花青素緩釋材料—氨基殼聚糖的制備及緩釋性能研究

袁 博，許培源，王佩佩，張 華，曹成亮，蔣繼宏

（江蘇師范大學(xué) 江蘇省藥用植物生物技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江蘇 徐州 2211 16）

花青素緩釋材料—氨基殼聚糖的制備及緩釋性能研究

袁 博，許培源，王佩佩，張 華，曹成亮，蔣繼宏*

（江蘇師范大學(xué) 江蘇省藥用植物生物技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江蘇 徐州 2211 16）

以殼聚糖為材料，采用反相懸浮交聯(lián)法制備復(fù)合材料，利用Schiff base反應(yīng)對(duì)殼聚糖的氨基進(jìn)行了保護(hù)。利用乙二胺對(duì)得到的復(fù)合材料進(jìn)行修飾，獲得氨基化的殼聚糖材料，并對(duì)其進(jìn)行結(jié)構(gòu)表征。通過(guò)聚乙烯硫酸鉀標(biāo)定氨基，考察環(huán)氧丙烷用 量對(duì)材料的表面游離氨基的影響。分別探討了致孔劑、預(yù)交連劑與交聯(lián)劑的含量對(duì)花青素包封率的影響以及在模擬生理環(huán)境中評(píng)價(jià)材料的緩釋情況。結(jié)果表明：隨著環(huán)氧丙烷的含量增加，材料出現(xiàn)游離的氨基減少的情況；隨著致孔劑，預(yù)交連劑和交聯(lián)劑的含量增加，花青素的包封率也逐漸增高，但當(dāng)三者超過(guò)一定的含量時(shí)，包封率反而出現(xiàn)下降趨勢(shì)。通過(guò)模擬人體生理環(huán)境下的花青素的緩釋研究，載藥顆粒在pH 1.72，溫度37 ℃條件下，4 h內(nèi)釋放量達(dá)到了（81.63±1.92）%，在10 h內(nèi)釋放完畢，而在pH 8.25，溫度37 ℃時(shí)4 h內(nèi)釋放量達(dá)到了（71.68±2.55）%，10 h內(nèi)基本釋放完畢。釋放曲線符合正態(tài)分布模型，表明該化學(xué)修飾的殼聚糖可以作為負(fù)載材料用于花青素的緩釋用途。

花青素；緩釋?zhuān)话被鶜ぞ厶?；制?/p>

殼聚糖是一種無(wú)毒副作用，來(lái)源于天然的高分子多糖，是自然界中唯一的堿性多糖，在水處理、金屬離子富集回收等環(huán)境領(lǐng)域具有重要而廣泛的應(yīng)用[1-3]，同時(shí)在親和色譜固定相的開(kāi)發(fā)中也有一定的使 用[4-5]。在醫(yī)學(xué)上具有止血、促進(jìn)組織再生、抑菌、抗霉菌生長(zhǎng)等生物活性[6-9]，目前在作為藥物載體、緩釋?zhuān)蒯專(zhuān)┕羌懿牧?、成膜材料以及靶向藥物載體方面具有重要的應(yīng)用[10-15]。同時(shí)，隨著人們對(duì)保健食品的追求，殼聚糖被認(rèn)為是維他命丸、麥乳精以及卵磷脂等保健品之后的第二代保健食品，是一種可食性動(dòng)物纖維，被人食用進(jìn)入腸胃中，在腸胃中的細(xì)菌作用下分解成為低聚糖，具有較好的生理活性，具有調(diào)節(jié)免疫、內(nèi)分泌、降血脂、降血壓以及排除體內(nèi)毒素的作用，是一種理想的保健食品[16-17]。

花青素是生物類(lèi)黃酮物質(zhì)，是廣泛存在于植物中的水溶性色素[18]，是一種具有藥用活性的生物活性成分，目前花青素在清除自由基、抗心腦血管疾病、預(yù)防衰老、改善糖尿病癥狀、鎮(zhèn)痛抗炎等方面具有廣泛的應(yīng)用[19-21]。

殼聚糖與天然產(chǎn)物吸附鮮有報(bào)道，但未見(jiàn)負(fù)載花青素的相關(guān)文獻(xiàn)。本實(shí)驗(yàn)研究了一種保護(hù)殼聚糖氨基的顆粒負(fù)載材料制備方法，采用反相懸浮法制備殼聚糖負(fù)載顆粒。利用Schiff base反應(yīng)原理，使得甲醛和殼聚糖上的氨基反應(yīng)生成Schiff base，再用環(huán)氧氯丙烷交聯(lián)，使得交聯(lián)大部分發(fā)生在羥基上，然后再脫去Schiff base，得到保留氨基的殼聚糖載體材料，同時(shí)加入致孔劑的方法來(lái)提高載體的孔隙率，探討了制備工藝。得到交聯(lián)材料后，在與花青素提取物進(jìn)行吸附時(shí)使用三聚磷酸鈉（sodium tripolyphosphate，TPP）二次交聯(lián)，使得負(fù)載材料結(jié)構(gòu)更加緊密，同時(shí)由于氨基的保留，可以最大程度的吸附花青素，得到花青素-殼聚糖復(fù)合藥物，并對(duì)該復(fù)合藥物的緩釋情況進(jìn)行了研究。通過(guò)本研究的開(kāi)展，以期望為花青素作為保健藥品提供思路和研究基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

紫薯 市購(gòu)；殼聚糖（脫乙酰度＞85%） 美國(guó)Sigma公司；花青素（HPLC測(cè)定含量＞95%） 天津尖峰天然產(chǎn)物有限公司；硫酸鐵銨（NH4Fe(SO4)2·12H2O）、香草醛（C8H8O3） 上海雙香助劑廠；山梨醇酐三油酸酯（C60H108O8，Span 85） 上海化學(xué)試劑公司；聚乙二醇2000（polyethylene glycol，PEG 2000，CP）、四溴酚藍(lán)（tetrabromophenol blu，T.B）指示劑（C19H10Br4O5S）、三聚磷酸鈉（sodium tripolyphosphate，TPP）、甲醛（w=37%）、液體石蠟（CP） 國(guó)藥集團(tuán)；環(huán)氧氯丙烷（epichlorohydrin，EPC） 上?；瘜W(xué)試劑公司；甲醇、乙腈（均為色譜級(jí)） 美國(guó)默克公司；試劑若無(wú)特別說(shuō)明均為分析純。

1.2 儀器與設(shè)備

1260高效液相色譜系統(tǒng) 美國(guó)Agilent公司；S-3400N掃描電子顯微鏡 日本日立公司；UV-2102C型紫外-可見(jiàn)分光光度計(jì) 上海尼龍科儀器有限公司。

1.3 方法

1.3.1 殼聚糖氨基保護(hù)復(fù)合材料的制備

按應(yīng)國(guó)清[11]方法進(jìn)行改進(jìn)。分別將殼聚糖和PEG 2000溶于質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3%的乙酸溶液中配制成一定質(zhì)量分?jǐn)?shù)的殼聚糖和PEG 2000溶液，將兩種溶液置于裝有攪拌器及溫度計(jì)的250 mL三頸燒瓶中。加入液體石蠟80 mL，Span 85 3～4滴，40 ℃條件下攪拌30 min，升溫到50 ℃，滴加一定量的甲醛溶液，繼續(xù)反應(yīng)30 min，調(diào)體系pH 10～11。再升溫到60 ℃，加入適量的環(huán)氧氯丙烷，以恒壓滴液漏斗緩慢滴加質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5% 的NaOH溶液，使體系pH值始終保持在10，繼續(xù)攪拌反應(yīng)2 h，過(guò)濾，水洗，用石油醚不斷沖洗，直至去掉表面的石蠟，超聲30 min，洗滌。最后在50 ℃條件下用0.3 mol/L鹽酸溶液在磁力攪拌下處理10 h，依次水洗，堿洗，水洗至中性，濕態(tài)保存，備用。

1.3.2 殼聚糖氨基保護(hù)復(fù)合材料的氨基化

選取乙二胺作為胺化試劑胺化反應(yīng)。將得到的殼聚糖氨基保護(hù)顆粒重新置于三頸燒瓶中，加入0.2 mol/L NaHCO3溶液100 mL，再加入50 mL乙二胺，60 ℃條件下回流攪拌反應(yīng)24 h，反應(yīng)后所得到的顆粒懸混液抽濾，用1 mol/L的醋酸溶液處理，水洗至中性，繼續(xù)抽干，得到殼聚糖氨基衍生物（amidogen chitosan，Ado-CS）復(fù)合材料，用傅里葉變換紅外光譜測(cè)定光譜結(jié)構(gòu)，并用掃描電子顯微鏡對(duì)其表面特征進(jìn)行了表征。

1.3.3 膠體滴定測(cè)定Ado-CS表面游離氨基

用雙蒸水配制0.2 m m o l/L聚乙烯硫酸鉀（polyvinylsulfuric acid potassium salt，PVSK）標(biāo)準(zhǔn)溶液。精密移取10 mL得到的Ado-CS溶液，按上述方法制備系列空白Ado-CS溶液，定容至20 mL，精密移取5 mL置于錐形瓶中，加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.2% T.B指示劑100 μL，混合后用PVSK標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定溶液由藍(lán)色剛好變?yōu)樽霞t色，并在10 s內(nèi)不褪色，此時(shí)為滴定終點(diǎn)，記錄消耗PVSK體積V1，雙蒸水做空白。另精密移取2 mg/mL空白殼聚糖溶液10 mL，定容至20 mL，按同樣方法滴定，消耗PVSK體積為V2，以上數(shù)據(jù)平均測(cè)定3次，同時(shí)測(cè)定殼聚糖（chitosan，CS）的游離氨基數(shù)量?？傆坞x氨基物質(zhì)的量百分?jǐn)?shù)按公式（1）計(jì)算。

按上述方法測(cè)定不同質(zhì)量濃度EPC 2000對(duì)Ado-CS游離氨基的影響，同時(shí)做CS為對(duì)照。

1.3.4 花青素的提取[22]

準(zhǔn)確稱(chēng)取50 g紫薯干粉于1 000 mL燒瓶中，按1：10的比例加入體積分?jǐn)?shù)75%的乙醇溶液（含1.5%的檸檬酸），80℃條件下回流提取6 h，期間，每隔2 h減壓抽濾，收集過(guò)濾液，補(bǔ)加等量乙醇溶液。收集3次的濾液合并減壓得到 花青素粗浸膏物，過(guò)大孔樹(shù)脂，收集體積分?jǐn)?shù)75%的乙醇洗脫液，減壓濃縮回收乙醇，得花青素浸膏，用0.2%醋酸溶液溶解，并定容于500 mL，即得紫薯花青素（purple sweet potato anthocyanins，PSPA）溶液。

1.3.5 Ado-CS-PSPA復(fù)合材料制備

取一定量的Ado-CS材料用20 mL乙酸溶解，配制成一定濃度的Ado-CS乙酸溶液。用高速均質(zhì)機(jī)8 000 r/min均質(zhì)10 min。均質(zhì)后的溶液立即置于磁力攪拌器上持續(xù)攪拌，用1 mL注射器逐滴加入TPP溶液，并繼續(xù)攪拌1 h使其形成例子交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，形成網(wǎng)狀交聯(lián)材料。這時(shí)加入PSPA，充分包裹花青素，最后將溶液離心，用去離子水清洗，冷凍干燥后制成極細(xì)小顆粒。

1.3.6 Ado-CS-PSPA復(fù)合材料包封率的測(cè)定

移取載藥Ado-CS-PSPA懸浮液1 mL到超濾管中，3 500 r/min離心10 min，取離心液，稀釋100 倍，以花青素為標(biāo)準(zhǔn)，利用反相高效液相色譜法測(cè)定花青素含量，計(jì)算游離藥物W游，包封率w按公式（2）計(jì)算。

式中：W總為花青素的質(zhì)量（加入殼聚糖的質(zhì)量）；W游為測(cè)定的游離花青素質(zhì)量。

取20 mg/L的花青素溶液1 mL加到超濾管中，同法操作，測(cè)定離心液中花青素質(zhì)量濃度，計(jì)算回收率，每組重復(fù)實(shí)驗(yàn)3 次。

以包封率為指標(biāo)，按照上述制備方法分別測(cè)定用量的環(huán)氧丙烷、甲醛以及TPP對(duì)花青素包封率的影響。

1.3.7 體外釋藥實(shí)驗(yàn)

精密移取載藥殼聚糖，加入到筒狀透析袋中，用透析夾子夾住兩端，分別懸浮于100 mL 3 種不同的介質(zhì)溶液（pH 4.5的醋酸鈉緩沖溶液，pH 7.4磷酸鹽緩沖溶液，pH 9.5碳酸鈉緩沖液）中，37 ℃水浴搖床，在開(kāi)始實(shí)驗(yàn)后的0.25、0.5、1、2、4、8、12、24、48、72 h取袋外液2 mL，同時(shí)補(bǔ)充等量的介質(zhì)。利用高效液相色譜測(cè)定所取液體中的花青素含量，計(jì)算釋放的花青素總量及各時(shí)間點(diǎn)的累計(jì)釋放率，按公式（3）計(jì)算。

式中：i外為透析外液藥物總質(zhì)量；i總殼聚糖中藥物總質(zhì)量。

精密移取4.0 mL游離花青素水溶液按同法透析，考察該透析條件的回收率。

采用Logarithmic normal distribution（對(duì)數(shù)正態(tài)分布模型）對(duì)整個(gè)釋藥曲線進(jìn)行擬合[23]。S型釋藥曲線的累計(jì)釋放率Q與時(shí)間t的關(guān)系為：

式中：ψ為標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布函數(shù)；μ為藥物 累計(jì)溶出質(zhì)量分?jǐn)?shù)的對(duì)數(shù)均數(shù)；σ為對(duì)數(shù)標(biāo)準(zhǔn)差；標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)離差U為：

帶入（4）得：

因此，將Q轉(zhuǎn)化成U后對(duì)lgt線性回歸，可得直線方程，可以求得出均數(shù)m=lg-1（μ+1.151δ2），標(biāo)準(zhǔn)差s=m[lg-1（2.303σ2）-1]1/2。利用比較m和s的值大小可以得到藥物溶出快慢情況。

1.3.8 活性成分含量分析方法檢測(cè)

將待測(cè)液配制成0.1 g/L的甲醇溶液，取其1 mL移入10 mL試管內(nèi)，做5 個(gè)平行，依次加入6 mL質(zhì)量分?jǐn)?shù)為4%的香草醛甲醇溶液和3 mL濃鹽酸，加蓋搖勻，在（30±1）℃避光條件下反應(yīng)15 min后，于500 nm處測(cè)其吸光度，以甲醇代替樣品溶液作為空白對(duì)照。用標(biāo)準(zhǔn)曲線計(jì)算出樣品的花青素含量。樣品中花青素含量計(jì)算公式：

式中：D為試樣中花青素含量/%；V為試樣定容體積/mL；C為試樣 中花青素質(zhì)量濃度/（mg/mL）；n為稀釋倍數(shù)；m為試樣質(zhì)量/g。

2 結(jié)果與分析

2.1 氨基化殼聚糖表征

將供試樣品干燥脫水，按常規(guī)方法鍍金，在掃描電子顯微鏡上觀察。圖1a、b為分別為觀察殼聚糖 和氨基化殼聚糖局部表面結(jié)構(gòu)。

圖1 樣品的電子顯微鏡掃描圖Fig.1 Scanning electron micrograph images of chitosan and amino-chitosan

由于在制備載體時(shí)，殼聚糖本身的氨基會(huì)受到破壞，本研究采用甲醛與殼聚糖上的氨基發(fā)生反應(yīng)生成Schiff base，在使用環(huán)氧氯丙烷交聯(lián)，這樣便會(huì)使得交聯(lián)大部分發(fā)生在羥基上，不破壞氨基，當(dāng)交聯(lián)結(jié)束時(shí)，用酸脫去Schiff base ，這樣便得到了保留氨基的負(fù)載材料，同時(shí)利用乙二胺作為胺化試劑對(duì)負(fù)載材料進(jìn)行了二次氨基修飾，得到了殼聚糖氨基衍生物復(fù)合材料。從圖1可以看出，經(jīng)過(guò)處理后由片狀結(jié)構(gòu)聚集成類(lèi)球狀，殼聚糖表面不再光滑，表面出現(xiàn)凹凸不平，含有較多的孔洞，孔徑較大，這些孔洞為包裹藥物提供了位置。

2.2 EPC對(duì)Ado-CS表面氨基數(shù)量的影響

Ado-CS表面的游離氨基在酸性介質(zhì)中會(huì)質(zhì)子化，形成—NH3+，用標(biāo)準(zhǔn)聚陰離子PVSK直接滴定表面游離氨基，統(tǒng)計(jì)結(jié)果如圖2所示。

圖2 EPC質(zhì)量濃度對(duì)Ado-CS表面氨基數(shù)量的影響Fig.2 Effect of EPC concentration on free amino groups on the surface of chitosan and amino-chitosan

從圖2可以看出，隨著EPC質(zhì)量濃度的增加，Ado-CS和CS溶液都會(huì)出現(xiàn)游離的氨基減少的趨勢(shì)，這說(shuō)明EPC陰離子與—NH3+基團(tuán)分子之間和分子內(nèi)的交聯(lián)是Ado-CS形成的關(guān)鍵，通過(guò)控制EPC陰離子與—NH3+的比例可以得到不同表面氨基游離率的Ado-CS。同時(shí)也可以看出，通過(guò)氨基化和氨基保護(hù)的殼聚糖更容易得到表面氨基游離率高的復(fù)合材料。

2.3 致孔劑對(duì)包封率的影響

圖3 PEG 2000質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)吸附能力的影響Fig.3 Effect of PEG concentration on the entrapment efficiency of anthocyanin

固定Ado-CS的溶液質(zhì)量分?jǐn)?shù)2%，甲醛用量1 mL，環(huán)氧丙烷用量1 mL，通過(guò)使用不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)PEG 2 000比較生成的材料對(duì)花青素吸附量的高低來(lái)確定適合的用量。致孔劑可以使材料孔洞增加從而增加吸附能力，對(duì)不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)PEG 2000得到的材料進(jìn)行吸附得到的花青素含量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，得圖3。

從圖3可以看出，隨著致孔劑PEG 2000質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增大，花青素的包封率也逐漸提高，花青素因可能是由于致孔劑含量增大導(dǎo)致殼聚糖孔隙率增加，比表面積逐漸增大，從而花青素分子能更好的進(jìn)入孔隙中，然而當(dāng)致孔劑含量逐漸增大到5%時(shí)，對(duì)花青素包封率反而出現(xiàn)了下降，主要花青素因可能是因?yàn)橹驴讋┖吭黾?，孔隙率太高，?dǎo)致了孔與孔之間的承受力下降，導(dǎo)致了孔的坍塌。所以從圖3可以得到，在制備負(fù)載材料時(shí)，致孔劑的含量不宜過(guò)大，取3%～4%之間含量即可。

2.4 預(yù)交聯(lián)劑甲醛的用量對(duì)花青素包封率的影響

固定殼聚糖的溶液質(zhì)量分?jǐn)?shù)2%，PEG 2000質(zhì)量分?jǐn)?shù)3.5%，環(huán)氧氯丙烷用量1 mL，攪拌速率約為400 r/min，Span 3滴，乙二胺用量為3 mL，其他實(shí)驗(yàn)條件不變，按體積分?jǐn)?shù)計(jì)算，分別加入體積分?jǐn)?shù)0.5%～5%的甲醛進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，所得的包封率見(jiàn)圖4。通過(guò)圖4可以看出，甲醛用量對(duì)吸附材料影響較大，在一定的范圍內(nèi)，隨著甲醛體積比例逐級(jí)增大時(shí)，花青素的包封率也逐級(jí)增加，當(dāng)甲醛體積分?jǐn)?shù)為4%時(shí)，花青素的包封率最大，花青素因可能為：當(dāng)甲醛的體積分?jǐn)?shù)較少時(shí)，體系容易發(fā)生粘連，很難制備出較好的吸附材料，同時(shí)少量的甲醛會(huì)使得對(duì)氨基的保護(hù)下降，使得環(huán)氧氯丙烷與材料中的氨基發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)，這樣會(huì)導(dǎo)致氨基的空間位阻增大，所以導(dǎo)致了花青素的吸附能力。但當(dāng)超過(guò)這個(gè)閥值后，包封率明顯下降?；ㄇ嗨匾蚩赡転椋弘S著甲醛的體積分?jǐn)?shù)增大，吸附材料中的過(guò)多氨基會(huì)與甲醛反應(yīng)，這樣也會(huì)影響對(duì)花青素的吸附能力。

圖4 甲醛體積分?jǐn)?shù)對(duì)吸附能力的影響Fig.4 Effect of formaldehyde dosage on the entrapment efficiency of anthocyanin

2.5 交聯(lián)劑對(duì)花青素的包封率影響

殼聚糖（及改性殼聚糖）和TPP反應(yīng)是因?yàn)闅ぞ厶巧蠋д姷陌被cTPP與帶負(fù)電的磷酸基的靜電相互作用。因此，配制不同比例的Ado-CS和TPP對(duì)花青素的包封率也會(huì)大不相同，由于改性之后的殼聚糖是反應(yīng)中的主要包裹材料，TPP的作用主要是起連接作用，理論上包封率的影響主要是來(lái)源于改性殼聚糖Ado-CS投放量，投放不同質(zhì)量的Ado-CS和TPP，觀察包封率變化，主要變化見(jiàn)表1。

表1 不同投放量的氨基殼聚糖和TPP質(zhì)量濃度對(duì)花青素的包封率的影響Table1 Effect of amino-chitosan dosage and TPP concentration on the entrapment efficiency of anthocyanin

從表1可以看出，當(dāng)Ado-CS投放量固定不變，當(dāng)TPP的質(zhì)量濃度達(dá)到一定值后，材料對(duì)花青素的包封率幾乎不再提高。出現(xiàn)這種情況的花青素因主要是由于溶液中離散的Ado-CS的靜電連接作用大部分已經(jīng)連接在一起，TPP的質(zhì)量濃度增加不會(huì)再進(jìn)一步提高Ad o-CS之間的連接，因此對(duì)花青素的包封率也不會(huì)進(jìn)一步提高。而再同一質(zhì)量濃度TPP下，隨著Ado-CS投放量的提高，花青素的包封率出現(xiàn)先上升后下降，下降的花青素因可能主要是因?yàn)殡S著Ado-CS在溶液中的質(zhì)量濃度增加，溶液的黏度也隨之增加，而這樣便會(huì)帶來(lái)不易于攪拌，導(dǎo)致不能充分混合，導(dǎo)致了包封率的下降。

從表1還可以得到最佳的配料比為乙酸體積20 mL、TPP含量2 mg/mL、Ado-CS投放量2 g，此時(shí)復(fù)合載體材料對(duì)花青素的包封率較高。

2.6 Ado-CS- PSPA體外釋放研究

圖5 不同pH值條件下的Ado-CS-PSPA花青素緩釋曲線（25 ℃）Fig.5 Release curves of anthocyanin-loaded amino-chitosan in release media with different pH values (25 ℃)

圖5反映載花青素顆粒在模擬人體胃、腸以及中性環(huán)境下花青素的釋放情況。通過(guò)圖5可以看出，3 種pH值條件下載花青素顆粒釋放花青素都顯著慢于游離花青素，游離花青素在最初的1 h就幾乎釋放100%，在這個(gè)時(shí)間下，在3 種pH值條件下，釋放量均在15%左右，在中性環(huán)境下，雖然花青素的緩釋時(shí)間較長(zhǎng)，釋放實(shí)驗(yàn)40 h后，花青素的釋放量才達(dá)到（82.49±4.1）%。在模擬人腸道環(huán)境下的花青素釋放量較快，2 h釋放花青素量（27.58±1.37）%，20 h時(shí)釋放量為（99.78± 4.9）%，推斷在腸中的大量釋放時(shí)間在3.5 h之后。而在模擬人胃環(huán)境下時(shí)，2 h釋放花青素量（15.55±1.77）%，25 h內(nèi)釋放花青素達(dá)到（99.87±4.99）%，推斷在胃中的大量釋放時(shí)間在2.5 h之后。花青素在腸胃中可以完全釋放，符合對(duì)花青素的釋放要求。

圖6反映了在不同溫度和不同pH值的作用下，載花青素顆粒釋放花青素的能力。人體內(nèi)的溫度一般維持在37 ℃，當(dāng)在模擬胃部生理環(huán)境下（pH 1.72，37 ℃）時(shí)，花青素的釋放率相對(duì)于25℃條件下要大一些。在37 ℃條件下，花青素釋放量在4 h內(nèi)達(dá)到了（81.63±1.92）%，高于25 ℃條件下的（72.55±3.62）%。在10 h內(nèi)花青素基本釋放完畢，釋放率為（99.41±1.87）%。在模擬人體腸道生理環(huán)境下（pH 8.25，37 ℃）時(shí)，花青素的釋放率相對(duì)于模擬胃環(huán)境下要大一些，同時(shí)也比25 ℃條件下要高，在37 ℃時(shí)，花青素的釋放量在4 h內(nèi)達(dá)到了（71.68±2.55）%，高于25 ℃時(shí)的釋放率，也在10 h內(nèi)基本釋放完畢，釋放率為（99.72±2.51）%。出現(xiàn)上述現(xiàn)象的主要花青素因可能為花青素的釋放為吸熱反應(yīng)，當(dāng)溫度升高時(shí)，反應(yīng)會(huì)向著正方向移動(dòng)，這樣就會(huì)促使花青素的釋放。

圖6 不同pH值和溫度下的Ado-CS-花青素PSPA緩釋曲線Fig.6 Release curves of anthocyanin-loaded amino-chitosan in release media with different pH values at different temperatures

采用對(duì)數(shù)正態(tài)分布模型對(duì)釋藥曲線（pH值和溫度）進(jìn)行擬合，按照方法中的公式利用Matlab軟件進(jìn)行計(jì)算擬合，計(jì)算得到擬合方程如表2所示。通過(guò)擬合方程可以看出，擬合程度較好，m、s值表示花青素溶出過(guò)程的特點(diǎn)，一般m值越大，花青素溶出緩慢，結(jié)合圖7也可以看出，當(dāng)溫度升高時(shí)，m值是略有下降，整體的釋放花青素曲線符合正態(tài)分布模型。

表2 METLAB模型參數(shù)結(jié)果Table2 Kinetics models for anthocyanin release under different conditions

3 討 論

掃描電子顯微鏡下觀察材料在修飾前后發(fā)生了比較明顯的變化花青素本表明光滑的殼聚糖材料被扭曲成近似球狀物，表明出現(xiàn)褶皺，出現(xiàn)了較大的空隙，這些空隙為下一步的包裹花青素提供了位置。

隨著EPC的質(zhì)量濃度的增加，材料游離的氨基都會(huì)相應(yīng)降低，但通過(guò)氨基化的殼聚糖材料相對(duì)花青素始?xì)ぞ厶遣牧显诎被鶖?shù)量上仍然較多，這就保證了下一步的花青素吸附、包裹。同時(shí)也論證了EPC陰離子與—NH3+基團(tuán)分子之間和分子內(nèi)的交聯(lián)是Ado-CS形成的關(guān)鍵，同時(shí)，氨基保護(hù)后，更容易得到游離氨基更多的符合材料。

在一定的配比范圍內(nèi)，TPP和Ado-CS的配比可以有效的提高花青素的包封率。但TPP以及殼聚糖進(jìn)一步增加時(shí)，包封率都不會(huì)提高，甚至出現(xiàn)下降的情況。

通過(guò)體外模擬體內(nèi)環(huán)境，對(duì)花青素的釋放效果進(jìn)行了評(píng)估，負(fù)載花青素的材料在酸性環(huán)境下釋放效果較好，其次是堿性，可以推斷藥物在胃部的釋放程度已經(jīng)達(dá)到97%以上，同時(shí)運(yùn)用對(duì)數(shù)模型驗(yàn)證了釋放花青素曲線是符合正態(tài)分布模型的。

本研究從化學(xué)修飾和氨基化角度出發(fā)，設(shè)計(jì)不同的實(shí)驗(yàn)考察作為花青素的藥物載體，殼聚糖不僅可以達(dá)到花青素緩釋的效果，更重要的是殼聚糖是一種環(huán)保、低毒的負(fù)載材料是，是現(xiàn)在藥物、保健品等重要的負(fù)載材料選擇之一。研究的進(jìn)行對(duì)殼聚糖與花青素在保健食品方面的應(yīng)用開(kāi)發(fā)提供理論和實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)。

[1] 蔡玲, 李?lèi)?ài)陽(yáng), 何曉梅. 甲殼素/殼聚糖在水處理中的應(yīng)用[J]. 吉林化工學(xué)院學(xué)報(bào), 2006, 23(1): 19-21.

[2] 王愛(ài)勤, 周金芳, 俞賢達(dá). 完全脫乙?；瘹ぞ厶桥cZn(Ⅱ)的配位作用[J].高分子學(xué)報(bào), 2000(6): 688-691.

[3] 張鴻雁, 劉星生, 黃國(guó)林. 殼聚糖對(duì)金屬離子吸附性能改性的研究進(jìn)展[J]. 化工時(shí)刊, 2005, 19(9): 60-62.

[4] 申屠靜靈, 賈之慎, 高慧. 活性F3GA固載的殼聚糖微球?qū)^(guò)氧化氫酶的吸附[J]. 浙江大學(xué)學(xué)報(bào): 理學(xué)版, 2005, 32(6): 674-677.

[5] 王崢, 郭敏亮, 姜涌明. 新型疏水色譜填料-丁基交聯(lián)殼聚糖的合成[J].功能高分子學(xué)報(bào), 2001, 14(1): 81-84.

[6] 位曉娟, 張長(zhǎng)青, 顧其勝. 殼聚糖的性能、產(chǎn)品及應(yīng)用[J]. 中國(guó)修復(fù)重建外科雜志, 2010(10): 1265-1270.

[7] 董靜, 劉群. 甲殼素/殼聚糖及其衍生物的最新應(yīng)用進(jìn)展[J]. 醫(yī)學(xué)綜述, 2011,17(6): 921-922.

[8] 莫名月, 李國(guó)明, 孔志玲. 殼聚糖負(fù)載利福平微囊的制備及其性能研究[J]. 華南師范大學(xué)學(xué)報(bào): 自然科學(xué)版, 2006, 2(1): 87-91.

[9] 彭湘紅, 張俐娜, 潘雪龍. 殼聚糖絲心蛋白包藥微球的結(jié)構(gòu)和釋放性能研究[J]. 高分子學(xué)報(bào), 2000(4): 502-505.

[10] 林愛(ài)華, 劉奕明, 平其能. 殼聚糖納米粒表面游離氨基與納米粒特性研究[J]. 藥學(xué)學(xué)報(bào), 2007, 42(3): 323-328.

[11] 應(yīng)國(guó)清, 盧霞, 石陸娥, 等. 新型胺基殼聚糖微球的制備及對(duì)黃酮類(lèi)物質(zhì)的吸附性能[J]. 中國(guó)生化藥物雜志, 2007, 28(2): 94-97.

[12] 郭英, 李釅, 謝靜, 等. 阿司匹林殼聚糖納米緩釋微球的制備及體外釋放性能的研究[J]. 化學(xué)世界, 2007(1): 38-42.

[13] 余婷婷. 殼聚糖的藥物制劑學(xué)進(jìn)展[J]. 廣東藥學(xué)院學(xué)報(bào), 2001, 17(7): 26-30.

[14] 張燦, 丁婭, 平其能. 水溶性6-O-琥珀酰-N-半乳糖化殼聚糖衍生物的制備與表征[J]. 中國(guó)藥科大學(xué)學(xué)報(bào), 2005, 36(4): 291-295.

[15] PARK I K, JIANG H L, COOK S E, et al. Galactosy lated chitosan (GC)-graft-poly (vinylpyrro lidone) as hepatyte-targeting DNA carrier: in vitro transfection[J]. Archives of Pharmacal Research, 2004, 27(12): 1284-1289.

[16] 何欣云. 甲殼素的預(yù)防保健作用及其展望[C]//中國(guó)甲殼素資源研究開(kāi)發(fā)應(yīng)用學(xué)術(shù)研討會(huì). 青島: 中國(guó)化學(xué)會(huì), 1997: 27.

[17] 賴(lài)?guó)P英, 向東, 梁平. 殼聚糖在食品工業(yè)中的應(yīng)用[J]. 中國(guó)甜菜糖業(yè), 2004(2): 29-30.

[18] 韓海華, 梁名志, 王麗, 等. 花青素的研究進(jìn)展及其應(yīng)用[J]. 茶葉, 2011, 37(4): 217-220.

[19] MAKOTO Y, SHIGENORI O, MASATU Y, et al. Antimutagenicity of deacylated anthocyanins in purple-fl eshed sweet potato[J]. Bioscience, Biotechnology, and Biochemistry, 2 001, 65(7): 1652-1655.

[20] HOU D X, LIN S G, TERAHARA N, et al. Anthocyanidins inhibit activator protein 1 activity and cell transformation: structure-activity relationship and molecular mechanisms[J]. Carcinogenesis, 2004, 25(1): 29-36.

[21] NEILL S O, GOULD K S, KILMARTIN P A, et al. Antioxidant activities of red versus green leaves in elatostema rugosum[J]. Plant, Cell & Environment, 2002, 25(4): 539-547.

[22] 黃思梅, 張鏡, 范玉琴, 等. 短穗魚(yú)尾葵果實(shí)原花青素的提取工藝[J].食品科學(xué), 2012, 33(20): 104-108.

[23] 劉元江. 基于MATLAB的釋藥對(duì)數(shù)正態(tài)分布模型參數(shù)求解[J]. 清遠(yuǎn)職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào), 2009, 6(2): 21-22.

Preparation and Release Properties of Amino-Chitosan for Use in Sustained Release of Anthocyanin

YUAN Bo, XU Pei-yuan, WANG Pei-pei, ZHANG Hua, CAO Cheng-liang, JIANG Ji-hong*
(Key Laboratory of Biotechnol ogy for Medicinal Plant of Jiangsu Province, Jiangsu Normal University, Xuzhou 221116, China)

Chitosan-based composite materials were prepared using the inverse-phase suspension cross-linking technique by protecting the amino group in chitosan through the Schiff base reaction. Amino-chitosan was obtained after modifi cation of the composite materials with ethidene diamine and its structure was characterized. In addition, the effect of epoxypropane concentration on free amino groups on the surface of amino-chitosan was investigated; the amount of free amino groups was measured using potassium polyvinylsulfate (PVSK). Also, the effects of porogen, pre-cross-linking agent and cross-linking agent on the entrapment effi ciency of anthocyanin were evaluated as well as sustained release properties of anthocyaninloaded amino-chitosan. The results showed that the amount of free amino group was reduced with increasing epoxypropane concentration. With increasing concentrations of porogen, pre-cross-linking agent and cross-linking agent within certain ranges, the entrapment effi ciency of anthocyanin was also gradually increased, but decreased when they exceeded the ranges. Under simulated human physiological conditions, the release of anthocyanin from chitosan particles at pH 1.72 and 37 ℃was (81.63 ± 1.92)% in 4 h, and complete release was achieved in 10 h. By contrast, the release of ant hocyanin at pH 8.25 and 37 ℃ was (71.68±2.55)% in 4 h, and the entrapped anthocyanin was almost completely released in 10 h. The release curves, observed to follow normal distribution patterns, sh owed that the ch emically modified chitosan can be used for sustained release of anth ocyanin.

anthocyanin; sustained release; amino-chitosan; preparati on

TS201.2

A

1002-6630（2014）10-0062-06

10.7506/spkx1002-6630-201410012

2013-09-06

江蘇省高校自然科學(xué)研究項(xiàng)目（13KJD350001）；江蘇師范大學(xué)校自然科研基金項(xiàng)目（12XLB04）；江蘇省藥用植物生物技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開(kāi)放課題（KLBMP1401）；江蘇省高校優(yōu)秀科技創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)資助項(xiàng)目（藥用微生物前期開(kāi)發(fā)）；徐州市高技術(shù)研究重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)項(xiàng)目（XF12C045）

袁博（1985—），男，助理實(shí)驗(yàn)師，碩士，研究方向?yàn)樘烊划a(chǎn)物分離與分析。E-mail：boyuan@jsnu.edu.cn

*通信作者：蔣繼宏（1962—），男，教授，博士，研究方向?yàn)樗幱弥参锷锛夹g(shù)。E-mail：jhjiang@jsnu.edu.cn