多孔淀粉的制備及其在醫(yī)藥應(yīng)用中的研究進(jìn)展

唐宜軒， 韓 麗*， 張定堃， 張 芳， 楊迎光， 楊 明，2

（1.成都中醫(yī)藥大學(xué)，中藥資源系統(tǒng)研究與開發(fā)利用省部共建國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室培育基地，四川 成都611137；2.江西中醫(yī)藥大學(xué)，現(xiàn)代中藥制劑教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江西南昌330004）

多孔淀粉的制備及其在醫(yī)藥應(yīng)用中的研究進(jìn)展

唐宜軒1， 韓 麗1*， 張定堃1， 張 芳1， 楊迎光1， 楊 明1，2

（1.成都中醫(yī)藥大學(xué)，中藥資源系統(tǒng)研究與開發(fā)利用省部共建國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室培育基地，四川 成都611137；2.江西中醫(yī)藥大學(xué)，現(xiàn)代中藥制劑教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江西南昌330004）

多孔淀粉是由生淀粉形成的一種多孔狀變性淀粉，具有優(yōu)良的吸附性能，在食品、醫(yī)藥和其他方面具有廣泛的應(yīng)用前景。本文歸納了多孔淀粉在結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、制備方法、改性工藝以及作為藥物載體的研究現(xiàn)狀，以期推動(dòng)多孔淀粉在中藥制劑中的應(yīng)用，促進(jìn)輔料工業(yè)的進(jìn)步與發(fā)展。

多孔淀粉；結(jié)構(gòu)特點(diǎn)；制備方法；改性工藝；研究現(xiàn)狀

沒有優(yōu)質(zhì)的輔料就沒有優(yōu)質(zhì)的藥品，輔料對(duì)藥物劑型的改進(jìn)與發(fā)展具有重要的作用，其重要性對(duì)中藥新制劑的開發(fā)同樣適用。中藥的許多有效成分多具有水溶性差、不穩(wěn)定、生物利用度低等缺點(diǎn)［1-2］，所以采用合適的輔料以提高中藥提取物的穩(wěn)定性并增加其生物利用度是目前研究的熱點(diǎn)。本文對(duì)多孔類輔料多孔淀粉的制備方法、改性工藝以及在醫(yī)藥中應(yīng)用的研究現(xiàn)狀進(jìn)行了回顧與總結(jié)，并提出對(duì)未來發(fā)展的展望。

1 多孔淀粉的結(jié)構(gòu)與特點(diǎn)

多孔淀粉（porous starch）又稱微孔淀粉，是通過機(jī)械、化學(xué)或生物方法作用于生淀粉，使其形成內(nèi)部空洞的一種新型輔料［3］。1982年首先報(bào)道于日本，其優(yōu)良的特性得到了國內(nèi)外眾多學(xué)者的關(guān)注。

目前，酶法制備的多孔淀粉在應(yīng)用上最為廣泛，其SEM照片見圖1。該類多孔淀粉表面布滿了1μm大小的小孔，并由表面延伸到顆粒內(nèi)部，形成了一種中空結(jié)構(gòu)，可以盛裝各種物質(zhì)。這些類似馬蜂窩狀中空結(jié)構(gòu)的形成與生淀粉的天然結(jié)構(gòu)密切相關(guān)，淀粉粒有層狀結(jié)構(gòu)，在中間有臍點(diǎn)，它在周期性光合作用過程中形成橢圓形結(jié)構(gòu)的生長環(huán)，其中支鏈淀粉長鏈的雙螺旋緊密排列，形成結(jié)晶區(qū)，而無次序排列的支鏈淀粉短鏈和直鏈淀粉部分形成無定形區(qū)［4-5］。當(dāng)酶與淀粉表面結(jié)合時(shí)，將優(yōu)先作用于淀粉表面的不規(guī)則區(qū)及無定形區(qū)，使淀粉晶體與無定形區(qū)分離，從而形成多孔淀粉。

圖1 多孔淀粉的電子掃描顯微鏡照片

多孔類材料由于具有較大的比表面積，因此在吸附藥物后，它可以有效提高藥物的溶出速度與溶出率，所以目前對(duì)該類輔料的研究較多，如介孔二氧化硅［6］、介孔氧化鋁［7］、多孔羥基磷灰石［8］等。然而，該類材料大多具有較大的生物毒性，不適宜大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)，而多孔淀粉由原淀粉制備，具有工藝簡單、材料來源廣泛、安全性高、生物相容性和降解性良好等諸多優(yōu)點(diǎn)。

天然淀粉價(jià)格低廉，來源廣泛，但是可壓性較差，所以在藥物制劑中多將其作為稀釋劑和崩解劑。而多孔淀粉與之相比，具有比孔容及比表面積較大、吸水吸油能力良好、在干燥狀態(tài)下機(jī)械強(qiáng)度理想、分散在水及其他溶劑中時(shí)能保持明顯的結(jié)構(gòu)完整性等優(yōu)點(diǎn)［3，9］。

2 影響多孔淀粉多孔性能的因素分析

2.1 制備方法與工藝 多孔淀粉的制備主要有物理方法（超聲波法和醇變性法）、機(jī)械方法 （機(jī)械撞擊法）以及生物方法 （酸水解法和酶水解法）。

在以上5種方法中，超聲波法［10］是利用超聲波照射使淀粉的質(zhì)點(diǎn)具有極高的運(yùn)動(dòng)加速度，產(chǎn)生激烈而快速變化的機(jī)械運(yùn)動(dòng)，引起淀粉中共價(jià)鍵斷裂，從而導(dǎo)致其發(fā)生降解，同時(shí)液體在超聲波作用下產(chǎn)生的空化效應(yīng)也導(dǎo)致大分子物質(zhì)發(fā)生自由基氧化還原反應(yīng)。以酸或水為介質(zhì)的淀粉經(jīng)過超聲波處理后的表面布滿圓錐形坑洞，所以所制備出的多孔淀粉只是在表面形成許多凹坑，吸附作用有限，其本身也不適用于大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)，應(yīng)用前景并不樂觀。醇變性法［11］是在加熱糊化且充分溶脹的淀粉中加入乙醇以降低溶液的起始電解常數(shù)，析出多糖，冷凍后進(jìn)一步降低系統(tǒng)的能量，促進(jìn)顆粒凝聚形成細(xì)小顆粒，從而形成多孔淀粉，但是所制備出的多孔淀粉表面粗糙、高低不平，也不具備實(shí)用性。機(jī)械法［12］是利用高速粒子撞擊金屬板上的淀粉，在淀粉顆粒表面形成凹坑，吸附作用同樣有限。酸法［13］是利用酸使淀粉水解，首先水解其無定型區(qū)，隨著酸解時(shí)間增加，淀粉的結(jié)晶結(jié)構(gòu)遭到侵蝕，使多孔結(jié)構(gòu)崩塌。該法雖然成本低廉，但是水解的隨機(jī)性太強(qiáng)，不易形成孔狀結(jié)構(gòu)。最具實(shí)用價(jià)值的是酶水解法，葡萄糖淀粉酶與α-淀粉酶作用到淀粉上后，首先水解其非結(jié)晶區(qū)，形成從淀粉顆粒表面通向內(nèi)部的小孔，得到的多孔淀粉為中空顆粒，具有較大的吸附量［14-15］。該工藝簡單易行，淀粉成孔率高，吸附量大，而且酶還可以通過發(fā)酵而大批量得到，所以酶法制備多孔淀粉適宜于大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)，并成為目前相關(guān)制備工藝研究的熱點(diǎn)。

酶法制多孔淀粉流程［16］：顆粒態(tài)生淀粉——在糊化溫度下酶解——離心或過濾、洗滌脫酶——干燥——多孔淀粉。

2.2 制備多孔淀粉酶的選擇 不同的酶對(duì)淀粉的酶解能力不同，如葡萄糖淀粉酶中黑曲霉的活力強(qiáng)于黃曲霉［3］，而酶活力不同則對(duì)多孔淀粉的水解能力也不相同［17］。姚衛(wèi)蓉等［17］將糖化酶和α-淀粉酶以一定比例作用于秈米粉，發(fā)現(xiàn)所得到的多孔淀粉的吸水率、吸油率均高于單獨(dú)一種淀粉酶。Whistler等［18］研究發(fā)現(xiàn)，在玉米淀粉和小麥淀粉中加入等量α-淀粉酶和糖化酶，并在pH值5.0和25℃條件下處理8 h，結(jié)果酶解制得多孔淀粉的孔徑比單獨(dú)使用一種酶大。

2.3 制備多孔淀粉材料的選擇 形成多孔淀粉的生淀粉主要來源于玉米、木薯、甘薯、土豆、大米、小麥、大麥等。而在制備時(shí)，淀粉原料某些性質(zhì)的變化、不同原料或同一原料的不同處理形式等都會(huì)影響多孔淀粉形成。姚衛(wèi)蓉等［19］將復(fù)合酶作用于國產(chǎn)6個(gè)品種的大宗淀粉 （玉米、秈米、小麥、土豆、紅薯以及木薯淀粉），結(jié)果其中只有玉米在酶解24 h內(nèi)形成了完整的多孔淀粉，而其他5種淀粉則需要24 h以上。同時(shí)，他們對(duì)原料蛋白質(zhì)含量對(duì)多孔淀粉吸油率影響的研究中發(fā)現(xiàn)，原料蛋白質(zhì)含量越多，形成產(chǎn)物中多孔淀粉的絕對(duì)量越少，而且吸油率與白度越低，色澤也越差。另外在粉碎方法的選擇上，由于濕法粉碎是在淀粉充分溶脹后進(jìn)行，其顆粒完整性保持得更好，所以優(yōu)于干法粉碎。

3 多孔淀粉的改性及其作用

3.1 提高對(duì)親脂性物質(zhì)吸附量的改性 同其他改性淀粉一樣，多孔淀粉表面布滿了親水性羥基，使其對(duì)水溶性物質(zhì)的吸附能力強(qiáng)于油溶性物質(zhì)。而當(dāng)多孔淀粉在中藥制劑中作為吸附劑使用時(shí)，需要增強(qiáng)其對(duì)中藥揮發(fā)油的吸附能力，因此可以引入疏水性基團(tuán)以提高其吸附物質(zhì)的范圍和在中藥制劑中的作用，如酯化或乙?；幚?。王凱等［20］報(bào)道，用干法酯化制備硬脂酸多孔玉米淀粉酯后，其吸油率優(yōu)于未經(jīng)酯化處理的多孔和非多孔玉米淀粉，而且比表面積更大，表明硬脂酸化后多孔淀粉對(duì)中藥揮發(fā)油類物質(zhì)的吸附能力增強(qiáng)。另外，谷絨［21］在對(duì)多孔淀粉進(jìn)行乙酰化后，發(fā)現(xiàn)其吸油率提高了20.4%。

3.2 提高結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的改性 多孔淀粉經(jīng)過酶解后，其顆粒結(jié)構(gòu)受到一定破壞，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)疏松、易崩塌、凍融穩(wěn)定性差等現(xiàn)象，使其吸附效果受到影響。為了增強(qiáng)多孔淀粉的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，可以加入交聯(lián)劑，使其與淀粉中的羥基形成交聯(lián)鍵，強(qiáng)化顆粒中的氫鍵并阻止其溶脹，從而增加淀粉顆粒的機(jī)械穩(wěn)定性。徐坤等［22］比較了三氯氧磷、三偏磷酸鈉、檸檬酸與乙酸酐混合酸三種交聯(lián)淀粉的方法，發(fā)現(xiàn)混合酸與多孔淀粉交聯(lián)后，能明顯提高其結(jié)構(gòu)性能，而且在凍融穩(wěn)定性、抗老化性、抗剪切性等方面也表現(xiàn)得最為理想。周瓊等［23］把先將淀粉交聯(lián)處理，再進(jìn)行酶解制取的交聯(lián)多孔淀粉與酶解后再進(jìn)行交聯(lián)的多孔淀粉比較，結(jié)果表明，前者的吸水和吸油性能更強(qiáng)。推測可能是因?yàn)槊附夂笤龠M(jìn)行交聯(lián)時(shí)，在攪拌過程中淀粉顆粒結(jié)構(gòu)被破壞，或微孔被堵塞，而在交聯(lián)后再進(jìn)行酶解則可以減少破壞程度。

4 多孔淀粉的應(yīng)用現(xiàn)狀

因?yàn)槎嗫椎矸墼诒砻婢哂泻芏嗌煜虻矸垲w粒中心的小孔，且空洞體積占到總體積的50%［24］，故具有良好的吸附性能，通常被作為吸附劑使用，而且其理想的吸水吸油特性和機(jī)械強(qiáng)度也能進(jìn)一步支持其作為優(yōu)良的吸附劑。另外，用多孔淀粉吸附目的物質(zhì)后，可以在特定條件下加以釋放，從而達(dá)到緩釋作用［25］。

4.1 固化揮發(fā)油 中藥揮發(fā)油廣泛分布于中藥材中，含有豐富的化學(xué)成分和多方面的功效［26］，但是它幾乎不溶于水，在空氣中易揮發(fā)散失。而多孔淀粉具有較大的比表面積和蜂窩狀空洞結(jié)構(gòu)，能吸附其本身質(zhì)量70%～80%的液體而形成成固體粉末狀，并且處理方法簡便［27］，所以應(yīng)用多孔淀粉對(duì)揮發(fā)油進(jìn)行固化保護(hù)是一種簡單有效的辦法［27-28］。陳三寶［27］研究發(fā)現(xiàn)，通過其吸附并包埋的粉末薄荷油的含油量達(dá)到34%。在觀察玉米淀粉吸附薄荷油后的揮發(fā)程度時(shí)發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過多孔淀粉吸附的薄荷油的揮發(fā)速度遠(yuǎn)比無載體的緩慢很多。據(jù)此認(rèn)為，多孔淀粉粉末化薄荷油后，既保留了其香味，又使其具有良好的分散性、可加性及緩釋性能。姚衛(wèi)蓉等［29］報(bào)道，多孔淀粉對(duì)咖啡油的吸附在70℃下30 m in后，就能達(dá)到飽和狀態(tài)，但是在室溫下空氣中暴露2周后，仍然能夠保持80%的風(fēng)味，故判斷多孔淀粉吸附可使物質(zhì)具有緩釋的特點(diǎn)。但是他們所認(rèn)為的緩釋性能只能說明固化粉末在空氣中的保留情況，無法說明在體內(nèi)是否也有相同的性能，從嚴(yán)格意義上來說，這種緩釋性能是顯示出揮發(fā)油經(jīng)過多孔淀粉固化后提升的穩(wěn)定性。在寧青等［30］對(duì)多孔淀粉固化肉桂揮發(fā)油的研究中，雖然實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明多孔淀粉固化肉桂揮發(fā)油后，桂皮醛的平均損失率降低，熱穩(wěn)定性提高，但他們在固化粉末膠囊和肉桂揮發(fā)油膠囊溶出度實(shí)驗(yàn)的過程中發(fā)現(xiàn)，固化粉末中桂皮醛的溶出度顯著高于肉桂揮發(fā)油中，說明經(jīng)過多孔淀粉固化后，肉桂揮發(fā)油中桂皮醛溶出速率增加。Belingheri［31］等將多孔淀粉固化與直接噴霧干燥的高油酸葵花油進(jìn)行氧化穩(wěn)定性比較，發(fā)現(xiàn)前者高于后者，說明多孔淀粉可取代噴霧干燥法來固化油類物質(zhì)。

4.2 制備微膠囊 微膠囊是指一種具有聚合物壁殼的微型容器或包裝物，具有半透明或密封性的微小粒子，其中被包裹的物質(zhì)稱為芯材，包裹芯材的物質(zhì)稱為壁材。傳統(tǒng)上，微膠囊常用海藻酸鈉、殼聚糖等作為壁材，但是現(xiàn)今許多學(xué)者研究用多孔淀粉作為膠囊壁材，也取得了很好的效果［32］。人們常在它吸附目的物質(zhì)后將其作為微膠囊芯材，然后用各種壁材包埋吸附目的物質(zhì)［33］。微膠囊化目的物有許多重要作用，如森林匙羹藤酸可調(diào)節(jié)血糖，但本身具有苦味，而用多孔淀粉和一些黏性多糖類物質(zhì)將其制成微膠囊化產(chǎn)品后，能有效克服該成分的風(fēng)味問題［34-35］。Xing等［36］用多空淀粉作為微膠囊裝載嗜酸乳酸菌，然后和無微膠囊包裹時(shí)比較，發(fā)現(xiàn)前者穩(wěn)定性大大提高。

4.3 制備止血粉 目前，大血管和軟組織等一般性出血已有比較可靠的止血方法，但對(duì)于實(shí)質(zhì)性臟器創(chuàng)面出血的治療仍是外科領(lǐng)域面臨的難題，國內(nèi)外一直致力于研發(fā)能對(duì)實(shí)質(zhì)臟器迅速止血并且不影響其功能的止血材料，美國Medfor公司的Arista止血粉具有較好的安全性和止血效果，但因價(jià)格昂貴而應(yīng)用受限。國內(nèi)也對(duì)多孔止血淀粉進(jìn)行了一定研究，余雪松等［37-38］報(bào)道，用復(fù)合酶與甘薯制備的多孔淀粉能有效減少出血量，并具有良好的生物相容性。李明洋等［39］也研究了多孔止血淀粉在肝臟及脾臟中的止血作用，證明其效果良好，且成本相比于Arista止血粉大大降低，可有望在國內(nèi)推廣應(yīng)用。除了單獨(dú)應(yīng)用外，多空淀粉還可以作為其他止血類藥物的載體以提高其止血功效。席朝云等［40］制備了氨甲環(huán)酸多孔淀粉，其止血作用優(yōu)于單獨(dú)使用多孔淀粉及云南白藥。

4.4 制備納米藥物載體 納米技術(shù)是一門新興的多科學(xué)跨領(lǐng)域技術(shù)，而納米藥物是其中一個(gè)重要領(lǐng)域，它具有穩(wěn)定性好、對(duì)胃腸道刺激性小、毒副作用少等許多優(yōu)點(diǎn)。而用多孔淀粉作為載體，制備多孔納米載藥系統(tǒng)，是目前多孔淀粉研究較熱門和前沿的方向。普羅布考、卡馬西平以及洛伐他丁等為親脂性藥物，透膜率大，但是溶解度低，所以臨床應(yīng)用受到限制。Meer等［41］用多孔淀粉作為卡馬西平的載體，能有效提高其溶解度。Zhang等［42］也設(shè)計(jì)了一種多孔淀粉納米，以提高親脂性藥物普羅布考的口服生物利用度。研究發(fā)現(xiàn)，普羅布考制備成多孔淀粉納米粒后，其口服生物利用度大大提高，比藥物自由分散提高了9.96倍，比多孔淀粉直接載藥吸收提高了3.71倍。Jiang等［43］用多孔淀粉作為洛伐他丁的釋藥載體，發(fā)現(xiàn)其口服生物利用度超過了直接服用原藥和膠囊劑。多孔淀粉吸附藥物后提高口服生物利用度的機(jī)制可能是藥物分散在其表面，擴(kuò)大了藥物與體內(nèi)接觸的面積，且多孔淀粉具有生物胃腸道黏附性和緩釋性，能延長藥物在胃腸道的駐留時(shí)間，促進(jìn)藥物的溶出，從而提高對(duì)口服藥物的吸收。

5 展望

我國是農(nóng)業(yè)大國，淀粉品種繁多，而且屬于可再生資源，這無疑對(duì)研究多孔淀粉提供了一個(gè)很好的基礎(chǔ)，而且其優(yōu)秀的吸附性能和提高口服藥物的生物利用度對(duì)中藥制劑的開發(fā)應(yīng)用也具有顯著的意義，我們可利用其制備相應(yīng)劑型以提高中藥或中藥提取物在體內(nèi)的生物利用度。但是目前我國對(duì)多孔淀粉的研究尚處于初級(jí)階段，并未應(yīng)用于實(shí)際生產(chǎn)中。這可能是因?yàn)槟壳案鞣N淀粉原料及多孔淀粉制備工藝缺乏穩(wěn)定的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，因此無法對(duì)工業(yè)化生產(chǎn)起到有效的指導(dǎo)作用，而且淀粉酶水解生成淀粉的速度及水解效率也偏低［9］。不過隨著多孔淀粉在醫(yī)藥中的應(yīng)用探索不斷深入，將有助于推動(dòng)其制備方法、改性工藝等方面的研究進(jìn)展，并間接促進(jìn)食品、農(nóng)業(yè)、化工等行業(yè)的發(fā)展。

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R944

：A

：1001-1528（2015）06-1321-04

10.3969/j.issn.1001-1528.2015.06.036

2014-04-16

國家自然科學(xué)基金 （30973952，81274098）

唐宜軒 （1991—），男，碩士，研究方向?yàn)橹兴幮录夹g(shù)和新制劑。Tel：（028）61800127，E-mail：314112028@qq.com

*通信作者：韓 麗 （1965—），女，教授，碩士生導(dǎo)師，研究方向?yàn)橹兴幮录夹g(shù)、新工藝和新制劑研究。Tel：（028）61800127，E-mail：hanliyx@163.com