CN105852060A - 一种淀粉-多酚复合纳米颗粒及其制备工艺 - Google Patents
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Classifications
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Abstract
本发明涉及一种淀粉‑多酚复合纳米颗粒及其制备工艺，步骤如下：(1)生物酶法制备脱支纳米淀粉颗粒：用普鲁兰酶酶解糊化淀粉乳，制备短直链淀粉溶液，酒精滴定，制备淀粉纳米颗粒，冻干得到淀粉纳米颗粒粉末；(2)吸附装载多酚，制备淀粉‑多酚复合纳米颗粒：制备淀粉纳米颗粒悬浊液，加入不同量的多酚，置于振荡水浴锅中，室温吸附不同时间，超滤离心，沉淀水洗，真空冷冻干燥。本发明的淀粉‑多酚复合纳米颗粒，纳米粒子尺寸小，能增加纳米颗粒对组织的附着力，提高胃肠道对多酚的输送效率，延长多酚在胃肠道内的滞留时间，提高其生物利用率。保护具有生物活性的多酚，防止外界环境中的光、pH值、氧气等对其的影响，提高多酚的稳定性。
Description
技术领域
本发明涉及纳米颗粒制备和食品医药领域，具体涉及生物酶法脱支纳米淀粉颗粒和纳米颗粒吸附装载多酚的制备工艺。
背景技术
茶多酚(TP)是从茶叶中提取的多酚类物质，多酚总量占茶叶干重的18％～36％，具有广泛的药理作用。茶叶中多酚类包括儿茶素、黄酮及其苷类、花青素和花白素以及酚酸和缩酚酸等，其中儿茶素占多酚总量的70％左右。其主要组分为表儿茶素(EC)、表没食子儿茶素(EGC)、表儿茶素没食子酸酯(ECG)、表没食子儿茶素没食子酸酯(EGCG)。儿茶素不仅对茶叶的滋味具有重要影响，而且大量研究表明，儿茶素还具有重要的生物活性，在抗氧化、清除自由基、抗茵消炎、抗病毒，预防心血管疾病、降血压血脂和预防癌症等方面具有重要的功能。但是，茶多酚不稳定，遇强碱、强酸、光照、高热及过渡金属易变质。
近年来，由于高分子材料的纳米载药体系受到越来越多的关注，尤其是天然多糖类的纳米载体。淀粉是一类重要的具有生物可降解性、可再生、良好生物相容性的天然多糖类高分子材料，来源丰富，价格低廉，作为载体材料在药物控制释放领域已经得到部分应用。通过载体包埋或键合活性物质制备纳米颗粒，既可以减少活性物质在加工或贮藏过程中的损失，提高其抗氧化活性，又能有效地将活性物质输送到人体的胃肠道位置。并通过控制释放活性物质提高其生物利用率，同时保持活性物质的结构、功效以及掩盖其口感差等。
发明内容
针对多酚在储存、运输、加工过程中存在的易氧化、易分解等问题，本发明的目的在于提供一种淀粉-多酚复合纳米颗粒及其制备工艺，利用纳米淀粉多羟基、结构疏松、内有空腔的特性，可以吸附装载多酚，可提高茶多酚在光、热、氧气等敏感环境中的稳定性，进而提高其抗氧化活性。
本发明采取的技术方案为：
一种淀粉-多酚复合纳米颗粒的制备工艺，步骤如下：
(1)短直链淀粉溶液的制备：首先配制质量体积比为1-15％的糊化淀粉乳，向其中加入100-500U/mL的普鲁兰酶，糊化淀粉乳与普鲁兰酶的体积比为100:2-7，40-60℃酶解6-12小时，得到短直链淀粉溶液；
(2)淀粉纳米颗粒的制备：向短直链淀粉溶液中缓慢滴加乙醇，边搅拌边滴加，短直链淀粉溶液与乙醇的体积比为1:2-5，滴加完乙醇后继续搅拌1-5h，离心，水洗沉淀，得到淀粉纳米颗粒，冻干得到淀粉纳米颗粒粉末；
(3)淀粉-多酚复合纳米颗粒的制备：用磷酸或醋酸缓冲液制备质量体积比5％-10％的淀粉纳米颗粒悬浊液，加入多酚，使多酚在悬浊液中的终浓度为1-20mM，12-30℃吸附0.1-24h，吸附过程中保持振荡，吸附完成后超滤离心，水洗沉淀，冻干得到淀粉-多酚复合纳米颗粒。
进一步的，步骤(1)中配制糊化淀粉乳所用的淀粉为蜡质玉米淀粉、糯性大米淀粉、蜡质马铃薯淀粉、蜡质小麦淀粉或普通玉米淀粉中的任意一种或几种，糊化淀粉乳的配制采用pH4-6的1M磷酸缓冲液。
进一步的，步骤(2)中多酚为儿茶素(C)、表儿茶素(EC)、表儿茶素没食子酸酯(ECG)、表没食子儿茶素没食子酸酯(EGCG)或原花青素(PAC)中的一种或几种。
进一步的，步骤(2)、(3)中水洗沉淀的次数为2-3次，水洗的方式为：向沉淀中加入去离子水，将沉淀旋起，3000-6000rpm离心10-20分钟，得到沉淀。
进一步的，步骤(3)中缓冲液为pH6.5-7.5、浓度为1M磷酸或醋酸。
进一步的，步骤(2)、(3)中冻干工艺为：真空度5-10Pa，温度-80--60℃，时间48-72小时。
进一步的，步骤(3)中的吸附在振荡水浴锅中完成，振荡频率为400-800rpm。
进一步的，步骤(3)中超滤离心中滤膜孔径为200-450nm。
进一步的，步骤(2)、(3)中离心的转速3000-6000rpm，离心时间10-20分钟。
本发明的另一个目的是提供以上述工艺制备得到的淀粉-多酚复合纳米颗粒。
本发明的有益效果为：
(1)制备得到的淀粉-多酚复合纳米颗粒，纳米粒子尺寸小，能增加纳米颗粒对组织的附着力，提高胃肠道对多酚的输送效率，并可通过减少肠道清除机制的影响以及增加多酚的表面活性，延长多酚在胃肠道内的滞留时间，提高其生物利用率。保护具有生物活性的多酚，防止外界环境中的光、pH值、氧气等对其的影响，提高多酚的稳定性；保护活性部位，掩蔽不良风味的释放；有效减少生物活性成分的添加量和毒副作用。(2)制备得到的淀粉-多酚复合纳米颗粒，具有装载率高，成本低，多酚活性作用强等特性，而且多酚在模拟胃肠道环境中具有缓释的功效。
附图说明
图1为实施例2、7-12、14、19-24、26、31-36、38、43-48中纳米颗粒随不同吸附时间的装载效率。
注：图1中，横坐标为不同吸附时间(min)，纵坐标为装载率(％)
图2为实施例2、7-12、14、19-24、26、31-36、38、43-48中纳米颗粒随不同吸附时间的装载量。
注：图2中，横坐标为不同吸附时间(min)，纵坐标为装载率(μg/mg SNPs)
图3为实施例1-6、13-18、25-30、37-42中纳米颗粒随不同多酚添加量的装载率(质量基)。
注：图3中，横坐标为添加多酚的量(mM)，纵坐标为装载量(μg/mgSNPs)
图4为实施例1-6、13-18、25-30、37-42中纳米颗粒随不同多酚添加量的装载率(摩尔基)。
注：图4中，横坐标为添加多酚的量(mM)，纵坐标为装载率(μmol/mgSNPs)
图5为实施例1-6、13-18、25-30、37-42中langmuir吸附动力学模拟。
注：图5中，横坐标为吸附达到平衡时多酚的浓度(mM)，纵坐标为吸附多酚的量(μg/mgSNPs)
图6为实施例1-6、13-18、25-30、37-42中纳米颗粒随不同多酚添加量的粒径变化。
注：图6中，横坐标为添加多酚的量(mM)，纵坐标为纳米颗粒的粒径(nm)
图7为实施例1-6、13-18、25-30、37-42中纳米颗粒随不同多酚添加量的zeta电位变化。
注：图7中，横坐标为添加多酚的量(mM)，纵坐标为纳米颗粒的电位(mV)
图8为实施例2、7-12、14、19-24、26、31-36、38、43-48中纳米颗粒随不同吸附时间的粒径变化。
注：图8中，横坐标为不同吸附时间(min)，纵坐标为纳米颗粒的粒径(nm)
图9为实施例2、7-12、14、19-24、26、31-36、38、43-48中纳米颗粒随不同吸附时间的zeta电位变化。
注：图9中，横坐标为不同吸附时间(min)，纵坐标为纳米颗粒的电位(mV)
图10为实施例2淀粉-儿茶素复合纳米颗粒透射电镜图。
图11为实施例14淀粉-表儿茶素复合纳米颗粒透射电镜图。
图12为实施例26淀粉-表没食子儿茶素没食子酸酯复合纳米颗粒透射电镜图。
图13为实施例38淀粉-原花青素复合纳米颗粒透射电镜图。
图14为实施例2淀粉-儿茶素复合纳米颗粒红外光谱图。
图15为实施例14淀粉-表儿茶素复合纳米颗粒红外光谱图。
图16为实施例26淀粉-表没食子儿茶素没食子酸酯复合纳米颗粒红外光谱图。
图17为实施例38淀粉-原花青素复合纳米颗粒红外光谱图。
图18为实施例2、14、26、38纳米颗粒在模拟胃液环境中的缓释图。
注：图18中，横坐标为释放时间(min)，纵坐标为多酚的释放量(％)
图19为实施例2、14、26、38纳米颗粒在模拟肠液环境中的缓释图。
注：图19中，横坐标为释放时间(min)，纵坐标为多酚的释放量(％)
具体实施方式
下面结合具体实施例及附图对本发明做进一步详细说明。
实施例1-12
按照如下步骤制备淀粉-儿茶素(C-SNPs)复合纳米颗粒：
(1)短直链淀粉溶液的制备：首先选用糯性大米淀粉，用pH4.5的1M磷酸缓冲液配制质量体积比为10％的糊化淀粉乳，向其中加入300U/mL的普鲁兰酶，糊化淀粉乳与普鲁兰酶的体积比为100:5，55℃酶解8小时，得到短直链淀粉溶液；
(2)淀粉纳米颗粒的制备：向短直链淀粉溶液中缓慢滴加乙醇，边搅拌边滴加，短直链淀粉溶液与乙醇的体积比为1:4，滴加完乙醇后继续搅拌2h，然后5000rpm离心10分钟，向沉淀中加入去离子水，将沉淀旋起，5000rpm离心10分钟，完成一次水洗，再重复一次水洗过程，得到淀粉纳米颗粒，冻干(真空度10Pa，温度-70℃，时间50小时)得到淀粉纳米颗粒粉末；
(3)C-SNPs复合纳米颗粒的制备：用pH6.5、浓度为1M的磷酸缓冲液制备质量体积比8％的淀粉纳米颗粒悬浊液，加入儿茶素，使儿茶素在悬浊液中的终浓度为1mM、2mM、6mM、10mM、15mM或20mM，15℃吸附10min、0.5h、1h、2h、6h、10h或24h，吸附过程中保持振荡，频率为500rpm，吸附完成后用孔径为300nm的滤膜进行超滤离心，以步骤(2)的方法水洗沉淀3次，冻干(真空度10Pa，温度-70℃，时间50小时)得到C-SNPs复合纳米颗粒。
表1 实施例1-12变量参数设置
实施例13-24
按照如下步骤制备淀粉-表儿茶素(EC-SNPs)复合纳米颗粒：
(1)短直链淀粉溶液的制备：首先选用蜡质玉米淀粉，用pH5的1M磷酸缓冲液配制质量体积比为8％的糊化淀粉乳，向其中加入250U/mL的普鲁兰酶，糊化淀粉乳与普鲁兰酶的体积比为100:4，50℃酶解10小时，得到短直链淀粉溶液；
(2)淀粉纳米颗粒的制备：向短直链淀粉溶液中缓慢滴加乙醇，边搅拌边滴加，短直链淀粉溶液与乙醇的体积比为1:5，滴加完乙醇后继续搅拌1h，然后3000rpm离心20分钟，向沉淀中加入去离子水，将沉淀旋起，3000rpm离心20分钟，完成一次水洗，再重复两次水洗过程，得到淀粉纳米颗粒，冻干(真空度5Pa，温度-60℃，时间60小时)得到淀粉纳米颗粒粉末；
(3)EC-SNPs复合纳米颗粒的制备：用pH7.5、浓度为1M的醋酸缓冲液制备质量体积比10％的淀粉纳米颗粒悬浊液，加入表儿茶素，使表儿茶素在悬浊液中的终浓度为1mM、2mM、6mM、10mM、15mM或20mM，30℃吸附10min、0.5h、1h、2h、6h、10h或24h，吸附过程中保持振荡，频率为400rpm，吸附完成后用孔径为400nm的滤膜进行超滤离心，以步骤(2)的方法水洗沉淀2次，冻干(真空度5Pa，温度-60℃，时间60小时)得到EC-SNPs复合纳米颗粒。
表2 实施例13-24变量参数设置
实施例25-36
按照如下步骤制备淀粉-表没食子儿茶素没食子酸酯(EGCG-SNPs)复合纳米颗粒：
(1)短直链淀粉溶液的制备：首先选用蜡质马铃薯淀粉，用pH6的1M磷酸缓冲液配制质量体积比为5％的糊化淀粉乳，向其中加入500U/mL的普鲁兰酶，糊化淀粉乳与普鲁兰酶的体积比为100:1，45℃酶解12小时，得到短直链淀粉溶液；
(2)淀粉纳米颗粒的制备：向短直链淀粉溶液中缓慢滴加乙醇，边搅拌边滴加，短直链淀粉溶液与乙醇的体积比为1:2，滴加完乙醇后继续搅拌3h，然后6000rpm离心10分钟，向沉淀中加入去离子水，将沉淀旋起，6000rpm离心10分钟，完成一次水洗，再重复两次水洗过程，得到淀粉纳米颗粒，冻干(真空度8Pa，温度-80℃，时间48小时)得到淀粉纳米颗粒粉末；
(3)EGCG-SNPs复合纳米颗粒的制备：用pH7、浓度为1M的醋酸缓冲液制备质量体积比5％的淀粉纳米颗粒悬浊液，加入表没食子儿茶素没食子酸酯，使表没食子儿茶素没食子酸酯在悬浊液中的终浓度为1mM、2mM、6mM、10mM、15mM或20mM，20℃吸附10min、0.5h、1h、2h、6h、10h或24h，吸附过程中保持振荡，频率为800rpm，吸附完成后用孔径为450nm的滤膜进行超滤离心，以步骤(2)的方法水洗沉淀2次，冻干(真空度8Pa，温度-80℃，时间48小时)得到EGCG-SNPs复合纳米颗粒。
表3 实施例25-36变量参数设置
实施例37-48
按照如下步骤制备淀粉-原花青素(PAC-SNPs)复合纳米颗粒：
(1)短直链淀粉溶液的制备：首先选用普通玉米淀粉，配制质量体积比为15％的糊化淀粉乳，向其中加入200U/mL的普鲁兰酶，糊化淀粉乳与普鲁兰酶的体积比为100:7，酶解12小时，得到短直链淀粉溶液；
(2)淀粉纳米颗粒的制备：向短直链淀粉溶液中缓慢滴加乙醇，边搅拌边滴加，短直链淀粉溶液与乙醇的体积比为1:2，滴加完乙醇后继续搅拌5h，然后4000rpm离心15分钟，向沉淀中加入去离子水，将沉淀旋起，4000rpm离心15分钟，完成一次水洗，再重复一次水洗过程，得到淀粉纳米颗粒，冻干(真空度5Pa，温度-70℃，时间72小时)得到淀粉纳米颗粒粉末；
(3)PAC-SNPs复合纳米颗粒的制备：用pH7.0、浓度为1M的磷酸缓冲液制备质量体积比5％的淀粉纳米颗粒悬浊液，加入原花青素，使原花青素在悬浊液中的终浓度为1mM、2mM、6mM、10mM、15mM或20mM，12℃吸附10min、0.5h、1h、2h、6h、10h或24h，吸附过程中保持振荡，频率为400rpm，吸附完成后用孔径为200nm的滤膜进行超滤离心，以步骤(2)的方法水洗沉淀3次，冻干(真空度5Pa，温度-70℃，时间72小时)得到PAC-SNPs复合纳米颗粒。
表4 实施例37-48变量参数设置
实施例1-48所制备的淀粉-多酚复合纳米颗粒的性能检测：
(1)复合纳米颗粒的装载效率测定：
对吸附完成之后的溶液进行装载效率测定，通过测定离心后上清液的吸光度，计算未吸附的多酚的含量。计算公式为：(总的多酚的添加量-上清液中多酚的量)/总的多酚添加量。
图1-5显示的为实施例1-48复合纳米颗粒的装载率，从图中可以看出，淀粉装载多酚的吸附效率随多酚添加量和吸附时间的增加而增加，最终的效率为原花青素＞表儿茶素＞EGCG＞儿茶素。并且装载率也随多酚的添加量增加而增加，最终装载量为纳米颗粒质量的2-20倍。
(2)复合纳米颗粒langmuir吸附动力学模拟：
根据实施例1-6、13-18、25-30、37-42不同的多酚初始浓度，模拟Langmuir方程式，方程式为模拟曲线如图5所示，得到的参数如表5所示，
表5 langmuir吸附动力学模拟方程的参数。
(3)复合纳米颗粒的大小及形态
图6-9为激光动态光散射图，可见，复合纳米颗粒的粒径大小为100-400nm，而且随多酚添加量的增加先增加后减小；粒径随吸附时间的延长呈现逐渐增加的趋势。
图10-13为分别为淀粉-儿茶素、淀粉-表儿茶素、淀粉-EGCG、淀粉-原花青素的透射电镜图谱，由图看出，不同茶多酚纳米颗粒的性质都呈表面光滑的圆球形，而不同茶多酚的颗粒大小不同，但都在20-60nm之间。
(4)复合纳米颗粒的傅里叶红外光谱
如图14-17所示，分别为淀粉-儿茶素、淀粉-表儿茶素、淀粉-EGCG、淀粉-原花青素的红外光谱图，纳米颗粒的光谱图和淀粉与茶多酚简单混合的有明显差异，说明淀粉与茶多酚形成了复合物，而不是简单的混合在一起。
(5)复合纳米颗粒敏感环境(紫外线、盐离子、高温)测试：
①取多酚干粉及实施例2、14、26、38的复合纳米颗粒干粉，用pH7的1M磷酸缓冲液分别配制质量体积比10％的溶液，在紫外线下处理30min，将处理后的溶液分别稀释成0.2ppm、0.4ppm、0.6ppm、0.8ppm、1.0ppm的溶液，分别加入DPPH，暗处放置30min，于517nm测吸光度值；
②取多酚干粉及实施例2、14、26、38的复合纳米颗粒干粉，用pH7的1M磷酸缓冲液分别配制质量体积比10％的溶液，加入0.1M NaCl处理10min，将处理后的溶液分别稀释成0.2ppm、0.4ppm、0.6ppm、0.8ppm、1.0ppm的溶液，分别加入DPPH，暗处放置30min，于517nm测吸光度值；
③取多酚干粉及实施例2、14、26、38的复合纳米颗粒干粉，用pH7的1M磷酸缓冲液分别配制质量体积比10％的溶液，在80℃处理10min，将处理后的溶液分别稀释成0.2ppm、0.4ppm、0.6ppm、0.8ppm、1.0ppm的溶液，分别加入DPPH，暗处放置30min，于517nm测吸光度值；
表6 实施例2、14、26、38的复合纳米颗粒干粉经不同条件处理后清除自由基能力为50％时多酚的需要量
如表6所示，不同的多酚复合纳米颗粒抵抗盐、紫外和温度的能力不同，儿茶素和表没食子儿茶素没食子酸酯-淀粉纳米颗粒可以有效抵抗紫外线和温度的破坏；表儿茶素-淀粉纳米颗粒可以抵抗盐、紫外线和温度的影响；而原花青素-淀粉纳米颗粒可以抵抗盐和温度的破坏。
(6)胃、肠道环境缓释模拟：
取多酚干粉及实施例2、14、26、38的复合纳米颗粒干粉，分别溶解在pH2(模拟胃环境)和pH7(模拟肠道环境)的1M醋酸缓冲溶液中，制成质量体积比10％的溶液，置于3kDa的透析袋中，将透析袋置于50mL相同pH(2或7)的醋酸缓冲液中，于50rpm的磁力搅拌器中搅拌不同时间，以多酚为标准，用紫外分光光度计测定不同时间累计释放的多酚含量。图18和图19分别为模拟胃液和肠液环境中的缓释图，可见淀粉-多酚复合纳米颗粒具有非常显著的缓释效果，不同的多酚复合纳米颗粒在相同的模拟环境中的释放基本相同，在肠液中的释放明显比胃液中的释放缓慢。
Claims (10)
1.一种淀粉-多酚复合纳米颗粒的制备工艺，其特征在于，步骤如下：
(1)短直链淀粉溶液的制备：首先配制质量体积比为1-15％的糊化淀粉乳，向其中加入100-500U/mL的普鲁兰酶，糊化淀粉乳与普鲁兰酶的体积比为100:2-7，40-60℃酶解6-12小时，得到短直链淀粉溶液；
(2)淀粉纳米颗粒的制备：向短直链淀粉溶液中缓慢滴加乙醇，边搅拌边滴加，短直链淀粉溶液与乙醇的体积比为1:2-5，滴加完乙醇后继续搅拌1-5h，离心，水洗沉淀，得到淀粉纳米颗粒，冻干得到淀粉纳米颗粒粉末；
(3)淀粉-多酚复合纳米颗粒的制备：用磷酸或醋酸缓冲液制备质量体积比5％-10％的淀粉纳米颗粒悬浊液，加入多酚，使多酚在悬浊液中的终浓度为1-20mM，12-30℃吸附0.1-24h，吸附过程中保持振荡，吸附完成后超滤离心，水洗沉淀，冻干得到淀粉-多酚复合纳米颗粒。
2.根据权利要求1所述的淀粉-多酚复合纳米颗粒的制备工艺，其特征在于，步骤(2)中多酚为儿茶素、表儿茶素、表儿茶素没食子酸酯、表没食子儿茶素没食子酸酯或原花青素中的一种或几种。
3.根据权利要求1或2所述的淀粉-多酚复合纳米颗粒的制备工艺，其特征在于，步骤(1)中配制糊化淀粉乳所用的淀粉为蜡质玉米淀粉、糯性大米淀粉、蜡质马铃薯淀粉、蜡质小麦淀粉或普通玉米淀粉中的任意一种或几种，糊化淀粉乳的配制采用pH4-6的1M磷酸缓冲液。
4.根据权利要求1或2所述的淀粉-多酚复合纳米颗粒的制备工艺，其特征在于，步骤(2)、(3)中水洗沉淀的次数为2-3次，水洗的方式为：向沉淀中加入去离子水，将沉淀旋起，3000-6000rpm离心10-20分钟，得到沉淀。
5.根据权利要求1或2所述的淀粉-多酚复合纳米颗粒的制备工艺，其特征在于，步骤(3)中缓冲液为pH6.5-7.5、浓度为1M磷酸或醋酸。
6.根据权利要求1或2所述的淀粉-多酚复合纳米颗粒的制备工艺，其特征在于，步骤(2)、(3)中冻干工艺为：真空度5-10Pa，温度-80～-60℃，时间48-72小时。
7.根据权利要求1或2所述的淀粉-多酚复合纳米颗粒的制备工艺，其特征在于，步骤(3)中的吸附在振荡水浴锅中完成，振荡频率为400-800rpm。
8.根据权利要求1或2所述的淀粉-多酚复合纳米颗粒的制备工艺，其特征在于，步骤(3)中超滤离心中滤膜孔径为200-450nm。
9.根据权利要求1或2所述的淀粉-多酚复合纳米颗粒的制备工艺，其特征在于，步骤(2)、(3)中离心的转速3000-6000rpm，离心时间10-20分钟。
10.根据权利要求1-9任一所述的工艺制备的淀粉-多酚复合纳米颗粒，其特征在于，由权利要求1-9任一所述的工艺制备而成。
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2016
- 2016-04-14 CN CN201610231125.4A patent/CN105852060B/zh active Active
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| CN105852060B (zh) | 2019-09-20 |
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