鈣源及海藻酸鈉/多孔玉米淀粉配比對其凝膠特性的影響

王雨生，趙敬松，欒茜玉，陳海華,3?

（1.青島農(nóng)業(yè)大學(xué) 食品科學(xué)與工程學(xué)院，山東 青島 266109；2.青島農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報 編輯部，山東 青島 266109；3.青島農(nóng)業(yè)大學(xué) 巴瑟斯未來農(nóng)業(yè)科技學(xué)院，山東 青島 266109）

海藻酸鈉（Sodium alginate，AG）是一種來自褐藻類植物的陰離子多糖，由β-D-甘露糖醛酸和α-L-古洛糖醛酸通過β-1,4-糖苷鍵連接而成[1]，具有較好的生物相容性和可降解性，可在金屬陽離子（尤其是Ca2+）存在時，形成具有三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的水凝膠。近年來，AG被廣泛用作膠凝劑，制備各種凝膠藥物遞送系統(tǒng)[2-3]。利用 Ca2+交聯(lián)海藻酸鈉制備水凝膠通常有滴注法和內(nèi)源固化法兩種方法[4]。滴注法常以CaCl2為鈣源，依靠Ca2+從外到內(nèi)擴散，實現(xiàn)海藻酸鈉的交聯(lián)作用。CaCl2溶液中游離的Ca2+在接觸羧基后立即發(fā)生交聯(lián)，反應(yīng)迅速，因此，CaCl2溶液難以與AG溶液混合均勻。當(dāng)兩種液體相互接觸時，Ca2+離子擴散到AG表面并形成一層交聯(lián)外殼，隨著 Ca2+由外向內(nèi)擴散和進一步交聯(lián)，外殼厚度進一步增加。由于局部不均勻性和潛在的未膠凝區(qū)域，所形成的水凝膠結(jié)構(gòu)可變，穩(wěn)定性較差[5]。內(nèi)源固化法常以CaCO3為鈣源，通過原位釋放Ca2+，實現(xiàn)內(nèi)部交聯(lián)形成凝膠。CaCO3則能與AG溶液均勻混合，Ca2+在酸化劑 D-葡萄糖酸-δ-內(nèi)酯（GDL）作用下緩慢釋放，并與附近的羧基結(jié)合，均勻交聯(lián)形成水凝膠。CaCO3中Ca2+的釋放、GDL的水解均需要一定時間，與滴注法相比，內(nèi)源固化法制備凝膠所需時間更長，但形成的水凝膠結(jié)構(gòu)更均勻[6]。

然而，AG分子含有較多的親水基團，凝膠親水性強，特別是當(dāng)外部環(huán)境存在過剩單價離子時，凝膠容易分解，致使包封物質(zhì)被快速釋放[7]。為解決這一問題，人們試探在AG中添加不同聚合物，如碳納米管、多糖納米晶體、黏土材料等，以改善凝膠結(jié)構(gòu)和功能特性。Zhang等[8]在 AG基體中加入碳納米管，有效提高凝膠包封效率和機械穩(wěn)定性，減少藥物泄漏；Hosseini等[9]將Ag與淀粉結(jié)合提高了AG基凝膠的化學(xué)和機械穩(wěn)定性，提高包封效率和生物活性物質(zhì)的持續(xù)釋放能力。多孔淀粉是一種呈海綿狀結(jié)構(gòu)的酶水解淀粉，表面積大、孔洞多[10]，這種特殊結(jié)構(gòu)使多孔淀粉具有良好的吸附性能和緩慢釋放特性，常用于吸附和保護生物活性物質(zhì)，在食品和醫(yī)藥工業(yè)中則被廣泛用作吸附劑和微膠囊劑，使生物活性物質(zhì)免受光、氧氣和熱引起的降解作用影響，是優(yōu)良的生物活性物質(zhì)遞送載體[11]。

目前，關(guān)于多孔玉米淀粉（Porous starch，PS）添加量、鈣源對AG凝膠結(jié)構(gòu)、理化性質(zhì)的研究很少。本文以氯化鈣和碳酸鈣為鈣源，通過掃描電鏡、質(zhì)構(gòu)分析、紅外及X射線衍射光譜分析、體外模擬消化等，研究鈣源及AG/PS配比（質(zhì)量比r）對AG-PS混合凝膠結(jié)構(gòu)、硬度、析水率、溶脹特性等理化性質(zhì)的影響。本研究對制備開發(fā)pH響應(yīng)型生物活性物質(zhì)遞送載體具有指導(dǎo)意義。

1 材料與方法

1.1 實驗材料

多孔玉米淀粉：遼寧立達生物科技有限公司；海藻酸鈉（甘露糖醛酸與古洛糖醛酸質(zhì)量比約為1.17∶1）：青島明月海藻集團有限公司；CaCl2、CaCO3、KBr、D-葡萄糖酸-δ-內(nèi)酯：天津巴斯夫化工股份有限公司。

1.2 儀器與設(shè)備

TA-XT·Plus物性測定儀：英國Stable Micro Systems公司；is10傅里葉紅外光譜分析儀：美國熱電尼高力公司；D8-ADVANCE X射線衍射儀：德國布魯克AXS有限公司；S-3400N掃描電子顯微鏡：日本日立公司。

1.3 實驗方法

1.3.1 樣品的制備

1.3.1.1 AG-PS混合溶液的制備 準(zhǔn)確稱取一定質(zhì)量AG，分散于蒸餾水中，加入一定質(zhì)量PS，使用磁力攪拌器攪拌過夜，使AG和PS充分水化，得 AG-PS混合溶液。AG-PS混合溶液質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2.5%，AG與PS質(zhì)量比r分別為0∶6、1∶5、2∶4、3∶3、4∶2、5∶1、6∶0。

1.3.1.2 CaCl2滴注法制備 AG-PS混合凝膠 取一定體積的AG-PS混合溶液，每隔1 s滴入0.06 mol/L CaCl2溶液1滴，靜置固化24 h，得到氯化鈣誘導(dǎo)的AG-PS混合凝膠珠，取出并用蒸餾水清洗2次，備用。

1.3.1.3 CaCO3內(nèi)源固化法制備AG-PS混合凝膠取一定體積的 AG-PS混合溶液，加入一定量CaCO3粉末（質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.06 mol/L），再加入一定量的GDL粉末（質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.12 mol/L），快速攪拌1 min后，靜置固化24 h，得到碳酸鈣誘導(dǎo)的AG-PS混合凝膠塊。

1.3.1.4 凍干樣品的制備 將所制備的AG-PS混合凝膠冷凍干燥后，用于掃描電鏡觀察和溶脹特性測定；將冷凍干燥后的AG-PS混合凝膠研磨成粉，用于X射線衍射實驗和傅里葉變換紅外光譜分析。

1.3.2 樣品宏觀形貌和微觀結(jié)構(gòu)觀察

用相機拍攝不同鈣源誘導(dǎo)的 AG-PS混合凝膠，觀察其宏觀形貌。

參照Li等[12]方法，將AG-PS混合凝膠凍干粉末置于樣品架，濺射涂布機涂覆金鈀，在5 kV加速電壓下，用掃描電子顯微鏡觀察其微觀結(jié)構(gòu)，放大倍數(shù)為1 000。

1.3.3 相對硬度的測定

將AG-PS混合凝膠置于pH=6.8的磷酸鹽緩沖液中，于37 ℃溶脹4 h。參照Li等[1]方法，用質(zhì)構(gòu)儀分別測定溶脹前后凝膠硬度。測試選用P/0.5型探頭，測試速度1.0 mm/s，觸發(fā)力5 g，壓縮形變量40%。測量過程中的最大力記為硬度。溶脹前相對硬度記為溶脹前混合凝膠硬度與相應(yīng)純AG凝膠硬度的比值，溶脹后相對硬度記為溶脹后混合凝膠硬度與相應(yīng)純AG凝膠硬度的比值。

1.3.4 析水率的測定

稱取一定質(zhì)量AG-PS混合凝膠（m0）置于培養(yǎng)皿中，室溫下放置24 h后，測量析出水質(zhì)量m，析水率記為m/m0。

1.3.5 溶脹特性

分別配制模擬胃液（0.1 mol/L HCl溶液，pH=1.0）、模擬小腸液（0.1 mol/L磷酸緩沖液，pH=6.8）、模擬結(jié)腸液（0.1 mol/L磷酸緩沖液，pH=7.4）。稱取一定質(zhì)量凍干 AG-PS混合凝膠（M0）置于三角燒瓶中，加入300 mL模擬消化液或者去離子水（pH=7.0），37 ℃水浴，180 r/min恒溫振蕩。其間，每間隔一定時間取樣，用濾紙除去樣品表面水分后立即測其質(zhì)量M，直至溶脹平衡（約4 h）。溶脹率為M/M0。

1.3.6 X射線衍射分析

參照Li等[12]方法，取AG-PS混合凝膠凍干粉末，置于X射線衍射儀樣品臺，設(shè)置掃描范圍4°～40°，掃描速度 0.1 °/s，電壓和電流分別為 40 kV和40 mA，記錄樣品的X射線衍射圖譜。

1.3.7 傅里葉變換紅外光譜（FT-IR）分析

參照Li等[12]方法，取AG-PS混合凝膠凍干粉末，與 KBr按質(zhì)量比1∶100混合并壓片。以空氣為背景，設(shè)置波數(shù)掃描范圍4 000～400 cm-1，重復(fù)掃描64次，分辨率4 cm-1，記錄FT-IR圖譜。

1.4 數(shù)據(jù)分析

實驗重復(fù)3次，數(shù)據(jù)以平均值±標(biāo)準(zhǔn)差形式表示。用Excel 2010軟件作圖，用SPSS 22.0軟件對數(shù)據(jù)進行差異顯著性分析（P＜0.05）和多重比較。

2 結(jié)果與分析

2.1 樣品形貌及微觀結(jié)構(gòu)

由圖1可以看出，氯化鈣和碳酸鈣兩種不同鈣源誘導(dǎo)的 AG-PS混合凝膠具有不同的外觀形貌。氯化鈣為鈣源時，凝膠呈球形，形成凝膠珠，且凝膠珠狀態(tài)與AG的占比（r）有關(guān)：當(dāng)r較小時，凝膠珠形狀不均一、不規(guī)則；隨著r的增大，凝膠珠形狀逐漸變得均一、規(guī)則，r=4∶2或5∶1時，形成的AG-PS球形凝膠珠形狀均一、規(guī)則；當(dāng)r=6∶0時，PS缺失，純AG不能形成均一凝膠珠。碳酸鈣為鈣源時，形成多孔狀或片層狀凝膠塊，且r較小時，凝膠塊的孔洞大、結(jié)構(gòu)疏松，隨著r的增大，孔洞逐漸變小，結(jié)構(gòu)變得致密。上述結(jié)果表明，不同鈣源和r誘導(dǎo)AG-PS混合凝膠形成不同的結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)的不同可能使混合凝膠具有不同的溶脹特性[13]。

圖1 氯化鈣和碳酸鈣誘導(dǎo)的AG-PS混合凝膠的宏觀照片F(xiàn)ig.1 Macroscopic photos of AG-PS mixed gel induced by CaCl2 or CaCO3

PS本身不能形成凝膠，掃描電鏡下，純 PS（r=0∶6）呈顆粒狀態(tài)，顆粒表面分布著一些孔洞（圖2）。添加不同比例AG后，在氯化鈣或碳酸鈣誘導(dǎo)下，AG-PS混合凝膠呈現(xiàn)不同的微觀形貌。當(dāng)r=6∶0時，純AG在氯化鈣誘導(dǎo)下，凝膠表面粗糙，伴有顆粒狀凸起，而在碳酸鈣誘導(dǎo)下，凝膠表面較光滑，有少量的凹痕和皺褶。當(dāng)r=4∶2時，AG-PS混合凝膠在氯化鈣誘導(dǎo)下呈顆粒堆積狀態(tài)，可能是淀粉顆粒被包裹在AG形成的凝膠珠內(nèi)，這與Córdoba等[14]觀察到的海藻酸鈉-玉米淀粉凝膠珠的砂狀堆積狀態(tài)一致。而在碳酸鈣誘導(dǎo)下的AG-PS混合凝膠中，AG呈現(xiàn)膜狀，覆蓋在PS顆粒表面，AG膜表面存在皺褶和孔洞。

圖2 氯化鈣和碳酸鈣誘導(dǎo)的AG-PS混合凝膠掃描電鏡照片F(xiàn)ig.2 Scanning electron microscopy of AG-PS mixed gel induced by CaCl2 or CaCO3

2.2 相對硬度和析水率

硬度是評價物體質(zhì)構(gòu)特性的主要指標(biāo)之一，凝膠硬度與其內(nèi)部結(jié)構(gòu)有關(guān)[15]。根據(jù)圖 3，鈣源不同而r相同時，氯化鈣誘導(dǎo)的AG-PS混合凝膠相對硬度略低于碳酸鈣誘導(dǎo)的凝膠。如r=5∶1時，氯化鈣誘導(dǎo)的AG-PS混合凝膠，溶脹前的相對硬度為0.67，而碳酸鈣誘導(dǎo)的硬度為0.74。鈣源相同時，隨r升高，AG-PS混合凝膠的相對硬度均逐漸增加。如與r=1∶5時相比，r=5∶1時，氯化鈣誘導(dǎo)的 AG-PS混合凝膠溶脹前的相對硬度高509%，說明增加AG含量能強化AG-PS混合凝膠的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。Hu等[15]發(fā)現(xiàn)海藻酸鈉-透明質(zhì)酸復(fù)合水凝膠的硬度隨 AG比例的增加而增加；Liu等[16]在 CaCO3和醋酸誘導(dǎo)的海藻酸鹽-高甲氧基果膠混合凝膠的研究中也發(fā)現(xiàn)了類似的結(jié)果。這可能是因為Ca2+存在時，AG通過Ca2+的橋聯(lián)作用形成“蛋盒”模式的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)[17]，提高AG的含量，AG-PS混合凝膠結(jié)構(gòu)會變得更加致密，因而凝膠硬度增大。

溶脹后，氯化鈣和碳酸鈣誘導(dǎo)的AG-PS混合凝膠相對硬度均明顯減小。如r=5∶1時，氯化鈣和碳酸鈣誘導(dǎo)的 AG-PS混合凝膠溶脹后的相對硬度分別比溶脹前下降了42%和24%。Tsai等[18]的研究表明，阿拉伯膠改性海藻酸鹽凝膠珠在模擬腸液中溶脹后，硬度下降，本文結(jié)果與其一致，這可能與溶脹時凝膠網(wǎng)絡(luò)中的Ca2+、模擬液環(huán)境中的 Na+發(fā)生交換作用有關(guān)[19]。LeRoux等[20]的研究也表明，在生理濃度下，Na+會使海藻酸鹽凝膠“軟化”，顯著降低海藻酸鹽凝膠的硬度。溶脹過程中，AG在混合體系中含量較少時，形成的凝膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)松散，Ca2+和 Na+容易擴散，凝膠網(wǎng)絡(luò)也就容易崩解，因此凝膠硬度溶脹后會越低[21]。另外，純PS（r=0∶6）無法形成凝膠結(jié)構(gòu)，凝膠硬度無法測出。

聚合物凝膠網(wǎng)絡(luò)在貯藏過程中會發(fā)生緩慢重排，引起凝膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)收縮，導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)中的部分水分被擠出，形成脫水收縮現(xiàn)象[22]。如圖3所示，鈣源和r均能顯著影響 AG-PS混合凝膠的析水率。對同一鈣源誘導(dǎo)的AG-PS混合凝膠，r升高，析水率降低。Nunamaker等[4]也發(fā)現(xiàn)，隨著 AG質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加，AG凝膠析水率降低。這可能是由于AG含量的增加提高了凝膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的致密性，使凝膠的持水力增加，析水率降低。AG的含量相同（r相同）時：當(dāng)r＜3∶3時，氯化鈣誘導(dǎo)的 AG-PS混合凝膠的析水率小于碳酸鈣誘導(dǎo)的混合凝膠；當(dāng)r＞3∶3時，氯化鈣誘導(dǎo)的AG-PS混合凝膠的析水率大于碳酸鈣誘導(dǎo)的混合凝膠。這可能是因為AG含量較低時，碳酸鈣誘導(dǎo)的AG-PS混合凝膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)疏松，持水能力弱，而氯化鈣誘導(dǎo)的AG-PS混合凝膠能形成較為致密的外殼，這種特殊的殼結(jié)構(gòu)能夠阻礙水分析出。因此，氯化鈣誘導(dǎo)的AG-PS混合凝膠析水率更小。

圖3 氯化鈣和碳酸鈣誘導(dǎo)的AG-PS混合凝膠的相對硬度及析水率Fig.3 The relative hardness and syneresis of AG-PS mixed gel induced by CaCl2 or CaCO3

Kuo等[23]的研究也表明，CaCO3和 GDL制備的海藻酸鈣水凝膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)均勻，而 CaCl2制備的海藻酸鈣水凝膠具有致密的外殼。但當(dāng) AG含量較高時，由于氯化鈣中的Ca2+釋放速度很快，與AG形成的凝膠網(wǎng)絡(luò)不均勻，持水力低，析水率高，而碳酸鈣在GDL的作用下釋放Ca2+緩慢，碳酸鈣通過內(nèi)源固化的方式促使 AG-PS形成更加均勻多孔的凝膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，因而持水能力強，析水率低。

2.3 溶脹特性

通常，生物聚合物材料具有較強的親水性，在溶液中放置時會發(fā)生溶脹現(xiàn)象[13]。生物聚合物材料的溶脹會影響其荷載的生物活性物質(zhì)在生物體內(nèi)的靶向傳遞和控制釋放效果[2]。由圖4A、4B可知，純 PS在模擬結(jié)腸液、模擬小腸液、模擬胃液、去離子水中均表現(xiàn)出極小的溶脹率，純AG凝膠在模擬胃液中溶脹率也很低。

圖4 氯化鈣和碳酸鈣誘導(dǎo)的AG-PS混合凝膠的溶脹曲線（r=4∶2）Fig.4 The swelling curve of AG-PS mixed gel with CaCl2 or CaCO3

根據(jù)圖4A和4B，氯化鈣或碳酸鈣兩種鈣源誘導(dǎo)的不同配比AG-PS混合凝膠在模擬結(jié)腸液、模擬小腸液、模擬胃液及去離子水中的溶脹率不同，但存在共同特點：在呈堿性的模擬結(jié)腸液（pH=7.4）中的溶脹率最高，其次是模擬小腸液（pH=6.8），在模擬胃液（pH=1.0）中的溶脹率則最低，幾乎不溶脹，而在去離子水中，只有碳酸鈣誘導(dǎo)的AG-PS混合凝膠能較好地溶脹。這說明AG-PS混合凝膠具有良好的pH響應(yīng)性。

Yotsuyanagi等[24]發(fā)現(xiàn)，Ca2+誘導(dǎo)的AG凝膠溶脹率在酸性條件下較低，堿性條件下較高；Hu等[15]發(fā)現(xiàn)海藻酸鈉-辛烯基琥珀酸淀粉復(fù)合凝膠也有類似現(xiàn)象。這可能是因為AG分子等電點為4.5（pI=4.5）[25]：當(dāng)環(huán)境pH＞pI時，AG分子表現(xiàn)出較強的電負性，分子間的靜電斥力增強，促進了凝膠的溶脹[26]；當(dāng)環(huán)境pH＜pI時，AG分子的羧基質(zhì)子化，帶有少量凈正電荷，分子間靜電斥力弱，溶脹能力變?nèi)鮗27]。因此，AG-PS混合凝膠在模擬結(jié)腸液或小腸液中溶脹率很高，但在模擬胃液中溶脹率非常低。此外，模擬小腸液和模擬結(jié)腸液中的 Na+會逐漸取代混合凝膠中的Ca2+，也可以促進混合凝膠的溶脹[27]。因此，AG-PS混合凝膠在模擬小腸液和模擬結(jié)腸液的溶脹率大于去離子水中的。

在模擬胃液中，氯化鈣或碳酸鈣誘導(dǎo)的AG-PS混合凝膠幾乎不能溶脹，且不受r值影響。在去離子水（pH=7.0）中：氯化鈣誘導(dǎo)的AG-PS混合凝膠幾乎沒有溶脹，也不受r值影響；但碳酸鈣誘導(dǎo)的AG-PS混合凝膠在r＞3∶3后，隨著r值升高，溶脹率迅速升高；r值相同時，碳酸鈣誘導(dǎo)的 AG-PS混合凝膠的溶脹率明顯高于氯化鈣誘導(dǎo)的AG-PS混合凝膠。

由圖4A、4B可以看出，AG-PS混合凝膠中AG的占比影響凝膠的溶脹率。隨著r值升高，碳酸鈣誘導(dǎo)的AG-PS混合凝膠在模擬結(jié)腸液、小腸液和去離子水中的溶脹率均逐漸增大。這可能是因為r值較小時，碳酸鈣誘導(dǎo)的AG-PS混合凝膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)疏松，而AG含量的升高能顯著改善AG-PS混合凝膠的結(jié)構(gòu)，凝膠網(wǎng)絡(luò)孔洞多而均勻，可以提高凝膠的持水力，促進溶脹率的提高。對于氯化鈣誘導(dǎo)的AG-PS混合凝膠，提高r值：在模擬結(jié)腸液中的溶脹率逐漸升高，r＞4∶2后保持穩(wěn)定；在模擬小腸液、模擬胃液和去離子水中，r值的升高基本不影響溶脹率。說明堿性環(huán)境（模擬結(jié)腸液）使AG分子所帶凈負電荷增多，提高AG含量則可以增強分子間的排斥力，有利于溶脹率的升高，但若堿性環(huán)境的 pH值一定，AG含量的升高并不能持續(xù)產(chǎn)生更多凈負電荷，分子間排斥力趨于穩(wěn)定，溶脹率逐漸達到飽和。

不同鈣源誘導(dǎo)對 AG-PS混合凝膠的溶脹率也有影響。模擬結(jié)腸液或模擬小腸液中，兩種鈣源誘導(dǎo)的AG-PS混合凝膠均具有較高的溶脹率，但隨著r值的升高，碳酸鈣誘導(dǎo)的混合凝膠溶脹率迅速升高，而氯化鈣誘導(dǎo)的混合凝膠的溶脹率趨于穩(wěn)定。

由圖4C、4D可知，碳酸鈣和氯化鈣誘導(dǎo)的AG-PS混合凝膠溶脹率均隨模擬消化時間的延長而增加，當(dāng)模擬消化時間超過225 min后，溶脹達到平衡。在模擬結(jié)腸液或模擬小腸液中，兩種鈣源誘導(dǎo)的混合凝膠的溶脹曲線有顯著差別：氯化鈣誘導(dǎo)的 AG-PS混合凝膠在模擬消化初期溶脹速度較慢，模擬消化90 min后，溶脹速度迅速增加，直至溶脹平衡；碳酸鈣誘導(dǎo)的AG-PS混合凝膠在模擬消化初期就具有較高的溶脹率，模擬消化90 min后，溶脹速度變緩，直至溶脹平衡；平衡后，碳酸鈣誘導(dǎo)的混合凝膠溶脹率小于氯化鈣誘導(dǎo)的。

Córdoba等[14]也發(fā)現(xiàn)，以玉米淀粉為填料的AG經(jīng)氯化鈣誘導(dǎo)形成的凝膠珠具有初始溶脹率高、后期緩慢溶脹直至平衡的特點。這可能與所形成的混合凝膠微觀結(jié)構(gòu)有關(guān)：碳酸鈣誘導(dǎo)的混合凝膠表面存在褶皺和孔洞，有利于水分快速進入凝膠內(nèi)部，因而初始溶脹速度快；氯化鈣誘導(dǎo)的混合凝膠，AG形成具有致密外殼的顆粒狀堆積結(jié)構(gòu)，使混合凝膠初始溶脹緩慢，但外殼結(jié)構(gòu)可以保持較多水分，最終溶脹率更高。

上述結(jié)果表明，氯化鈣或碳酸鈣誘導(dǎo)的AG-PS混合凝膠在模擬結(jié)腸液或模擬小腸液中均具有良好的溶脹特性，調(diào)整鈣源或調(diào)整AG與PS配比r，可以改變AG-PS混合凝膠在模擬結(jié)腸液、模擬小腸液和去離子水中的溶脹特性，可以對包封生物活性物質(zhì)進行控釋[14]。

2.4 X射線衍射特性和FT-IR特性

如圖5A、5B所示，純PS（A0或B0）在2θ為 15°、17°、18°和 23°附近出現(xiàn)較強的衍射峰，為典型的 A型淀粉結(jié)晶結(jié)構(gòu)[28]。氯化鈣（A6）和碳酸鈣（B6）誘導(dǎo)的純AG凝膠呈現(xiàn)較寬的彌散峰，說明純AG凝膠呈非晶態(tài)結(jié)構(gòu)[29]。

圖5 氯化鈣和碳酸鈣誘導(dǎo)的AG-PS混合凝膠X射線和FT-IR圖譜Fig.5 X-ray diffraction patterns and FT-IR spectra of AG-PS mixed gel with CaCl2 or CaCO3

與純PS相比，添加AG后的混合凝膠依然能在純PS衍射峰的位置出峰，但峰強度明顯降低，且隨r值增加，PS含量逐漸降低，混合凝膠衍射峰強度逐漸減弱，甚至消失。Yu等[30]的研究也發(fā)現(xiàn)添加AG不影響玉米淀粉的結(jié)晶結(jié)構(gòu)；Feltre等[31]也有類似結(jié)果，他們發(fā)現(xiàn)玉米淀粉含量較高時，玉米淀粉與AG制備的微膠囊的X射線衍射圖譜與玉米淀粉的基本相同，但隨AG比例升高，微膠囊的衍射峰強度逐漸降低；Fontes等[32]也發(fā)現(xiàn)提高海藻酸鹽比例可以明顯降低海藻酸鹽-玉米淀粉凝膠的衍射峰強度。這應(yīng)該是因為升高r，添加的AG產(chǎn)生稀釋效應(yīng)增強，導(dǎo)致 PS衍射峰強度降低[9]。此外，碳酸鈣誘導(dǎo)的AG-PS混合凝膠在 2θ=29°處有明顯的尖峰，該峰應(yīng)為 CaCO3晶體的衍射峰[33]。

如圖5C、5D所示，氯化鈣和碳酸鈣誘導(dǎo)的AG-PS混合凝膠的FT-IR光譜圖相似，在3 700～3 000 cm-1處均出現(xiàn)寬峰，該峰由—OH伸縮振動引起，與氫鍵形成和水分吸附等特性有關(guān)[9]。純PS在 1 632 cm-1、1 353 cm-1、1 153 cm-1和 1 025 cm-1處出現(xiàn)特征吸收峰，對應(yīng)C==O伸縮振動峰、—CH2伸縮振動峰、C—O伸縮振動峰[34]。PS中添加AG后，位于3 443 cm-1的吸收峰右移至3 439 cm-1，且峰強度減弱。類似結(jié)果也出現(xiàn)于海藻酸鹽-淀粉混紡纖維[29]、海藻酸鹽-淀粉微粒[9]中，這可能是AG與PS之間形成氫鍵作用導(dǎo)致的[35]。此外，添加AG后，PS在1 153 cm-1和1 025 cm-1處的吸收峰消失，1 632 cm-1和1 353 cm-1處的吸收峰強度減弱。

Feltre等[31]也發(fā)現(xiàn)降低凝膠中玉米淀粉的比例，海藻酸鈉-玉米淀粉凝膠紅外光譜的部分吸收峰強度會降低，這應(yīng)該是AG的稀釋效應(yīng)引起的。從圖5C、5D還可以看出，氯化鈣和碳酸鈣誘導(dǎo)的 AG-PS混合凝膠沒有出現(xiàn)新的吸收峰，說明AG與 PS之間沒有發(fā)生化學(xué)反應(yīng)[36-37]。AG-PS混合凝膠特征吸收峰的移動及峰強度的變化表明AG中的—COO與PS中的—OH之間可能存在氫鍵相互作用[36]。X-Ray和 FT-IR的結(jié)果說明 AG與PS之間可能存在良好的相容性。

3 結(jié)論

采用CaCl2滴注法和CaCO3內(nèi)源固化法制備了多孔玉米淀粉（PS）含量不同的海藻酸鈉（AG）凝膠，并分析凝膠硬度、析水率、溶脹特性、結(jié)晶結(jié)構(gòu)和微觀結(jié)構(gòu)等。所制備的AG-PS混合凝膠均具有良好的pH響應(yīng)性，鈣源和AG/PS配比（質(zhì)量比r）對凝膠性質(zhì)影響顯著：r較高時（r=4∶2或 5∶1），能夠形成形狀均一的凝膠，碳酸鈣誘導(dǎo)形成結(jié)構(gòu)均勻致密的凝膠塊，而氯化鈣誘導(dǎo)形成具有致密外殼的凝膠珠；不同的凝膠結(jié)構(gòu)使凝膠珠在初期溶脹較慢、最終溶脹率較高，凝膠塊在初期溶脹迅速、最終溶脹率稍低。結(jié)構(gòu)分析推測，AG與PS通過氫鍵相互作用，兩者具有良好相容性，未通過化學(xué)鍵作用形成新復(fù)合物。本研究結(jié)果對制備具有 pH響應(yīng)性生物活性物質(zhì)遞送載體具有借鑒意義。