技术领域
本发明属于医药及功能性食品技术领域,具体涉及一种壳聚糖纳米粒及其制备方法和应用。
背景技术
壳聚糖(chitosan)是甲壳素的N-脱乙酰基产物,化学名为聚(1,4)-2-氨基-2-脱氧-D-葡聚糖。广泛存在于低等生物菌类、藻类细胞、节支动物虾、蟹、昆虫的外壳中,是地球上仅次于纤维素的第二大生物多糖。壳聚糖是一种天然、无毒、可生物降解的化合物,有优良的生物相容性、抗菌性和吸附性,对脂肪和胆固醇具有良好的吸附性能。
壳聚糖分子结构中含有多个氨基,作为聚阳离子,可与动物体内带阴离子基团的胆酸、胆固醇紧密结合形成复合物,该类配合物不易被胃酸水解,不易被消化系统消化,阻止了哺乳类动物对这类物质的消化吸收,促使它排出体外。同时壳聚糖还可阻止消化系统对胆固醇、甘油三酯的吸收,促进其分解代谢,从而产生降血脂作用,降低血清、肝脏组织中胆固醇含量和脂肪水平。
这些优良的生理活性使壳聚糖开始应用于肥胖及其并发症的预防和治疗上,成为一种新型的降血脂减肥药物及功能性食品。
但是壳聚糖应用于减肥降血脂也存在着很多问题。使用壳聚糖于人体的减肥降血脂实验中其剂量一般是2~3g/d,这种剂量下减肥效果不明显,如果增大剂量却又容易产生便秘和恶心等不良症状,同时必然增加使用者的经济负担。
另外,壳聚糖结晶性较强,溶解性能很差,化学性质不活泼,仅能溶解于稀的酸性溶液,大大限制了壳聚糖在各领域的应用。
发明内容
本发明目的是针对现有壳聚糖的不足,提供一种壳聚糖纳米粒,包括壳聚糖纳米粒和水溶性壳聚糖纳米粒。具体针对现有壳聚糖需要使用的剂量大而易引起不良反应、在胃中溶解时间过长等缺陷,提供一种纳米粒级壳聚糖,提高壳聚糖的活性,解决吸收及溶解性等问题,同时也可大大降低其副作用,从根本上解决壳聚糖目前应用于各个领域、尤其是医药及功能性食品技术领域存在的技术难题和瓶颈。
本发明的另一个目的是提供所述纳米粒的制备方法。
本发明还有一个目的是提供所述纳米粒的应用。
本发明的目的通过以下技术方案予以实现:
提供一种壳聚糖纳米粒,采用溶解于乙酸溶液的壳聚糖与三聚磷酸钠(TPP)反应经旋转蒸发浓缩后喷雾干燥得到。
或者,采用水溶性壳聚糖与三聚磷酸钠(TPP)反应后旋转蒸发浓缩喷雾干燥得到。
本发明同时提供了所述壳聚糖纳米粒的制备方法,包括以下步骤:
(1)将壳聚糖溶于乙酸溶液得壳聚糖溶液,放置备用;
(2)往步骤(1)壳聚糖溶液中加入TPP反应得纳米混悬液;
(3)步骤(2)所得的纳米混悬液经旋转蒸发浓缩;
(4)步骤(3)所得的浓缩液进行喷雾干燥。
步骤(1)可采用体积比浓度为0.5~2%的乙酸溶液;乙酸溶液用量为100ml乙酸溶液溶解0.5~5g的壳聚糖。
优选的,可采用体积比浓度为0.5~1%的乙酸溶液;乙酸溶液用量为100ml乙酸溶液溶解1~3g的壳聚糖。
步骤(2)所述TPP浓度为0.5~2mg/ml,优选0.75~1mg/ml;用量按照壳聚糖与TPP的质量比为5∶1~10∶1确定。
步骤(2)壳聚糖溶液中加入TPP的操作是在室温、400~1000r/min的机械搅拌条件下进行,所述反应时间为30~60分钟,体系有明显的蓝色乳光生成。
步骤(3)所述旋转蒸发浓缩参照现有常规的技术,优选在60~80℃控温条件下进行,将纳米混悬液蒸发至体积减少为原来的一半即可。
步骤(4)所述喷雾干燥条件为:进口温度140~190℃,出口温度80~110℃,进样流速500~1000ml/h,压力5~15atm,风速0.65~0.95m3/min。
优选的条件为进口温度150~160℃,出口温度85~95℃,进样流速500~700ml/h,压力10~15atm,风速0.65~0.8m3/min。
本发明同时提供了水溶性壳聚糖纳米粒的制备方法,具体包括以下步骤:
(1)将水溶性壳聚糖溶于水得水溶性壳聚糖溶液,放置备用;
(2)往步骤(1)水溶性壳聚糖溶液中加入三聚磷酸钠反应得纳米混悬液;
(3)步骤(2)所得的纳米混悬液旋转蒸发浓缩;
(4)步骤(3)所得的浓缩液进行喷雾干燥。
优选的,步骤(1)所述水溶性壳聚糖与水的质量体积比为:0.5~5g水溶性壳聚糖:100ml水。
步骤(2)所述三聚磷酸钠浓度为0.5~2mg/ml,优选0.75~1mg/ml;用量按照壳聚糖与三聚磷酸钠的质量比为5∶1~10∶1确定;所述反应时间为30~60分钟;
步骤(3)所述旋转蒸发浓缩参照现有常规的技术,优选在60~80℃控温条件下进行,将纳米混悬液蒸发至体积减少为原来的一半即可。
步骤(4)所述喷雾干燥条件为:进口温度为140~190℃,出口温度为80~110℃,进样流速为500~1000ml/h,压力为5~15atm,风速为0.65~0.95m3/min。
优选的喷雾干燥条件为:进口温度为150~160℃,出口温度为85~95℃,进样流速为500~700ml/h,压力为10~15atm,风速为0.65~0.8m3/min。
本发明制备得到壳聚糖纳米粒和水溶性壳聚糖纳米粒的粒径通常<1000nm,产率为40~100%。
本发明制备得到的壳聚糖纳米粒或水溶性壳聚糖纳米粒可应用于制备预防和治疗高血脂或减肥保健食品或者药物方面,具有剂量小、有效作用显著、毒副作用小的优点。
本发明的有益效果是:
本发明针对现有壳聚糖需使用的剂量大易引起不良反应、在胃中溶解时间过长的缺陷,运用现代药剂学手段,采用温和的阴、阳聚电解质电荷相互作用形成纳米复合物,通过研究不同阴离子聚电解质形成纳米粒和脱乙酰度形成的壳聚糖纳米粒混悬液技术效果,总结得到本发明技术方案,将壳聚糖纳米粒混悬液进行旋转蒸发浓缩、喷雾干燥制得具有减肥降血脂性能的壳聚糖纳米粒,显著提高壳聚糖的活性,解决其吸收及溶解性难等问题,同时也可大大降低其副作用,从根本上解决壳聚糖目前应用于减肥降血脂方面存在的技术难题和技术瓶颈。
本发明方法简单易行,成本较低,易于推广。
附图说明
图1壳聚糖纳米粒粒度分布图
图2壳聚糖纳米粒透射电镜图
图3水溶性壳聚糖纳米粒粒度分布图
图4水溶性壳聚糖纳米粒透射电镜图
具体实施方式
下面结合具体实施例进一步详细说明本发明,有助于本领域的普通技术人员进一步理解本发明,但不以任何形式限制本发明。
实施例1壳聚糖纳米粒的制备
(1)将25g壳聚糖(按照现有方法自制或市购产品,参考分子量为30~50万,但分子量与本发明技术的实现无直接关系,下同)溶于1000ml0.5%的乙酸溶液中,搅拌使其完全溶解,放置备用;
(2)在室温、800r/min的机械搅拌条件下,往步骤(1)壳聚糖溶液中加入0.75mg/ml TPP 100ml,反应45min,体系有明显的蓝色乳光生成,得纳米混悬液;
(3)步骤(2)所得的纳米混悬液在70℃控温条件下进行旋转蒸发浓缩,体积蒸发至纳米混悬液体积的一半即可;
(4)步骤(3)所得的浓缩液进行喷雾干燥,设置进口温度为160℃,出口温度为85℃,进样流速为600ml/h,压力为13atm,风速为0.75m3/min。喷雾干燥所得即为壳聚糖纳米粒。
实施例2壳聚糖纳米粒的制备
(1)将25g壳聚糖溶于1000ml体积比浓度为1%的乙酸溶液中,搅拌使其完全溶解,放置备用;
(2)在室温、600r/min的机械搅拌条件下,往上述壳聚糖溶液中加入0.85mg/ml TPP 100ml,反应60min,体系有明显的蓝色乳光生成,得纳米混悬液;
(3)步骤(2)所得的纳米混悬液在60℃控温条件下进行旋转蒸发浓缩,体积蒸发至纳米混悬液体积的一半即可;
(4)步骤(3)所得的浓缩液进行喷雾干燥,设置进口温度为160℃,出口温度为85℃,进样流速为600ml/h,压力为13atm,风速为0.75m3/min。喷雾干燥所得即为壳聚糖纳米粒。
实施例3壳聚糖纳米粒的制备
(1)将25g壳聚糖溶于1000ml体积比浓度为2%的乙酸溶液中,搅拌使其完全溶解,放置备用;
(2)在室温、600r/min的机械搅拌条件下,往上述壳聚糖溶液中加入2mg/ml TPP 120ml,反应60min,体系有明显的蓝色乳光生成,得纳米混悬液;
(3)步骤(2)所得的纳米混悬液在75℃控温条件下进行旋转蒸发浓缩,体积蒸发至纳米混悬液体积的一半即可;
(4)步骤(3)所得的浓缩液进行喷雾干燥,设置进口温度为140℃,出口温度为110℃,进样流速1000ml/h,压力为5atm,风速为0.65m3/min。喷雾干燥所得即为壳聚糖纳米粒。
实施例4壳聚糖纳米粒的制备
(1)将50g壳聚糖溶于1000ml体积比浓度为2%的乙酸溶液中,搅拌使其完全溶解,放置备用;
(2)在室温、600r/min的机械搅拌条件下,往上述壳聚糖溶液中加入0.5mg/ml TPP 200ml,反应60min,体系有明显的蓝色乳光生成,得纳米混悬液;
(3)步骤(2)所得的纳米混悬液在80℃控温条件下进行旋转蒸发浓缩,体积蒸发至纳米混悬液体积的一半即可;
(4)步骤(3)所得的浓缩液进行喷雾干燥,设置进口温度为190℃,出口温度为80℃,进样流速500ml/h,压力为15atm,风速为0.95m3/min。喷雾干燥所得即为壳聚糖纳米粒。
实施例5壳聚糖纳米粒的制备
(1)将25g壳聚糖溶于1000ml 0.8%的乙酸溶液中,搅拌使其完全溶解,放置备用;
(2)在室温、700r/min的机械搅拌条件下,往上述壳聚糖溶液中加入1mg/ml TPP 100ml,反应30min,体系有明显的蓝色乳光生成,得纳米混悬液;
(3)步骤(2)所得的纳米混悬液在65℃控温条件下进行旋转蒸发浓缩,体积蒸发至纳米混悬液体积的一半即可;
(4)步骤(3)所得的浓缩液进行喷雾干燥,设置进口温度为160℃,出口温度为85℃,进样流速为600ml/h,压力为13atm,风速为0.75m3/min。喷雾干燥所得即为壳聚糖纳米粒。
壳聚糖纳米粒粒度分布图和壳聚糖纳米粒透射电镜图分别见附图1和附图2。由附图1和附图2可见,壳聚糖纳米粒为球形,且表面光滑,粒径分布集中。
实施例6水溶性壳聚糖纳米粒的制备
(1)将25g水溶性壳聚糖((按照现有方法自制或市购产品,分子量为5~10万,但分子量与本发明技术的实现无直接关系)溶于2500ml水中,搅拌使其完全溶解,放置备用;
(2)在室温、700r/min的机械搅拌条件下,往上述壳聚糖溶液中加入1mg/ml TPP 100ml,反应30min,体系有明显的蓝色乳光生成,得纳米混悬液;
(3)步骤(2)所得的纳米混悬液在65℃控温条件下进行旋转蒸发浓缩,体积蒸发至纳米混悬液体积的一半即可;
(4)步骤(3)所得的浓缩液进行喷雾干燥,设置进口温度为160℃,出口温度为85℃,进样流速为600ml/h,压力为13atm,风速为0.75m3/min。喷雾干燥所得即为水溶性壳聚糖纳米粒。
实施例7水溶性壳聚糖纳米粒的制备
(1)将25g水溶性壳聚糖溶于1250ml水中,搅拌使其完全溶解,放置备用;
(2)在室温、600r/min的机械搅拌条件下,往上述壳聚糖溶液中加入0.85mg/ml TPP 100ml,反应60min,体系有明显的蓝色乳光生成;
(3)步骤(2)所得的纳米混悬液在60℃控温条件下进行旋转蒸发浓缩,体积蒸发至纳米混悬液体积的一半即可;
(4)步骤(3)所得的浓缩液进行喷雾干燥,设置进口温度为160℃,出口温度为85℃,进样流速为600ml/h,压力为13atm,风速为0.75m3/min。喷雾干燥所得即为水溶性壳聚糖纳米粒。
水溶性壳聚糖纳米粒粒度分布图和水溶性壳聚糖纳米粒透射电镜图分别见附图3和附图4。由附图3和附图4可见,水溶性壳聚糖纳米粒为为球形,粒径分布集中。
实施例8本发明壳聚糖纳米粒和水溶性壳聚糖纳米粒减肥作用以及预防和治疗高脂血症作用实验
1.预防高脂血症的作用实验
(1)动物选择及高脂配方
实验动物:选清洁级的昆明种小鼠48只(购自广州中医药大学实验动物中心),体重为30~50g,雌雄各半。
高脂乳剂配方:取1g丙硫氧嘧啶置于乳钵中研细,另器存放备用。取20g猪油,加热(80℃)融化后,加入10g研细的胆固醇,1g丙硫氧嘧啶,充分搅拌溶解,再加入5ml吐温80,搅拌,然后加入10%的去氧胆酸钠液20ml,搅拌乳化,加蒸馏水至100ml,即得高脂乳剂。
(2)剂量分组及给药时间确定
昆明种小鼠适应性喂养5天,随机分为8组,每组6只。实验设本发明壳聚糖纳米粒(CTS-NP)高、低剂量组,本发明水溶性壳聚糖纳米粒(WSC-NP)高、低剂量组。高剂量组每日平均食量定为900mg/kg,低剂量为450mg/kg。
另设正常对照组、高脂对照组、壳聚糖(CTS)对照组和水溶性壳聚糖(WSC)对照组,其中CTS对照组和WSC对照组剂量同给药组高剂量。给药时间为15天。正常对照组灌以生理盐水,高脂对照组灌以高脂乳剂,CTS对照组灌以普通CTS液,WSC对照组灌以普通WSC液。
(3)操作步骤
空白对照组喂以普通饲料;其它组灌以高脂乳剂,同时给以受试样品,连续15天;实验结束后眼眶取血测总胆固醇(TC)、高密度脂蛋白(HDL)、低密度脂蛋白(LDL)和甘油三酯(TG),并对各组动物体重实际增长的平均值进行比较。
以上结果的计量资料经SPSS 16.0统计软件进行处理,方差分析,多样本均数比较的显著性检验用q检验。
(4)实验结果
A.血清生化实验结果见表1所示。
由表1可知,高脂对照组与正常对照组相比,其TC,TG,LDL均高于正常组,且差异有显著性,造模成功;CTS-NP与WSC-NP高、低剂量组与高脂模型组相比TG水平均明显降低,且CTS-NP与WSC-NP低剂量组与CTS对照组和WSC对照组没有差异(P>0.05)。说明减少CTS-NP与WSC-NP用量,同样可以达到预防高脂血症的效果。
表1CTS-NP与WSC-NP对实验性小鼠血清生化的影响
B.体重增量实验结果见表2所示。
由表2可知,CTS-NP与WSC-NP高、低剂量组与高脂模型组相比体重增量均减少,且低剂量组的CTS-NP与WSC-NP与CTS对照和WSC对照差异不明显(P>0.05)。
表2CTS-NP与WSC-NP对实验性小鼠体重增量的影响
2.治疗高脂血症的作用实验
(1)动物选择及高脂配方
实验动物选SPF级的SD大鼠64只(购自广州中医药大学实验动物中心),单一性别(雄性),体重在180~220g之间。
高脂配方同1.。
(2)剂量分组及给药时间确定
适应性喂养5天,随机分为8组,每组8只。
实验设CTS-NP中、低剂量组,WSC-NP中、小剂量组。依文献报道普通壳聚糖大鼠的给药剂量为600mg/kg鼠重,当用此浓度进行配制时,发现过于粘稠无法给药,减小至150mg/kg鼠重方可,因此选择此浓度为中剂量,并确定小剂量为75mg/kg鼠重。
另设正常对照组、高脂对照组、CTS对照组和WSC对照组,其中CTS对照组与WSC对照组剂量同给药组中剂量。给药时间为30天。
(3)操作步骤
空白对照组给以普通饲料,其余各组均灌以高脂乳剂,15天后,取血测TC、TG、HDL、LDL,观察模型是否成功。之后,高脂对照组继续灌以高脂乳剂,其余各组分别喂以普通饲料,并给以受试样品。然后连续给药30天,并定期称量体重。
于实验结束禁食16小时后取血,测TC、TG、HDL、LDL的变化。同时测定血浆粘度。
解剖尸体,取出肝脏,称其湿重,加提取液(氯仿与甲醇1∶1体积比)每100mg肝湿重加入2ml,研成匀浆,再补加提取液,混匀,离心,测其TC,TG。同时取肾周、睾周脂肪,称重。
以上结果的计量资料经SPSS16.0统计软件进行处理,方差分析,多样本均数比较的显著性检验用q检验
(4)实验结果
A.血清生化实验结果见表3所示。
由表3可知,高脂模型组与正常对照组比较,TC,LDL-C均明显升高,证明动物造模基本成功;与模型组相比,CTS-NP与WSC-NP中、小剂量组均使TC和LDL明显下降,且与CTS对照组,WSC对照组相比,差异具有显著性(P<0.05)。
表3CTS-NP与WSC-NP对实验性大鼠血清生化的影响
B.血浆粘度实验结果见表4所示。
由表4可知,CTS-NP中、小剂量组与WSC-NP中、小剂量组与高脂模型组相比,其血浆粘度均显著下降。且与CTS对照组,WSC对照组相比效果更好(P<0.05)。
表4CTS-NP与WSC-NP对实验性大鼠血浆粘度的影响
C.体重增量实验结果见表5所示。
由表5可知,CTS-NP与WSC-NP中、小剂量组与正常对照组相比,均使体重增量减少。小剂量组的CTS-NP与WSC-NP与CTS对照组,WSC对照组相比,差异没有显著性(P>0.05)。表明CTS-NP与WSC-NP与CTS、WSC对照组相比,使用剂量减少一半,即可达到减肥效果。
表5CTS-NP与WSC-NP对实验性大鼠体重的影响
D.肝重、肝指数、体脂实验结果见表6所示。
由表6可知,CTS-NP与WSC-NP大小剂量与高脂对照组和正常对照组相比,均无统计学差异。
表6CTS-NP与WSC-NP对实验性大鼠肝重和体脂的影响
E.肝脏生化实验结果见表7所示。
由表7可知,高脂模型组的TC与LDL均高于正常组;CTS-NP与WSC-NP中、小剂量均使TC降低,HDL升高。说明CTS-NP与WSC-NP均能减少肝脏中TC的沉积。
表7CTS-NP与WSC-NP对实验性大鼠肝脏生化的影响
F.血清和肝脏SOD实验结果见表8所示。
由表8可知,CTS-NP中剂量组与模型对照组相比,血清SOD活性明显增强,其余各组没有统计学差异。肝脏SOD数值较小,没有统计学意义。
表8CTS-NP与WSC-NP对实验性大鼠血清和肝SOD的影响
本发明所述的壳聚糖纳米粒(CTS-NP)和水溶性壳聚糖纳米粒(WSC-NP)能显著降低血浆粘度,同时对TC、LDL也有很好的降低作用,说明其降血脂效果较好。CTS-NP和WSC-NP对体重也有所减轻,解决了目前壳聚糖服用剂量大的问题。而且,血清SOD值的活性大大增强,说明CTS-NP和WSC-NP有很强的抗氧化活性。