陶 利，渠廣民，李兆明，林振廣**

（1. 濟南軍區(qū)總醫(yī)院，山東 濟南 250031；2. 山東省藥學科學院 山東省化學藥物緩釋制劑工程技術研究中心，山東 濟南 250101）

多孔淀粉（porous starch，PS）是利用物理、化學或是生物方法對原生淀粉進行改性而形成的一種新型淀粉，其獨特的中空結構特征成為多孔材料方面的研究熱點。多孔淀粉相比較于普通原生淀粉，除了具備淀粉安全性高、可生物降解等特點外，還有顯著的吸附性能，在食品藥品領域的應用范圍更廣泛。拓展多孔淀粉應用領域已成為目前重要的研究方向和前沿課題。本文就近年多孔淀粉在食品和藥品中的研究和應用研究方面進行總結，為今后多孔淀粉研究提供參考。

1 多孔淀粉的結構特點

多孔淀粉作為一種新型的改性淀粉，其特點體現(xiàn)在兩個方面：一是在結構上與原生淀粉不同；另一方面，多孔淀粉突破原生淀粉自身特性局限性，具備了不同于天然淀粉的特殊性能，應用范圍拓寬，更適于食品藥品工業(yè)。

從結構上看，多孔淀粉最大的特征是：結構上豐富的孔洞使整個淀粉組織形成中空結構，極大地提高了多孔淀粉的孔隙率和比表面積?；诓煌闹苽浞椒ê妥饔脵C制，多孔結構也有較大差異。如，由球磨或超聲方法制備的多孔淀粉，只是通過物理作用在顆粒表面呈現(xiàn)一些凹坑或者裂縫，和原淀粉相比，增加的孔隙率和比表面積有限。溶劑交換法則利用淀粉的糊化和回生性質，使淀粉形成一種網(wǎng)狀的含水膠體，再通過溶劑置換，制備得到呈三維網(wǎng)絡狀的多孔淀粉。這種多孔淀粉骨架類似海綿狀結構（圖1），孔洞貫穿整個淀粉組織，有極高的比表面積和孔隙率。而酸水解或酶解的原理是通過控制原淀粉水解程度制備多孔淀粉。酸或酶先附著于淀粉表面，由外到內優(yōu)先水解淀粉的不規(guī)則區(qū)及無定形區(qū)，并形成孔道，從而在淀粉顆粒上形成由表面通向核心的孔洞。這種水解方式制備的多孔淀粉具備一種蜂窩狀中空結構，直徑約為 1 μm的小孔布滿整個淀粉顆粒表面，并由表面向中心深入，孔洞的容積約占整個顆粒體積約50%（圖2）。

多孔淀粉有與原淀粉同樣的物理化學特征和性能。雖然多孔淀粉本質上不是一種新的物質，如早期有學者觀察到動物食用含生淀粉的食物后，排泄出來未完全消化的淀粉粒也是多孔淀粉，但多孔淀粉除了在結構上有多孔特征外，很多性質已改變，如結晶度、黏度、直鏈淀粉和直鏈淀粉的比例等。

圖1 95 ℃糊化后經(jīng)過3次乙醇置換后多孔淀粉形貌[1]

圖2 玉米淀粉顆粒經(jīng)糖化酶處理6 h后的掃描電鏡圖像[2]

2 多孔淀粉在食品中的應用

2.1 在日用食品中的應用

楊圣崠[3]將制備豆腐所用的凝固劑吸附到多孔淀粉里，只有在高于淀粉糊化溫度時，才能緩慢釋放凝固劑，從而促進豆?jié){的蛋白質凝聚，形成口感嫩滑的豆腐。將多孔淀粉用于制備粉末醬油，解決了粉末醬油流動性差、易黏附問題，同時多孔淀粉還能較好地保存醬油中的氨基酸態(tài)氮，形成優(yōu)質的粉末醬油[4-5]。為避免嗜酸性乳桿菌被機械擠壓破壞、胃酸分解破壞等不適條件，順利到達腸道發(fā)揮益生作用，馬嫄等[6]以多孔淀粉為壁材制備包埋嗜酸性乳桿菌的微膠囊，有效提高了腸道中嗜酸性乳桿菌的存活率。作為一種營養(yǎng)性的高分子物質，多孔淀粉還可用于食品中替代脂肪。朱仁宏[7]用多孔淀粉部分代替貢丸中的肥膘，保持貢丸原有的口感品質同時，降低貢丸脂肪含量，減少人體脂肪攝入量。

2.2 在保健食品中的應用

多孔淀粉常用于易氧化、見光易分解及揮發(fā)性強的功能性食品成分，如維生素A、維生素E、維生素C、魚肝油、薄荷油等的包埋保護和緩控釋。紫蘇籽油有降低膽固醇，提高免疫力，平喘止咳作用。但是紫蘇籽油容易受到氧氣、光線和溫度的影響，導致α-亞麻酸被破壞。江慧娟等[8]利用多孔淀粉的物理吸附特點制備粉末紫蘇籽油，能顯著減少紫蘇籽油與外界氧氣和光線的接觸，從而達到較好的抗氧化效果。蠶蛹油有很高的營養(yǎng)價值，但易酸敗、氧化。邱英華等[9]以木薯多孔淀粉為芯材，吸附蠶蛹油制成粉末蠶蛹油，再以玉米醇溶蛋白為壁材制成的蠶蛹油微膠囊，可以直接食用并長期穩(wěn)定貯存。

3 多孔淀粉在醫(yī)藥中的應用

3.1 止血材料

多孔淀粉因其良好的生物相容性和可降解性，且在體內可完全吸收，因此，許多學者致力于多孔淀粉在止血領域的研究。在國外，TraumaDEX是以多孔馬鈴薯淀粉為材料制備的止血劑，在吸收血液水分同時能阻止血小板進入其多孔結構內，有利于血小板聚集[10]。另一個以多孔淀粉制備的止血劑Arista已被美國和德國藥品管理部門批準用于人類外科手術[11]。在國內，劉成程等[12]以玉米淀粉為原料，采用酸解和酶解結合方法制備高吸水性玉米多孔淀粉，在兔耳中央動脈出血和肝臟創(chuàng)面出血兩個出血模型的完全止血時間分別為129±65 s，70±55 s，均明顯優(yōu)于云南白藥。席朝運[13]將氨甲環(huán)酸負載于多孔淀粉中，結合多孔淀粉的物理止血效果和氨甲環(huán)酸化學止血效果，協(xié)同增強止血能力。

3.2 藥物載體

難溶性藥物由于溶解度小，導致極低的生物利用度，臨床應用受到限制。如何提高難溶性藥物的溶解度，改善藥物的吸收，提高藥物的生物利用度是藥劑學領域的重要的研究課題。

多孔淀粉以其自身穩(wěn)定的孔道結構，高孔容積和比表面積等優(yōu)點，是難溶性藥物的良好固體分散載體。多孔淀粉負載藥物后，由于其自身孔道的空間抑制效應，在多孔淀粉結構內，藥物分子以無定形或無序的形式存在，而不是有序的晶體形態(tài)，通過降低藥物的結晶度同時減少藥物的粒徑，從而提高藥物的溶解度。Nagata等[14]將萘普生負載到多孔淀粉后，溶解度明顯提高?？R西平溶解后吸附到多孔淀粉中制備卡馬西平片，有明顯的突釋作用，其釋放常數(shù)是普通卡馬西平片的8.6倍[15]。徐杰等[16]將達比加群酯載入多孔淀粉泡沫納米孔道，制備達比加群酯多孔淀粉泡沫，其體外溶出實驗表明，達比加群酯的溶出速率顯著提高。Jadhav等[17]利用超臨界技術制備納米孔淀粉，比表面積高達180 m2/g，負載非諾貝特后，體外藥物釋放研究表明，與普通非諾貝特藥物相比，溶解顯著增強，且體內藥效學研究表明，其生物利用度也極大提高。

應雪肖等[18]將氨茶堿藥物吸附到多孔玉米淀粉中制成緩釋片，藥物隨淀粉消化緩慢釋放，延長藥物作用效果。甘招娣等[19]先用三偏磷酸鈉交聯(lián)改性多孔淀粉，提高多孔淀粉的結構性能。隨后，用交聯(lián)多孔淀粉制備載紅景天苷多孔微球，對紅景天苷的包封率高達 58.89%。體外釋放實驗表明，在模擬腸液中，紅景天苷多孔淀粉微球具有很好的緩釋效果，能提高紅景天苷的生物半衰期和生物利用度。

將多孔淀粉分散在淫羊藿總黃酮乙醇溶液中，蒸干溶劑后淫羊藿總黃酮以無定形形式分散于多孔淀粉中，形成淫羊藿總黃酮多孔淀粉固體分散體。體外溶出度試驗數(shù)據(jù)表明，分散體中淫羊藿苷在水中的溶出速率顯著提高[20]。

3.3 增加穩(wěn)定性

多孔淀粉利用其內部孔道的毛細作用可產(chǎn)生吸附力，能將目的物質牢固地吸附到淀粉結構內部，從而阻止外界條件對不穩(wěn)定物質的影響。因此，多孔淀粉可對易氧化、見光易分解及揮發(fā)性強的物質起到穩(wěn)定作用。如在大氣中易被氧化或分解的二十二碳六烯酸（DHA），二十碳五烯酸（EPA）)，維生素E，維生素A，胡蘿卜素和番茄紅素被吸附到多孔淀粉內后，穩(wěn)定性得到極大提高[21]。王煜等[22]以多孔淀粉為吸附劑，制備姜黃色素微膠囊，在增加難溶性姜黃色素水溶性的基礎上，由于多孔淀粉的包埋隔阻作用，增強姜黃素耐高溫、耐光和耐強酸性能力。紫蘇籽油中α-亞麻酸易氧化導致過氧化值超標，液態(tài)的紫蘇籽油需在避光、隔氧、低溫苛刻條件下保存放置才能符合要求。交聯(lián)酯化葛根多孔淀粉包埋紫蘇油后，包埋的紫蘇籽油過氧化值變化一直較緩慢，經(jīng)過4天加速氧化后仍可達到國家食用油要求，而未包埋處理的紫蘇籽油過氧化值急速增加[8]。吳超[23]將洛伐他?。↙V）負載到多孔淀粉泡沫膜（porous starch foam film, PSF）和多孔淀粉泡沫微球（porous starch foam microspheres, PSM）兩種多孔淀粉藥物載體上，藥物以分子狀態(tài)或微細的結晶狀態(tài)分散于PSF和PSM中，體外溶出和穩(wěn)定性實驗表明，負載到多孔淀粉中的LV與原料藥及市售LV膠囊相比，LV在兩種載體中穩(wěn)定存在并且溶出速率明顯得到提高。

3.4 緩釋作用

多孔淀粉對易揮發(fā)，易釋放的物質有緩釋作用，達到防止其散失和緩慢釋放的目的。其原理是：多孔淀粉的內部孔道貫穿整個淀粉結構，因此，能將吸附物吸入內部的孔道結構中，吸附較牢固，吸附物不易脫離。除了孔隙體積大小外，吸附量還取決于藥物和淀粉之間的吸附力作用大小。侯曉蘋等[24]通過維生素C、茶堿和牛血清白蛋白三種藥物的吸附/釋放動力學對多孔淀粉緩釋性能進行研究，藥物的釋放過程受到載體多孔淀粉擴散和溶蝕的共同作用影響，從而形成具有良好的吸附能力和緩釋性能。盧曉霆[25]為了提高葡萄多酚的穩(wěn)定性和強化緩釋效果，采用玉米多孔淀粉為材芯載體復合凝聚法制備葡萄多酚微膠囊，在腸液中有較好的緩釋效果。

4 研究展望

多孔淀粉雖可直接應用到食品醫(yī)藥衛(wèi)生化工工業(yè)等領域，但是，多孔淀粉本身的應用具有一定的局限性。如，在結構方面，多孔淀粉不同的制備方法其成孔質量、孔隙率和孔隙穩(wěn)定性差異較大，對孔徑大小、形狀分布等的精確控制方法值得更加深入研究；在制備多孔淀粉的效率、規(guī)模和成本方面有待加強研究，使之逐步成為成熟的工業(yè)化生產(chǎn)技術；在組織工程應用方面，孔隙率與強度的關系相互影響，孔隙率高的多孔淀粉強度性能有限，為了提高應用效果，結合應用對象的特性基礎上，對所制備的多孔淀粉進行進一步改性，開發(fā)更有效的應用技術。多孔淀粉分子中存在大量的羥基，為表面化學修飾提供了活性位點。特別是多孔淀粉的結構功能基團可進一步改性，提高其在藥物傳遞中的應用。改性方法有酯化法、接枝法、交聯(lián)法、醚化法、包埋法和雙改性法。這些改性能增加多孔淀粉的結構穩(wěn)定性，同時也能為藥物傳遞、靶向治療、控制釋放等領域提供了新的研究思路。