超氧化物歧化酶微膠囊的制備及微囊結構的表征

趙有璽　冀頤之　張慧娟　龔平

摘要[目的]優化超氧化物歧化酶微膠囊的制備工藝，并對該微膠囊的結構進行初步的分析。[方法]采用水中干燥法制備超氧化物歧化酶微膠囊，并對其工藝進行優化。利用掃描電鏡技術，分析超氧化物歧化酶微囊的表面形態及大小分布；并采用X射線光電子能譜和示差掃描熱量技術，初步研究超氧化物歧化酶微囊的結構。[結果]在最佳工藝條件下，超氧化物歧化酶微囊形狀規則，粒徑分布均勻。超氧化物歧化酶微膠囊是由乙基纖維素包裹超氧化物歧化酶成囊的，乙基纖維素與超氧化物歧化酶呈囊后，乙基纖維素與超氧化物歧化酶分子間形成很強的分子間相互作用。[結論]超氧化物歧化酶微囊的結構分析，對進一步研究微膠囊的控制釋放機制和改進微囊性能具有一定的意義。

關鍵詞超氧化物歧化酶；微膠囊；X射線光電子能譜；示差掃描熱量

中圖分類號S188；Q55文獻標識碼A文章編號0517-6611（2014）12-03483-03

基金項目北京市教委面上項目（KM201311417003）。

作者簡介趙有璽（1979-），男，山東日照人，講師，碩士，從事工業微生物和酶制劑研究開發工作。*通訊作者。

超氧化物歧化酶（Superoxide Dismutase，SOD）是一類金屬蛋白酶類，在生物體內專一的清除氧自由基，保持生物體內氧自由基的平衡，減少其對生物體的損害[1-2]。SOD廣泛存在于各種植物、微生物和動物組織中。根據金屬輔因子的不同，SOD可以分為3類：Cu/Zn-SOD、Mn-SOD額Fe-SOD[3-5]。SOD在醫藥領域，食品工業，農業上都有巨大的應用潛力，是目前的研究熱點之一[6-13]。SOD在體外穩定性差，受溫度、氧氣等因素影響容易失活，而且具有一定的免疫原性，這限制了其應用[14-16]。微膠囊可以保護對氧、熱等因素敏感的組分，并具有控制釋放的功能[17-18]。因此，SOD的微膠囊化是解決上述問題的有效途徑之一。

關于SOD微囊化的研究很少，文獻報道的只有龔平和朱俊晨開展了SOD的微囊化研究，但只是關于微囊制備工藝的優化研究，并未深入研究SOD微囊的結構[16，19]。研究SOD微囊的結構，對于了解微囊的控釋機制，進一步改進微囊的性能具有重要的意義。因此，筆者采用乙基纖維素在水中干燥法制備SOD微囊，對微囊的制備工藝進行優化，同時采用SEM、XPS和DSC等技術對制備的微囊進行表征和分析，以期為分析微囊的表面和內部結構提供理論依據。

1材料與方法

1.1材料

1.1.1研究對象。植物SOD干粉，購自湖南沅江洪元植物葉蛋白開發有限公司。

1.1.2主要儀器。日立S4800型掃描電鏡，購自HITACHI公司；Thermo VG ESCALAB 250XPS，購自Thermo VG 公司；Pyris I DSC，購自Perkin Elmer公司。

1.1.3主要試劑。SDS，購自北京化學試劑公司；乙基纖維素（化學純）和二氯甲烷（分析純），市售。

1.2方法

1.2.1微膠的制備。微囊的制備工藝見參考文獻[16]。

1.2.2SOD微囊的表征。采用掃描電子顯微鏡（SEM）對SOD微膠囊的微囊表面形貌、圓整度和孔性能進行表征。

1.2.3SOD微囊的XPS 分析。采用張華安的方法[20]。

1.2.4SOD微囊的DSC分析。采用Perkin Elmer公司的Pyris I 型示差掃描量熱分析儀對SOD微囊、SOD和EC樣品進行玻璃化轉變溫度的熱分析。試驗條件，在氮氣保護下進行，樣品質量為13 mg，升溫速率10 ℃/min，測試溫度40～200 ℃，氣體流量20 ml/min。

2結果與分析

2.1SOD微膠囊的表征對制備好的SOD微囊，采用掃描電子顯微鏡（ SEM ） 對SOD微膠囊的微囊表面形貌、圓整度和孔性能進行表征。圖1表明，SOD微囊，微囊圓整度均比較好，粒徑分布較為均一，微囊表面平滑，分布有相對均勻的小孔。

2.2X射線光電子能譜（XPS）對SOD微膠囊表面結構的分析對囊芯物SOD、囊材物EC和SOD微囊進行XPS全譜定性掃描，結果見圖2。通過譜圖可以看出，3個樣品中，被XPS檢出的主要元素是C和O。SOD微囊和SOD、EC的譜圖都不相同。這說明，微囊表面的元素及分布與SOD和EC都不相同。圖1SOD微膠囊掃描電鏡結果注：A為SOD；B為EC；C為SOD微囊。

圖2XPS全譜分析 SOD的活性中心-Cu，是確定SOD微膠囊表面結構的一個重要元素。為了進一步確定微囊表面結構，試驗進行了Cu元素窄譜分析，結果見圖3。只有SOD表面有銅元素檢出，EC和SOD微膠囊幾乎不含銅元素，這說明在SOD微膠囊中，SOD的活性中心是由EC包裹而不外露在微膠囊的表面。圖3SOD的Cu2p能圖譜對XPS分析得到的數據進一步分析，結果如表1～2所示。表中主要列出了主要元素C、O、Cu的相對光電子流強度（cps）、結合能和結合能差值的數據。分析發現，微膠囊表面的氧元素與SOD表面的氧元素結合能值相差非常小，而與EC表面的氧元素結合能值相差較大，這表明其微膠囊表面氧的結構與SOD近似。

由XPS的數據可知，SOD微膠囊表面幾乎不含銅元素，SOD的活性中心是由EC包裹在內，而SOD微膠囊的表面氧的結構與SOD近似。這說明微膠囊內的SOD的活性中心被EC包裹在內，而極性基團（羥基氧）會從微孔伸出，裸露在微膠囊表面，從而被XPS檢測出來。

2.3示差掃描熱量法（DSC）對SOD微囊內部結構分析為了分析SOD內部結構，對SOD，EC，SOD進行DSC分析（圖4）。SOD沒有放熱峰，不存在玻璃化溫度Tg。EC在140.252 ℃有放熱峰，玻璃化溫度為177.846 ℃（圖4B）。SOD微囊在175.444 ℃存在一個平緩的放熱峰。

乙基纖維素由于帶有大量的極性基團（羥基），通常以物理吸附或鍵合型式與水分子間產生相互作用。乙基纖維素在140.252 ℃有放熱峰，這是由于乙基纖維素與水結合的氫鍵被破壞所釋放出的熱量[21]。微膠囊形成過程中，乙基纖維素羥基是極性基團，極性基團之間會發生分子內或分子間的相互作用，從而形成大量的氫鍵，同時SOD與乙基纖維素表1XPS數據分析

元素ECcpsEC結合能∥eVSODcpsSOD結合能∥eVSOD微囊-cpsSOD微囊結合能∥eVC117 088.40（Max.）285.17044 056.310（Max.）285.17879 430.77（Max.）284.92C44 254.17283.6408 877.197278.5005 4001.57286.70O182 454.50531.510374 145.800532.680192 722.40532.71Cu--4 311.425（Max.）935.930--Cu--3 423.976926.190--

分子之間形成較強的分子間相互作用，破壞這些氫鍵需要更高的能量及更長的作用時間，因此對微膠囊進行檢測時時候，放熱峰就會有所升高（圖4C），氫鍵的放熱峰與玻璃化轉變峰相互接近，形成一個部分相互疊加掩蓋，形成一個相對平緩的175.444 ℃放熱峰。這個溫度與乙基纖維素的玻璃化轉變溫度近似一致，說明該峰有可能和微膠囊的玻璃化轉變溫度重合。由于SOD不存在玻璃化轉變溫度（圖4A），若其與乙基纖維素不產生化學變化，在成囊后，微膠囊的玻璃化轉變溫度應與乙基纖維素的玻璃化轉變溫度相一致。這說明乙基纖維素與SOD呈囊后，乙基纖維素確實與SOD分子間形成很強的分子間相互作用，但這種作用不是化學作用。

參考文獻

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