淀粉基植物膠囊研究現(xiàn)狀與發(fā)展前景

曹　余,劉全亮,何紹凱,孫　琛,崔　蕓,田映良（.甘肅省馬鈴薯變性淀粉工程技術(shù)研究中心,甘肅定西7430；.甘肅圣大方舟馬鈴薯變性淀粉有限公司,甘肅定西7430）

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淀粉基植物膠囊研究現(xiàn)狀與發(fā)展前景

曹余1,劉全亮1,何紹凱1,孫琛1,崔蕓2,田映良2
（1.甘肅省馬鈴薯變性淀粉工程技術(shù)研究中心,甘肅定西743022；2.甘肅圣大方舟馬鈴薯變性淀粉有限公司,甘肅定西743022）

摘要：針對(duì)當(dāng)前動(dòng)物明膠膠囊存在的不足，植物膠囊在安全性上具有明顯的優(yōu)勢，尤其淀粉作為最具潛力的替代傳統(tǒng)明膠膠囊的原料之一被廣泛研究，本文介紹了淀粉及其衍生物特性，并對(duì)淀粉膠囊研究現(xiàn)狀進(jìn)行了綜述，展望了淀粉膠囊發(fā)展前景。

關(guān)鍵詞：明膠膠囊；淀粉；改性淀粉；發(fā)展前景

膠囊劑已有160多年的應(yīng)用歷史[1]，可作為藥劑的載體在醫(yī)藥、保健品及功能性食品行業(yè)中有著十分廣泛的應(yīng)用。普通膠囊可分為硬膠囊和軟膠囊，硬膠囊又被稱為“空心膠囊”[2]。根據(jù)其在人體內(nèi)特定部位釋放內(nèi)容物的狀況，可分為腸溶性膠囊和胃溶性膠囊。較之胃溶性膠囊，腸溶性膠囊能夠避免內(nèi)容物對(duì)胃部組織的刺激，保護(hù)內(nèi)容物在腸道內(nèi)安全有效釋放。根據(jù)其生產(chǎn)原料可分為明膠膠囊和植物膠囊兩大類。目前，國內(nèi)外生產(chǎn)硬膠囊的主要原料為明膠。

明膠是利用動(dòng)物的皮、骨、筋腱經(jīng)除渣、消毒、蒸煮、脫水等工藝制得而成的動(dòng)物蛋白膠體，因其具有粘度高、凍力高、成膜韌性好等特點(diǎn)被用作膠囊殼材料。但由于明膠自身缺陷及食品藥品安全問題的發(fā)生，明膠膠囊的不足與安全隱患被人們發(fā)現(xiàn)，主要表現(xiàn)在：（1）明膠中蛋白質(zhì)分子容易與還原糖類化合物及維生素C等藥物成分交聯(lián)，既影響膠囊的崩解又影響藥物的穩(wěn)定性；（2）膠囊保水性較差，長時(shí)間貯存在干燥環(huán)境中韌性降低，變脆，導(dǎo)致膠囊強(qiáng)度低，易破損；（3）由于宗教信仰的因素，動(dòng)物來源的明膠膠囊不被素食主義者及伊斯蘭教等人群接收；（4）由于瘋牛病在世界范圍內(nèi)的廣泛傳播，北美、拉美地區(qū)的國家作為瘋牛病的遺傳區(qū)也是世界上主要明膠的生產(chǎn)國家，許多國家都禁止使用該地區(qū)的藥用膠囊；（5）國內(nèi)有些不法商販為了謀取暴利，采用生石灰處理皮革廢料，熬制工業(yè)明膠，勾結(jié)買給一些藥用企業(yè)生產(chǎn)膠囊，最終流入患者體內(nèi)，嚴(yán)重影響和威脅著人類健康，美國食品與藥品管理局（FDA）認(rèn)為應(yīng)該將明膠從基本安全名單中刪除[1~3]。

為了克服明膠膠囊存在的缺陷，國內(nèi)外科研院所及企業(yè)單位紛紛投入大量人力、物力、財(cái)力研究開發(fā)非明膠膠囊。20世紀(jì)90年代，對(duì)非明膠膠囊就有了報(bào)道，主要是美國輝瑞公司的羥丙基甲基纖維素膠囊（Vcaps）和普魯蘭多糖膠囊[4]及河北秦皇島藥用膠囊有限公司的海藻多糖空心膠囊[5]。隨后，我國對(duì)非明膠膠囊也有了廣泛研究[6-8,]。淀粉及其衍生物作為制備植物膠囊的重要原料之一，也得到了國內(nèi)外學(xué)者的廣泛研究。

1　淀粉及其特性

淀粉是葡萄糖單元組成的高分子化合物，由直鏈淀粉和支鏈淀粉構(gòu)成，分別以α-1,4和α-1,6鏈接。淀粉作為一種重要的工業(yè)原料因其來源廣泛（薯類、豆類、谷物類）、價(jià)格低廉、可再生的取之不盡用之不竭的天然材料被廣泛應(yīng)用在食品、藥品、造紙、紡織等工業(yè)中[9]。因淀粉葡萄糖分子中含有活潑的-OH基團(tuán)，因此在一定條件下可與多種化學(xué)試劑發(fā)生交聯(lián)、氧化、酯化、醚化、接枝等化學(xué)反應(yīng)，得到不同性能的淀粉衍生物，也可通過多種改性方式作用于淀粉，得到具有多重性能的復(fù)合改性淀粉，因此淀粉及其衍生物改性淀粉是最具潛力的藥用膠囊原料替代物。因淀粉原料來源不同，淀粉和改性淀粉的性質(zhì)也存在較大差異，因此淀粉及淀粉衍生物作為空心膠囊的主要原料，對(duì)其淀粉來源、粘度、取代度、分子量均有不同要求。目前研究最多的是以酯化和醚化的淀粉衍生物，如羥丙基淀粉、羥乙基淀粉、辛烯基琥珀酸酯淀粉等作為膠囊殼材料，其中羥丙基變性淀粉研究最為突出。

羥丙基淀粉是淀粉在堿性條件下與醚化劑環(huán)氧丙烷發(fā)生醚化反應(yīng)而得到的一類非離子性淀粉衍生物，由于在淀粉分子中引入了親水性羥丙基基團(tuán)，從而減弱了淀粉分子間的氫鍵作用，使得淀粉糊液的流動(dòng)性、透明度、穩(wěn)定性、保水性均有所提高[10]。

2　淀粉基植物膠囊研究進(jìn)展

淀粉及淀粉衍生物作為藥用膠囊原料替代物之一，其研究越來越深入。主要包括淀粉及淀粉衍生物品種的選擇，淀粉衍生物品種主要為酯化和醚化淀粉。由于原淀粉和改性淀粉粘度較高，為了提高其適用性，還要對(duì)淀粉及淀粉衍生物進(jìn)行降粘處理，通常采用的降粘處理辦法為氧化、酸解和酶解工藝。Bae等[11]分別以綠豆、甘薯和荸薺淀粉為原料使用傳統(tǒng)蘸膠成型工藝制備淀粉膠囊，因淀粉糊液粘度過高，不易控制，因此需要加入凝膠劑改善淀粉加工性能，為了改善淀粉加工品質(zhì)，新的淀粉加工工藝不斷被嘗試和研發(fā)。帥放文等[12]通過對(duì)馬鈴薯、木薯、玉米淀粉成分對(duì)比，選用了木薯為原料的羥丙基淀粉作為空心膠囊原料，制備的羥丙基淀粉膠囊與傳統(tǒng)明膠膠囊相比，性能相當(dāng)。李慧等[13]以異淀粉酶對(duì)玉米淀粉進(jìn)行酶解改性處理，對(duì)酶解條件進(jìn)行了研究。并通過添加輔料卡拉膠、氯化鉀、甘油、海藻酸鈉、聚乙烯醇制得淀粉植物膠囊膜，該淀粉膠膜與明膠膠囊相比成膜性、阻水性、膜強(qiáng)度明顯增強(qiáng)，崩解時(shí)間縮短。姜義軍等[14]發(fā)明了一種以α-淀粉酶、β-淀粉酶和異構(gòu)酶處理的淀粉，得到粘度在1000~7000cp的淀粉膠液，通過添加增強(qiáng)劑，可使淀粉膠膜的拉伸強(qiáng)度達(dá)到20～40MPa。該淀粉膠可作為空心膠囊材料。牟新東等[15]發(fā)明了一種以低粘度淀粉或改性淀粉為原料，加入增塑劑和凝膠劑后，再通過淀粉酶處理混合溶液，得到粘度為1000~7000cp的膠液。以常規(guī)膠囊生產(chǎn)方法制備空心膠囊，并對(duì)蘸膠溫度、蘸膠時(shí)間、烘干溫濕度等生產(chǎn)工藝條件進(jìn)行了研究，獲得了一種制備植物膠囊的原料及工業(yè)化生產(chǎn)工藝。帥放文等[16]公開了一種以氧化淀粉、陽離子淀粉、酯化淀粉為基體相占98%～99.5%，以交聯(lián)淀粉和淀粉納米晶為增強(qiáng)相占0.5%～2%，采用雙螺桿擠壓法擠出片材或薄膜，該復(fù)合材料在機(jī)械性能方面可滿足制備空心膠囊要求。竺亞慶等[17]發(fā)明公開了一種以辛烯基琥珀酸淀粉酯為主要原料，添加量為5%~15%，加入增塑劑、凝膠劑、消泡劑、表面活性劑、遮光劑等輔助材料制備淀粉基植物膠囊的方法。嚴(yán)東日[18]公開了一種淀粉經(jīng)過酸處理、酶解、氧化處理后的淀粉衍生物為原料，通過添加山梨醇、甘油、鈦白粉等輔料制備植物膠囊的方法。對(duì)淀粉處理工藝及膠囊制備工藝進(jìn)行了說明，通過與現(xiàn)有淀粉膠囊和動(dòng)物明膠膠囊產(chǎn)品進(jìn)行對(duì)比，產(chǎn)品在穩(wěn)定性、氣味、重金屬含量、交聯(lián)反應(yīng)等方面和現(xiàn)有產(chǎn)品沒有明顯區(qū)別。帥放文等[19]提供了一種以羥丙基羧甲基淀粉為原料的全淀粉膠囊的制備方法。其主要成分比例為：淀粉75%～90%、水5%～20%、粘合劑0～5%、遮光劑0～2%、著色劑0～3%、芳香劑0～5%。采用該方法制備的全淀粉空心膠囊向相容性好、產(chǎn)品脆度、崩解性、干燥失重等性能指標(biāo)均達(dá)到傳統(tǒng)明膠產(chǎn)品。帥放文等[20]提供了一種藥用羥丙基淀粉制備膠囊的方法，確定了羥丙基淀粉制備工藝條件，以有機(jī)溶劑對(duì)淀粉膠液進(jìn)行處理，采用傳統(tǒng)蘸膠工藝制得空心膠囊產(chǎn)品。膠液經(jīng)有機(jī)溶劑處理后，消泡效果良好，操作方便，產(chǎn)品具有表面光滑、透明度高、崩解時(shí)間短等優(yōu)點(diǎn)。帥放文等[21]通過調(diào)節(jié)羥丙基淀粉、表面活性劑、凝膠劑、海藻糖、水等成分配比，優(yōu)選出了一種制備淀粉空心膠囊的溶膠方法，并對(duì)膠囊成品率、脆碎度、含水率、崩解時(shí)限和上機(jī)率等項(xiàng)目進(jìn)行了考核。

不同淀粉及淀粉衍生物在制備膠囊過程中，由于自身的缺陷，其產(chǎn)品存在不足，因此在淀粉中加入蛋白、普魯蘭多糖、羥丙基甲基纖維素、明膠等材料形成共混體系，以提高產(chǎn)品性能。帥放文等[22]發(fā)明了一種羧甲基羥丙基淀粉50～80份、10～30份玉米醇溶蛋白、10～30份增塑劑、0～15份的膠凝劑作為植物膠囊的成膜組合物，通過添加了醇溶蛋白，構(gòu)建了蛋白-淀粉共混體系，不但抑制了淀粉的回生，而且還有效的增強(qiáng)了膜強(qiáng)度和韌性。該混合體系可作為軟膠囊和硬膠囊的制備材料。吳國慶[23]以羥丙基和普魯蘭多糖1:1混合物為主要物質(zhì)，通過添加凝膠劑卡拉膠0.6%、凝膠助劑檸檬酸鉀0.3%、甘油1%等輔料制備得到膠囊外觀、崩解時(shí)間、膠囊壁厚和脆碎度均符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求的植物空心膠囊。丁丁[24]介紹了淀粉-明膠混合材料制備膠囊的制備方法，通過對(duì)混合材料體系粘度、透明度、膜機(jī)械強(qiáng)度等指標(biāo)檢測，表明混合材料能有效改善單一明膠膜的質(zhì)軟、熱不穩(wěn)定、易吸水等特點(diǎn)。閆豐文,袁國卿[25]提供了一種以羥丙基甲基纖維素和羥丙基淀粉為主要物質(zhì)，其中羥丙基甲基纖維素占比12%～25%，羥丙基淀粉占比0.1%～9%，凝膠劑為0.4%～2%，該植物膠用于制備空心膠囊具有糊絲短、易于加工成型等特點(diǎn)。

淀粉及淀粉衍生物在加熱糊化過程中需經(jīng)過“可逆吸水—不可逆吸水—顆粒解體”三個(gè)階段，不同糊化階段糊液粘度不同，因此膜強(qiáng)度與韌性均存在差異。劉凱培等[26]對(duì)月見草油淀粉軟膠囊和月見草油明膠淀粉軟膠囊囊殼的水分及阻隔性能穩(wěn)定性進(jìn)行了研究。研究結(jié)果表明，淀粉軟膠囊囊殼在不同溫濕度條件下都能夠保持穩(wěn)定的硬度、彈性及外觀性能，而傳統(tǒng)的明膠軟膠囊長時(shí)間放置會(huì)出現(xiàn)崩解時(shí)間延長的情況。王楠楠等[2]以玉米淀粉為主要原料，通過添加卡拉膠、山梨醇、甘油等輔料，采用半糊化和完全糊化兩種工藝分別制備了淀粉膜，并對(duì)膜的力學(xué)性能、吸濕性能及崩解性能進(jìn)行了測試。結(jié)果表明半糊化淀粉膜膠完全糊化淀粉膜在強(qiáng)度、延伸率、吸濕性等方面均優(yōu)于完全糊化淀粉膜。并確定了半糊化淀粉膠囊最佳制備工藝條件。

3　淀粉基植物膠囊發(fā)展前景

利用動(dòng)物來源的明膠膠囊已有200多年的歷史，由于其自身缺陷，加之“毒膠囊”事件的發(fā)生，使得明膠膠囊產(chǎn)品的研發(fā)和生產(chǎn)雪上加霜。也使得植物性膠囊的研究和開發(fā)進(jìn)入快速發(fā)展時(shí)期，雖然目前植物膠囊的銷量在國際膠囊市場上只占10%的市場份額，但其發(fā)展勢頭十分強(qiáng)勁[27]。目前我國明膠類膠囊產(chǎn)量已居世界第一，而植物膠囊產(chǎn)品還不足國內(nèi)使用總量的千分之一。

對(duì)植物膠囊研究最多的是以普魯蘭多糖、海藻多糖等為主的植物多糖類膠囊；以改性馬鈴薯淀粉、玉米淀粉、木薯淀粉為主要原料的淀粉類膠囊；以羥丙基甲基纖維素為原料的纖維酯類膠囊以及以PVA為原料的高分子聚合物膠囊。以淀粉為原料的膠囊較明膠膠囊劑其他植物膠囊存在以下優(yōu)勢：（1）原料來源廣泛。淀粉屬可再生資源，廣泛存在于自然界，其主要包括薯類淀粉(馬鈴薯、木薯、甘薯等)、豆類淀粉（豌豆、綠豆、蠶豆等）、谷物類淀粉（玉米、小麥、大米等）。（2）適用性強(qiáng)。淀粉因其來源不同，性質(zhì)也存在較大差異。且淀粉分子中氫鍵的葡萄糖單元中的活波羥基可通過切斷分子鏈或引入新的官能團(tuán)而改變淀粉性能，獲得適合應(yīng)用要求的特性。（3）價(jià)格低廉。羥丙基甲基纖維素和海藻多糖盡管其性能與明膠膠囊相媲美，但其原料比明膠要貴的多，淀粉及其衍生物產(chǎn)品其價(jià)格比明膠、羥丙基甲基纖維素、海藻多糖等原料低的多。（4）安全性高。淀粉基原料來自天然材料，無毒無害，不存在流行病及重金屬鉻超標(biāo)等安全問題。（5）生產(chǎn)工藝方便。淀粉與其他凝膠劑、增塑劑、遮光劑等具有良好的相容性，可形成均一穩(wěn)定的膠液，可以直接采用明膠膠囊生產(chǎn)設(shè)備生產(chǎn)淀粉膠囊，免去了設(shè)備投入，有利于快速推廣。

2015年《中華人民共和國藥典》第四部頒布實(shí)施，新藥典已將羥丙基淀粉空心膠囊、預(yù)膠化羥丙基淀粉、磷酸淀粉鈉作為新增藥品輔料納入藥典中。空心膠囊專業(yè)委員會(huì)也將陸續(xù)起草羥丙基甲基纖維素（HPMC）空心膠囊、普魯蘭多糖空心膠囊協(xié)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)，報(bào)中國醫(yī)藥包裝協(xié)會(huì)批準(zhǔn)實(shí)施。

據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，在中國，每年空心膠囊的使用量在2000億粒，人均使用量超過150粒/年，全球消費(fèi)總量在8000億粒。除了藥品，日常保健品也是膠囊的大用戶。植物膠囊尤其淀粉膠囊進(jìn)入我國食品藥品市場，不僅可提升產(chǎn)品在國內(nèi)的品牌價(jià)值，還可加快國產(chǎn)制劑的國際化步伐，使我國藥品和功能食品生產(chǎn)企業(yè)的出口產(chǎn)品快速融入西方特殊文化和崇尚自然的潮流中。必將引發(fā)我國廣大民眾消費(fèi)理念的變革，并極大的推動(dòng)我國膠囊劑劑型的快速健康發(fā)展。

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中圖分類號(hào)：TQ431.3