復(fù)相乳化法制備明膠微囊蛋氨酸的工藝初探

遲淑艷 譚北平 麥康森 艾慶輝 黃世標(biāo) 周歧存 董曉慧 楊奇慧

當(dāng)飼料中的魚粉被其它動(dòng)植物蛋白源部分或全部替代時(shí)會(huì)產(chǎn)生氨基酸的缺乏，導(dǎo)致動(dòng)物所需氨基酸不平衡。添加氨基酸可以避免蛋白源替代而產(chǎn)生的氨基酸不平衡的問題。然而，游離氨基酸的溶失已經(jīng)成為尋求對(duì)蝦氨基酸適宜添加量的主要障礙[1-3]。解決溶失問題的途徑之一即對(duì)氨基酸進(jìn)行包被。目前，對(duì)氨基酸進(jìn)行包被的壁材分別有屬于糖類的鄰苯二甲酸醋酸纖維素（CAP）[4-5]、角叉菜膠[1]、羧甲基纖維素（CMC）[1]、淀粉、環(huán)糊精[6]；蛋白質(zhì)類的玉米蛋白、瓊脂、酪蛋白-明膠[1]；脂類的棕櫚酸三酰甘油酯（TPA）[4,7]、丙烯酸樹脂[8]和硬化油脂[9]等。這些壁材各具不同特性，可以單獨(dú)使用，也可以搭配使用，起到不同程度的緩釋作用。在使用這些壁材進(jìn)行包被時(shí)可采用單凝聚法、復(fù)相乳化法 (干燥浴法)、溶劑蒸發(fā)法和噴霧干燥法。形成的微膠囊由于壁材、包被效果、工藝參數(shù)以及飼喂的對(duì)象不同使每種微膠囊產(chǎn)品有著不同的效果。

本文重點(diǎn)在于采用化學(xué)方法中的復(fù)相乳化法篩選明膠微囊蛋氨酸的工藝參數(shù)以獲取影響蛋氨酸微囊工藝的主要因素。為優(yōu)化蛋氨酸微囊的制備工藝提供參考依據(jù)。

1 材料與儀器

本實(shí)驗(yàn)選用明膠、羧甲基纖維素鈉為壁材對(duì)蛋氨酸進(jìn)行包被。液體石蠟（天津科密歐化學(xué)試劑有限公司生產(chǎn)，AR）；明膠（Gelatin，GT國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司，CP）；羧甲基纖維素鈉（Sodium carboxymethyl cellulose，CMC，廣東汕頭市西隴化工廠生產(chǎn)，CP）；L-蛋氨酸（Methionine,MET,天津市福晨化學(xué)試劑廠生產(chǎn),生化試劑）；花生油（金龍魚牌）；Span80(天津市福晨化學(xué)試劑廠生產(chǎn)，CP)；異丙醇(廣州化學(xué)試劑廠生產(chǎn)，AR)；乙醚（國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司生產(chǎn)，AR）。

主要儀器設(shè)備有：電磁攪拌器（JD-3，上海理達(dá)儀器廠生產(chǎn)）；電熱恒溫水浴箱(XMTD，東方電工儀器廠生產(chǎn))；電子天平（Shimadzu，日本）；雙目光學(xué)顯微鏡（Nikon YS100，日本）；顯微鏡專用高清晰數(shù)字?jǐn)z像機(jī)（YM130 Digital camera，易創(chuàng)電子）；電熱爐（天津市泰斯特儀器有限公司生產(chǎn)）；數(shù)顯鼓風(fēng)干燥箱（GZX-9240MBE，上海博迅實(shí)業(yè)有限公司醫(yī)療設(shè)備廠生產(chǎn)）。

2 微囊蛋氨酸制備工藝

2.1 制備工藝

明膠微膠囊的制備采用復(fù)相乳化法，此方法首先由 Tanaka（1963）[10]提出，操作參考 Kerpert等（1993）[11]中的制備流程。制備流程見圖1。

2.2 參數(shù)優(yōu)化

本實(shí)驗(yàn)采用均勻?qū)嶒?yàn)設(shè)計(jì)[12]，以明膠為包被壁材，蛋氨酸為芯材，在完成多次預(yù)備實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上，結(jié)合實(shí)際條件，確定主要實(shí)驗(yàn)因素及范圍：①明膠溶液濃度3%～7%(W： V)；②液體石蠟與(油相+水相)比例 1：1～3： 1(V： V)；③蛋氨酸與明膠質(zhì)量比：1： 1～3： 1(W： W)；④乳化時(shí)間 10～30 min。

將上述4個(gè)因素分成9個(gè)水平（見表1），通過均勻?qū)嶒?yàn)設(shè)計(jì)表，將表1的因素和水平數(shù)值按照表2安排實(shí)驗(yàn)，每個(gè)實(shí)驗(yàn)號(hào)做3個(gè)重復(fù)。實(shí)驗(yàn)?zāi)康氖怯^測(cè)明膠蛋氨酸微球的外觀特征和測(cè)出平均載藥量。

表1 因素和水平

表2 均勻?qū)嶒?yàn)設(shè)計(jì)

3 檢測(cè)指標(biāo)

載藥量(Drug Loading,DL)（%）=微膠囊含蛋氨酸的質(zhì)量/微膠囊質(zhì)量×100。

樣品中蛋氨酸含量由廣東粵海飼料集團(tuán)有限公司水產(chǎn)動(dòng)物飼料工程技術(shù)研究開發(fā)中心進(jìn)行測(cè)定（Agilentl100高效液相色譜儀）。

4 結(jié)果分析

4.1 明膠微球外表與形狀

實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，各處理組樣本顏色均為純白色，在顯微鏡下觀察微球外表形狀，發(fā)現(xiàn)外表一般呈不規(guī)則形狀，多數(shù)呈現(xiàn)凹凸不平或者微球間相互粘連成各種形態(tài)，光滑度一般；微球中央部位不透光，呈黑色囊心物，邊緣處呈半透光。小部分出現(xiàn)聚集，粘連現(xiàn)象。組內(nèi)重復(fù)性樣品間整體形狀與外觀基本一致；不同處理組間外觀差異性隨著制備參數(shù)不同呈現(xiàn)一定差異。

圖2是選取處理組4、7明膠微膠囊在光學(xué)顯微鏡成像系統(tǒng)放大10×10倍下的形態(tài)比較；圖片A、B為處理組4的樣品微球，圖片C、D為處理組7的樣品微球；從圖2中可以看出，光鏡下處理組4微球外觀較好，基本呈圓形，表面粗糙程度較小；處理組7微球外觀圓整度一般，呈不規(guī)則形，表明粗糙程度較大。

4.2 明膠微囊包封率、載藥量和粒徑分析

表3 明膠蛋氨酸微球制備效果分析（%）

由表3可知，各處理組的包封率比較理想，組間無顯著性差異(P＞0.05)；處理4的60目篩下物所占比例最大，達(dá)57.43%，除處理8外，它顯著高于其它組（P＜0.05）。處理4的載藥量最高，與處理9差異不顯著，但顯著高于其他處理組(P＜0.05)。

不同處理組間粒徑大小隨著實(shí)驗(yàn)參數(shù)不同而不同，從過篩情況來看，圖3 顯示處理組 1、4、5、6、8 過篩率分別為 53.23%、57.43%、53.09%、51.07%、55.32%，表明上述處理組微球粒徑較小，總體制備效果較好；而處理組 2、3、7、9 過篩率分別為：22.32%、42.18%、16.59%、12.95%，表明上述處理組微球過篩率較低，粒徑普遍較大，總體制備效果欠佳。

將實(shí)驗(yàn)參數(shù)用線性回歸分析統(tǒng)計(jì)法進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，設(shè)載藥量為Y值。由于實(shí)驗(yàn)參數(shù)最大值與最小值間相差30倍，直接用回歸分析結(jié)果不太理想，故對(duì)參數(shù)取對(duì)數(shù)后再進(jìn)行回歸分析，得到回歸方程：

由回歸方程可見，方程中X1（A）、X2（B）、X3（C）、X4（D）的系數(shù)均為正值，表明4個(gè)影響因素在一定程度與載藥量呈正比例關(guān)系；在一定范圍內(nèi)取正值越大，載藥量越高；方程中X1的系數(shù)最大，表明明膠溶液濃度是影響載藥量的最主要因素。

根據(jù)均勻設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案的考察范圍，結(jié)合實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，經(jīng)綜合考慮，確定制備微囊蛋氨酸的優(yōu)化條件為:X1=7、X2=2： 1、X3=3： 1、X4=30，代入上述方程中，得預(yù)測(cè)值Y=67.55%，經(jīng)再次實(shí)驗(yàn)，得平均實(shí)際包囊率為61.30%.

5 討論和結(jié)論

閆征等（2006）[13]以海藻酸鈉和無水氯化鈣為壁材用擠壓法制備蛋氨酸微膠囊時(shí)認(rèn)為，海藻酸鈉濃度和固化液濃度是影響載藥量的主要因素。而本實(shí)驗(yàn)采用了化學(xué)復(fù)相乳化法對(duì)蛋氨酸進(jìn)行包被。復(fù)相乳化法借助恒溫磁力攪拌器外力的作用，使混合均勻的明膠蛋氨酸溶液液滴在液體石蠟中均勻分散、乳化成小液滴，兩相間界面張力使液滴體積增加到最大，液滴為降低界面能，只能保持球形(相同體積幾何體中球體表面積最小)；在乳化過程結(jié)束后進(jìn)行降溫冷卻，球形液滴即固化成微球，接著加入異丙醇和乙醚，依次把微球的水分和油脫去，通過抽濾的方法使明膠微球從油水中分離出來。陸揚(yáng)（2006）[14]認(rèn)為，復(fù)相乳化法制備明膠微球的關(guān)鍵因素是乳液的形成和凝聚，因?yàn)槿橐阂旱蔚拇笮Q定了微球的直徑，而液滴的外形、穩(wěn)定性和冷凝時(shí)發(fā)生的變化則影響微球的形態(tài)。本實(shí)驗(yàn)通過均勻設(shè)計(jì)對(duì)明膠溶液濃度、液體石蠟與(水相+油相)比例以及蛋氨酸與明膠質(zhì)量進(jìn)行組合搭配篩選適宜的乳液成分與濃度，得出明膠濃度對(duì)制備工藝的影響更為關(guān)鍵，制備出載藥量達(dá)61.30%的微膠囊產(chǎn)品。研究表明，乳液的形成受到水相和油相濃度及比例的影響，其中明膠的濃度影響最大。實(shí)驗(yàn)中采用的明膠是天然高分子聚合物，屬常用的藥劑輔料，無色、無味、半透明，不溶于有機(jī)溶劑，由于具備凝膠性、固水性、粘結(jié)性和溶解性等多種特性，使其在醫(yī)藥行業(yè)有廣泛的用途，其中最主要的有硬膠囊、軟膠囊、代血漿和包衣等。明膠的濃度可以通過影響水相的粘度，來影響凝聚物的流動(dòng)性[15]，因此，可能對(duì)載藥量產(chǎn)生了一定的影響。同時(shí)，楊愛華等（2003）[16]認(rèn)為，明膠加入糖衣中,隨著藥品貯藏時(shí)間的延長(zhǎng)會(huì)變成一種堅(jiān)實(shí)的膜,在酸液中不易破裂而影響芯材溶出。這將在明膠微膠囊后期的使用中進(jìn)行驗(yàn)證。

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