彭勇剛，周永生，紀俊玲，施建平，徐瑞鵬

(1.常州大學石油化工學院，江蘇 常州 213164；2.蘇州大學紡織與服裝學院，江蘇 蘇州 215021；3.凱盛家紡股份有限公司，江蘇 海門 226100)

殼聚糖-海藻酸鈉艾蒿油微膠囊的制備及其抗菌性能研究

彭勇剛1，周永生1，紀俊玲1，施建平2，徐瑞鵬3

(1.常州大學石油化工學院，江蘇 常州 213164；2.蘇州大學紡織與服裝學院，江蘇 蘇州 215021；3.凱盛家紡股份有限公司，江蘇 海門 226100)

采用復凝聚法制備殼聚糖-海藻酸鈉艾蒿油微膠囊，考察了制備過程中各種工藝參數(shù)對微膠囊包封率的影響。結果顯示，制備殼聚糖-海藻酸鈉艾蒿油微膠囊的最佳工藝條件為：殼聚糖溶液pH值為6.0，殼聚糖與海藻酸鈉質(zhì)量之比為1∶1，芯壁比1∶5，凝聚反應攪拌速度300r/min。所得微膠囊呈規(guī)則的球形，對常見金黃色葡萄球菌、大腸桿菌具有很好的抑菌效果

殼聚糖；海藻酸鈉；艾蒿油；微膠囊；抗菌

艾蒿油是從艾蒿莖、葉中提取出的揮發(fā)性化合物，所含活性成分多且復雜，其主要成分有桉葉油素、樟腦、龍腦、胡椒腦、α-守酮、乙酰膽堿等，對球菌、革蘭氏陰性菌以及多種真菌具有很好的抑制作用。由于艾蒿油具有極強的揮發(fā)性且耐光、耐熱、耐酸堿性差[1]，限制了其應用。微膠囊技術是解決這些缺陷的有效方法。

殼聚糖是自然界存在的唯一堿性多糖，是一種無毒、生物相容性好、可生物降解的天然高分子材料。殼聚糖分子鏈上的氨基在低pH時帶正電荷，這些氨基可與真菌細胞表面帶負電荷基團作用，改變病原菌細胞膜的流動性和通透性，干擾DNA的復制與轉(zhuǎn)錄，阻斷病原菌的代謝，具有較好的抗菌活性。海藻酸鈉是從褐藻、海藻類植物中提取的一類直鏈多糖，其分子鏈上含有大量羧基。在一定條件下，殼聚糖分子鏈上的氨基可與海藻酸鈉分子鏈中的羧基通過正負電荷吸引形成聚電解質(zhì)膜，自發(fā)形成膠囊[2]。

本文以殼聚糖、海藻酸鈉為壁材對艾蒿油微膠囊化，探討了殼聚糖溶液pH值、殼聚糖與海藻酸鈉質(zhì)量比、芯壁比、攪拌速度對微膠囊包封率的影響，并對微膠囊的抗菌活性進行了評價。

1 試驗方法

1.1 主要藥品

殼聚糖(脫乙酰度87%，工業(yè)品)；醋酸、海藻酸鈉、過氧化氫、戊二醛(均為化學純)；艾蒿油(工業(yè)級，購自江西吉安紅蘋果天然香料油有限公司)；十二烷基硫酸鈉(工業(yè)級，購自上海試四赫維化工有限公司)。

1.2 微膠囊的制備

配制質(zhì)量分數(shù)為2%艾蒿油溶液，然后將一定量的十二烷基硫酸鈉溶于上述溶液中，艾蒿油與十二烷基硫酸鈉質(zhì)量之比為3:1，在恒溫水浴中攪拌乳化30min，然后緩慢滴入一定質(zhì)量濃度的殼聚糖溶液，攪拌30min后，再滴入一定濃度的海藻酸鈉溶液，反應30min后，離心分離，沉淀用去離子水洗滌3次后，將沉淀重新分散在去離子水中，加入一定量的戊二醛，交聯(lián)固化1h，離心分離，沉淀用去離子水洗滌3次，40℃真空干燥。

1.3 性能測試

1.3.1 外觀形態(tài)觀察

用吸管吸取一滴微膠囊懸浮分散液置于載玻片上，蓋上蓋玻片，用生物顯微鏡觀察微膠囊外觀形態(tài)并拍照。

1.3.2 包封率測試

稱取一定量的微膠囊粉末，在40℃下烘至恒重，將微膠囊外部的艾蒿油、水分揮發(fā)；再升至100℃烘至恒重，將微膠囊內(nèi)部的艾蒿油揮發(fā)掉，2次恒重后的質(zhì)量差記為m，則：

包封率(%)=m/配方中艾蒿油的質(zhì)量×100

1.3.3 微膠囊抗菌性的測試

本實驗采用抑菌圈試驗來測試微膠囊的抗菌性。配制濃度40g/L的艾蒿油微膠囊溶液，將直徑10mm的濾紙片浸入微膠囊溶液中，浸泡4h后，置于40℃真空干燥箱中滅菌干燥，取各種供試菌懸液各0.2mL分別注入無菌培養(yǎng)皿內(nèi)，再倒入15mL瓊脂培養(yǎng)基，混勻后冷卻成含菌平板。然后取浸泡過的濾紙片，貼在含菌平板上，每皿貼6片，每菌作3次重復實驗，細菌置培養(yǎng)箱中37℃培養(yǎng)24h，測量濾紙片抑菌圈直徑大小。

2 結果與討論

2.1 殼聚糖溶液pH值對微膠囊包封率的影響

殼聚糖是一種弱的聚堿[3]，其pKa=6.3，殼聚糖溶液的pH值會影響殼聚糖所帶電荷及殼聚糖與陰離子乳化劑間的相互作用，從而影響芯材的包封率。在其他條件相同情況下，改變殼聚糖溶液pH值分別為5.0、5.5、6.0、6.5、7.0，制備微膠囊，并對微膠囊的性能進行研究，結果如圖1。

圖1 殼聚糖溶液pH對微膠囊包封率的影響

從圖1可看出，殼聚糖溶液pH值在5.0～7.0范圍內(nèi)，隨著殼聚糖溶液pH值的增大，微膠囊的包封率先增加再減小，pH值為6.0時，微膠囊的包封率最大。這是由于當pH值低于5.5時，溶液的酸性過強，溶液中H+濃度較大，其與艾蒿油乳液接觸后，溶液中H+會抑制艾蒿油表面乳化劑的電離，從而妨礙了殼聚糖上-NH3+與陰離子表面活性劑的結合，最終導致微膠囊包封率的降低。當溶液pH值接近殼聚糖的pKa時，殼聚糖分子的電荷密度明顯降低，殼聚糖分子空間伸展減小，當其與海藻酸鈉形成聚電解質(zhì)膜時，殼聚糖分子能更深入地進入到海藻酸鈉分子鏈內(nèi)部，發(fā)生聚電解質(zhì)結合，此時微膠囊的包封率最大。當溶液pH值超過殼聚糖的pKa時，殼聚糖分子鏈上的氨基質(zhì)子化受到抑制，從而妨礙了殼聚糖與艾蒿油表面乳化劑間復凝聚反應的發(fā)生，溶液pH值偏離殼聚糖的pKa越遠，這種現(xiàn)象越明顯，所形成的微膠囊的包封率越低。因此，體系pH值在6.0左右最佳。

2.2 殼聚糖與海藻酸鈉質(zhì)量比對微膠囊包封率的影響

在其他條件相同情況下，改變殼聚糖與海藻酸鈉質(zhì)量比分別為3∶1、2∶1、1∶1、1∶2、1∶3，制備微膠囊，并對微膠囊性能進行研究，結果如圖2。

圖2 殼聚糖與海藻酸鈉質(zhì)量比對微膠囊包封率的影響

從圖2可看出，當殼聚糖與海藻酸鈉質(zhì)量之比為2∶1-1∶1時，微膠囊的包封率最高。當比值大于2∶1時，凝聚物中海藻酸鈉的含量低，殼聚糖與海藻酸鈉形成的聚電解質(zhì)膜過薄，形成的微膠囊機械強度過低，不能對芯材進行有效包埋。當兩者比值小于1∶1時，體系中殼聚糖的量較少，不足以與艾蒿油表面的乳化劑以及海藻酸鈉發(fā)生復凝膠反應，從而導致加入到溶液中的海藻酸鈉自身凝聚，形成空囊，導致微膠囊包封率降低。

2.3 芯壁比對微膠囊包封率的影響

在其他條件相同情況下，改變芯材與壁材質(zhì)量比分別為1∶1、1∶3、1∶5、1∶7、1∶9，制備微膠囊，并對微膠囊性能進行研究，結果如圖3。

圖3 芯壁比對微膠囊包封率的影響

從圖3可看出，當芯壁比高于1∶5時，壁材的量較少，不能對體系中的艾蒿油完全包覆，此時的包封率較低；隨著壁材用量的增加，微膠囊的包封率逐漸增加，當芯壁比達到1∶5時，體系中的艾蒿油已全部包覆，微膠囊的包封率最高；繼續(xù)增加壁材的用量，微膠囊的包封率不再增加。

2.4 凝聚時攪拌速度對微膠囊包封率的影響

在其他條件相同情況下，改變凝聚反應時攪拌速度分別為100、200、300、400、500r/min，制備微膠囊，并對微膠囊性能進行研究，結果如圖4。

圖4 攪拌速度對微膠囊包封率的影響

從圖4可看出，當攪拌速度低于300r/min時，攪拌不充分，壁材并沒有全部在艾蒿油表面形成聚電解質(zhì)膜，微膠囊的包封率較低；當攪拌速度高于300r/min時，攪拌速度過快，艾蒿油表面的殼聚糖、海藻酸鈉還未形成聚電解質(zhì)膜就脫離開，難以將艾蒿油包覆。因此，合理的攪拌速度為300r/min。

圖5 微膠囊顯微鏡照片圖

2.5 微膠囊的顯微鏡照片

圖5為微膠囊顯微鏡照片圖，從圖可看出，微膠囊呈規(guī)則球形，彼此分散均勻，團聚較少。

2.6 抗菌性測試

采用濾紙片法，測試所得微膠囊的抗菌效果，結果如表1。

表1 艾蒿油微膠囊對供菌種的抗菌性

從上表可看出，所得艾蒿油微膠囊對金黃色葡萄球菌、大腸桿菌有很好的抑菌效果，與艾蒿油相比，其抑菌效果相差不大；而空白微膠囊不具有抗菌性，這表明微膠囊中起抗菌作用的是艾蒿油，且微膠囊化并未影響艾蒿油的抑菌性。

3 結論

采用復凝聚法制備了殼聚糖-海藻酸鈉艾蒿油微膠囊，確定了微膠囊制備的最佳工藝條件：殼聚糖溶液pH值為6.0，殼聚糖與海藻酸鈉質(zhì)量之比為1∶1，芯壁比1∶5，凝聚反應攪拌速度300 r/min。所得微膠囊外形規(guī)則，粒徑均勻，對金黃色葡萄球菌、大腸桿菌具有很好的抑菌效果。該技術可以運用在家紡面料領域，它的研制開發(fā)和生產(chǎn)具有廣闊的市場發(fā)展前景。

[1] 李芳,王全杰,肖振峰.艾蒿油微膠囊的制備及其抗菌性研究[J].皮革科學與工程, 2012, 22(2):39-46.

[2] 壽旭鋒,范春雷.殼聚糖/海藻酸鈉微囊在中藥提取物緩釋制劑中的應用[J].現(xiàn)代生物醫(yī)學進展,2008,8(5):955-957.

[3] 趙武奇,殷涌光,梁歧,閆海洋.殼聚糖-海藻酸鈉緩釋制備紅景天苷微囊,食品與發(fā)酵工業(yè),2004,30(4):66-69.

海門市工業(yè)科技項目(HK20131-04)

2015-07-14