殼聚糖-海藻酸鈉艾蒿油微膠囊的制備及其抗菌性能研究

彭勇剛，周永生，紀(jì)俊玲，施建平，徐瑞鵬

(1.常州大學(xué)石油化工學(xué)院，江蘇 常州 213164；2.蘇州大學(xué)紡織與服裝學(xué)院，江蘇 蘇州 215021；3.凱盛家紡股份有限公司，江蘇 海門 226100)

殼聚糖-海藻酸鈉艾蒿油微膠囊的制備及其抗菌性能研究

彭勇剛1，周永生1，紀(jì)俊玲1，施建平2，徐瑞鵬3

(1.常州大學(xué)石油化工學(xué)院，江蘇 常州 213164；2.蘇州大學(xué)紡織與服裝學(xué)院，江蘇 蘇州 215021；3.凱盛家紡股份有限公司，江蘇 海門 226100)

采用復(fù)凝聚法制備殼聚糖-海藻酸鈉艾蒿油微膠囊，考察了制備過程中各種工藝參數(shù)對微膠囊包封率的影響。結(jié)果顯示，制備殼聚糖-海藻酸鈉艾蒿油微膠囊的最佳工藝條件為：殼聚糖溶液pH值為6.0，殼聚糖與海藻酸鈉質(zhì)量之比為1∶1，芯壁比1∶5，凝聚反應(yīng)攪拌速度300r/min。所得微膠囊呈規(guī)則的球形，對常見金黃色葡萄球菌、大腸桿菌具有很好的抑菌效果

殼聚糖；海藻酸鈉；艾蒿油；微膠囊；抗菌

艾蒿油是從艾蒿莖、葉中提取出的揮發(fā)性化合物，所含活性成分多且復(fù)雜，其主要成分有桉葉油素、樟腦、龍腦、胡椒腦、α-守酮、乙酰膽堿等，對球菌、革蘭氏陰性菌以及多種真菌具有很好的抑制作用。由于艾蒿油具有極強(qiáng)的揮發(fā)性且耐光、耐熱、耐酸堿性差[1]，限制了其應(yīng)用。微膠囊技術(shù)是解決這些缺陷的有效方法。

殼聚糖是自然界存在的唯一堿性多糖，是一種無毒、生物相容性好、可生物降解的天然高分子材料。殼聚糖分子鏈上的氨基在低pH時(shí)帶正電荷，這些氨基可與真菌細(xì)胞表面帶負(fù)電荷基團(tuán)作用，改變病原菌細(xì)胞膜的流動(dòng)性和通透性，干擾DNA的復(fù)制與轉(zhuǎn)錄，阻斷病原菌的代謝，具有較好的抗菌活性。海藻酸鈉是從褐藻、海藻類植物中提取的一類直鏈多糖，其分子鏈上含有大量羧基。在一定條件下，殼聚糖分子鏈上的氨基可與海藻酸鈉分子鏈中的羧基通過正負(fù)電荷吸引形成聚電解質(zhì)膜，自發(fā)形成膠囊[2]。

本文以殼聚糖、海藻酸鈉為壁材對艾蒿油微膠囊化，探討了殼聚糖溶液pH值、殼聚糖與海藻酸鈉質(zhì)量比、芯壁比、攪拌速度對微膠囊包封率的影響，并對微膠囊的抗菌活性進(jìn)行了評(píng)價(jià)。

1 試驗(yàn)方法

1.1 主要藥品

殼聚糖(脫乙酰度87%，工業(yè)品)；醋酸、海藻酸鈉、過氧化氫、戊二醛(均為化學(xué)純)；艾蒿油(工業(yè)級(jí)，購自江西吉安紅蘋果天然香料油有限公司)；十二烷基硫酸鈉(工業(yè)級(jí)，購自上海試四赫維化工有限公司)。

1.2 微膠囊的制備

配制質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2%艾蒿油溶液，然后將一定量的十二烷基硫酸鈉溶于上述溶液中，艾蒿油與十二烷基硫酸鈉質(zhì)量之比為3:1，在恒溫水浴中攪拌乳化30min，然后緩慢滴入一定質(zhì)量濃度的殼聚糖溶液，攪拌30min后，再滴入一定濃度的海藻酸鈉溶液，反應(yīng)30min后，離心分離，沉淀用去離子水洗滌3次后，將沉淀重新分散在去離子水中，加入一定量的戊二醛，交聯(lián)固化1h，離心分離，沉淀用去離子水洗滌3次，40℃真空干燥。

1.3 性能測試

1.3.1 外觀形態(tài)觀察

用吸管吸取一滴微膠囊懸浮分散液置于載玻片上，蓋上蓋玻片，用生物顯微鏡觀察微膠囊外觀形態(tài)并拍照。

1.3.2 包封率測試

稱取一定量的微膠囊粉末，在40℃下烘至恒重，將微膠囊外部的艾蒿油、水分揮發(fā)；再升至100℃烘至恒重，將微膠囊內(nèi)部的艾蒿油揮發(fā)掉，2次恒重后的質(zhì)量差記為m，則：

包封率(%)=m/配方中艾蒿油的質(zhì)量×100

1.3.3 微膠囊抗菌性的測試

本實(shí)驗(yàn)采用抑菌圈試驗(yàn)來測試微膠囊的抗菌性。配制濃度40g/L的艾蒿油微膠囊溶液，將直徑10mm的濾紙片浸入微膠囊溶液中，浸泡4h后，置于40℃真空干燥箱中滅菌干燥，取各種供試菌懸液各0.2mL分別注入無菌培養(yǎng)皿內(nèi)，再倒入15mL瓊脂培養(yǎng)基，混勻后冷卻成含菌平板。然后取浸泡過的濾紙片，貼在含菌平板上，每皿貼6片，每菌作3次重復(fù)實(shí)驗(yàn)，細(xì)菌置培養(yǎng)箱中37℃培養(yǎng)24h，測量濾紙片抑菌圈直徑大小。

2 結(jié)果與討論

2.1 殼聚糖溶液pH值對微膠囊包封率的影響

殼聚糖是一種弱的聚堿[3]，其pKa=6.3，殼聚糖溶液的pH值會(huì)影響殼聚糖所帶電荷及殼聚糖與陰離子乳化劑間的相互作用，從而影響芯材的包封率。在其他條件相同情況下，改變殼聚糖溶液pH值分別為5.0、5.5、6.0、6.5、7.0，制備微膠囊，并對微膠囊的性能進(jìn)行研究，結(jié)果如圖1。

圖1 殼聚糖溶液pH對微膠囊包封率的影響

從圖1可看出，殼聚糖溶液pH值在5.0～7.0范圍內(nèi)，隨著殼聚糖溶液pH值的增大，微膠囊的包封率先增加再減小，pH值為6.0時(shí)，微膠囊的包封率最大。這是由于當(dāng)pH值低于5.5時(shí)，溶液的酸性過強(qiáng)，溶液中H+濃度較大，其與艾蒿油乳液接觸后，溶液中H+會(huì)抑制艾蒿油表面乳化劑的電離，從而妨礙了殼聚糖上-NH3+與陰離子表面活性劑的結(jié)合，最終導(dǎo)致微膠囊包封率的降低。當(dāng)溶液pH值接近殼聚糖的pKa時(shí)，殼聚糖分子的電荷密度明顯降低，殼聚糖分子空間伸展減小，當(dāng)其與海藻酸鈉形成聚電解質(zhì)膜時(shí)，殼聚糖分子能更深入地進(jìn)入到海藻酸鈉分子鏈內(nèi)部，發(fā)生聚電解質(zhì)結(jié)合，此時(shí)微膠囊的包封率最大。當(dāng)溶液pH值超過殼聚糖的pKa時(shí)，殼聚糖分子鏈上的氨基質(zhì)子化受到抑制，從而妨礙了殼聚糖與艾蒿油表面乳化劑間復(fù)凝聚反應(yīng)的發(fā)生，溶液pH值偏離殼聚糖的pKa越遠(yuǎn)，這種現(xiàn)象越明顯，所形成的微膠囊的包封率越低。因此，體系pH值在6.0左右最佳。

2.2 殼聚糖與海藻酸鈉質(zhì)量比對微膠囊包封率的影響

在其他條件相同情況下，改變殼聚糖與海藻酸鈉質(zhì)量比分別為3∶1、2∶1、1∶1、1∶2、1∶3，制備微膠囊，并對微膠囊性能進(jìn)行研究，結(jié)果如圖2。

圖2 殼聚糖與海藻酸鈉質(zhì)量比對微膠囊包封率的影響

從圖2可看出，當(dāng)殼聚糖與海藻酸鈉質(zhì)量之比為2∶1-1∶1時(shí)，微膠囊的包封率最高。當(dāng)比值大于2∶1時(shí)，凝聚物中海藻酸鈉的含量低，殼聚糖與海藻酸鈉形成的聚電解質(zhì)膜過薄，形成的微膠囊機(jī)械強(qiáng)度過低，不能對芯材進(jìn)行有效包埋。當(dāng)兩者比值小于1∶1時(shí)，體系中殼聚糖的量較少，不足以與艾蒿油表面的乳化劑以及海藻酸鈉發(fā)生復(fù)凝膠反應(yīng)，從而導(dǎo)致加入到溶液中的海藻酸鈉自身凝聚，形成空囊，導(dǎo)致微膠囊包封率降低。

2.3 芯壁比對微膠囊包封率的影響

在其他條件相同情況下，改變芯材與壁材質(zhì)量比分別為1∶1、1∶3、1∶5、1∶7、1∶9，制備微膠囊，并對微膠囊性能進(jìn)行研究，結(jié)果如圖3。

圖3 芯壁比對微膠囊包封率的影響

從圖3可看出，當(dāng)芯壁比高于1∶5時(shí)，壁材的量較少，不能對體系中的艾蒿油完全包覆，此時(shí)的包封率較低；隨著壁材用量的增加，微膠囊的包封率逐漸增加，當(dāng)芯壁比達(dá)到1∶5時(shí)，體系中的艾蒿油已全部包覆，微膠囊的包封率最高；繼續(xù)增加壁材的用量，微膠囊的包封率不再增加。

2.4 凝聚時(shí)攪拌速度對微膠囊包封率的影響

在其他條件相同情況下，改變凝聚反應(yīng)時(shí)攪拌速度分別為100、200、300、400、500r/min，制備微膠囊，并對微膠囊性能進(jìn)行研究，結(jié)果如圖4。

圖4 攪拌速度對微膠囊包封率的影響

從圖4可看出，當(dāng)攪拌速度低于300r/min時(shí)，攪拌不充分，壁材并沒有全部在艾蒿油表面形成聚電解質(zhì)膜，微膠囊的包封率較低；當(dāng)攪拌速度高于300r/min時(shí)，攪拌速度過快，艾蒿油表面的殼聚糖、海藻酸鈉還未形成聚電解質(zhì)膜就脫離開，難以將艾蒿油包覆。因此，合理的攪拌速度為300r/min。

圖5 微膠囊顯微鏡照片圖

2.5 微膠囊的顯微鏡照片

圖5為微膠囊顯微鏡照片圖，從圖可看出，微膠囊呈規(guī)則球形，彼此分散均勻，團(tuán)聚較少。

2.6 抗菌性測試

采用濾紙片法，測試所得微膠囊的抗菌效果，結(jié)果如表1。

表1 艾蒿油微膠囊對供菌種的抗菌性

從上表可看出，所得艾蒿油微膠囊對金黃色葡萄球菌、大腸桿菌有很好的抑菌效果，與艾蒿油相比，其抑菌效果相差不大；而空白微膠囊不具有抗菌性，這表明微膠囊中起抗菌作用的是艾蒿油，且微膠囊化并未影響艾蒿油的抑菌性。

3 結(jié)論

采用復(fù)凝聚法制備了殼聚糖-海藻酸鈉艾蒿油微膠囊，確定了微膠囊制備的最佳工藝條件：殼聚糖溶液pH值為6.0，殼聚糖與海藻酸鈉質(zhì)量之比為1∶1，芯壁比1∶5，凝聚反應(yīng)攪拌速度300 r/min。所得微膠囊外形規(guī)則，粒徑均勻，對金黃色葡萄球菌、大腸桿菌具有很好的抑菌效果。該技術(shù)可以運(yùn)用在家紡面料領(lǐng)域，它的研制開發(fā)和生產(chǎn)具有廣闊的市場發(fā)展前景。

[1] 李芳,王全杰,肖振峰.艾蒿油微膠囊的制備及其抗菌性研究[J].皮革科學(xué)與工程, 2012, 22(2):39-46.

[2] 壽旭鋒,范春雷.殼聚糖/海藻酸鈉微囊在中藥提取物緩釋制劑中的應(yīng)用[J].現(xiàn)代生物醫(yī)學(xué)進(jìn)展,2008,8(5):955-957.

[3] 趙武奇,殷涌光,梁歧,閆海洋.殼聚糖-海藻酸鈉緩釋制備紅景天苷微囊,食品與發(fā)酵工業(yè),2004,30(4):66-69.

海門市工業(yè)科技項(xiàng)目(HK20131-04)

2015-07-14