复相乳化法制备明胶微囊蛋氨酸的工艺初探

迟淑艳 谭北平 麦康森 艾庆辉 黄世标 周歧存 董晓慧 杨奇慧

当饲料中的鱼粉被其它动植物蛋白源部分或全部替代时会产生氨基酸的缺乏，导致动物所需氨基酸不平衡。添加氨基酸可以避免蛋白源替代而产生的氨基酸不平衡的问题。然而，游离氨基酸的溶失已经成为寻求对虾氨基酸适宜添加量的主要障碍[1-3]。解决溶失问题的途径之一即对氨基酸进行包被。目前，对氨基酸进行包被的壁材分别有属于糖类的邻苯二甲酸醋酸纤维素（CAP）[4-5]、角叉菜胶[1]、羧甲基纤维素（CMC）[1]、淀粉、环糊精[6]；蛋白质类的玉米蛋白、琼脂、酪蛋白-明胶[1]；脂类的棕榈酸三酰甘油酯（TPA）[4,7]、丙烯酸树脂[8]和硬化油脂[9]等。这些壁材各具不同特性，可以单独使用，也可以搭配使用，起到不同程度的缓释作用。在使用这些壁材进行包被时可采用单凝聚法、复相乳化法 (干燥浴法)、溶剂蒸发法和喷雾干燥法。形成的微胶囊由于壁材、包被效果、工艺参数以及饲喂的对象不同使每种微胶囊产品有着不同的效果。

本文重点在于采用化学方法中的复相乳化法筛选明胶微囊蛋氨酸的工艺参数以获取影响蛋氨酸微囊工艺的主要因素。为优化蛋氨酸微囊的制备工艺提供参考依据。

1 材料与仪器

本实验选用明胶、羧甲基纤维素钠为壁材对蛋氨酸进行包被。液体石蜡（天津科密欧化学试剂有限公司生产，AR）；明胶（Gelatin，GT国药集团化学试剂有限公司，CP）；羧甲基纤维素钠（Sodium carboxymethyl cellulose，CMC，广东汕头市西陇化工厂生产，CP）；L-蛋氨酸（Methionine,MET,天津市福晨化学试剂厂生产,生化试剂）；花生油（金龙鱼牌）；Span80(天津市福晨化学试剂厂生产，CP)；异丙醇(广州化学试剂厂生产，AR)；乙醚（国药集团化学试剂有限公司生产，AR）。

主要仪器设备有：电磁搅拌器（JD-3，上海理达仪器厂生产）；电热恒温水浴箱(XMTD，东方电工仪器厂生产)；电子天平（Shimadzu，日本）；双目光学显微镜（Nikon YS100，日本）；显微镜专用高清晰数字摄像机（YM130 Digital camera，易创电子）；电热炉（天津市泰斯特仪器有限公司生产）；数显鼓风干燥箱（GZX-9240MBE，上海博迅实业有限公司医疗设备厂生产）。

2 微囊蛋氨酸制备工艺

2.1 制备工艺

明胶微胶囊的制备采用复相乳化法，此方法首先由 Tanaka（1963）[10]提出，操作参考 Kerpert等（1993）[11]中的制备流程。制备流程见图1。

2.2 参数优化

本实验采用均匀实验设计[12]，以明胶为包被壁材，蛋氨酸为芯材，在完成多次预备实验基础上，结合实际条件，确定主要实验因素及范围：①明胶溶液浓度3%～7%(W： V)；②液体石蜡与(油相+水相)比例 1：1～3： 1(V： V)；③蛋氨酸与明胶质量比：1： 1～3： 1(W： W)；④乳化时间 10～30 min。

将上述4个因素分成9个水平（见表1），通过均匀实验设计表，将表1的因素和水平数值按照表2安排实验，每个实验号做3个重复。实验目的是观测明胶蛋氨酸微球的外观特征和测出平均载药量。

表1 因素和水平

表2 均匀实验设计

3 检测指标

载药量(Drug Loading,DL)（%）=微胶囊含蛋氨酸的质量/微胶囊质量×100。

样品中蛋氨酸含量由广东粤海饲料集团有限公司水产动物饲料工程技术研究开发中心进行测定（Agilentl100高效液相色谱仪）。

4 结果分析

4.1 明胶微球外表与形状

实验结果显示，各处理组样本颜色均为纯白色，在显微镜下观察微球外表形状，发现外表一般呈不规则形状，多数呈现凹凸不平或者微球间相互粘连成各种形态，光滑度一般；微球中央部位不透光，呈黑色囊心物，边缘处呈半透光。小部分出现聚集，粘连现象。组内重复性样品间整体形状与外观基本一致；不同处理组间外观差异性随着制备参数不同呈现一定差异。

图2是选取处理组4、7明胶微胶囊在光学显微镜成像系统放大10×10倍下的形态比较；图片A、B为处理组4的样品微球，图片C、D为处理组7的样品微球；从图2中可以看出，光镜下处理组4微球外观较好，基本呈圆形，表面粗糙程度较小；处理组7微球外观圆整度一般，呈不规则形，表明粗糙程度较大。

4.2 明胶微囊包封率、载药量和粒径分析

表3 明胶蛋氨酸微球制备效果分析（%）

由表3可知，各处理组的包封率比较理想，组间无显著性差异(P＞0.05)；处理4的60目筛下物所占比例最大，达57.43%，除处理8外，它显著高于其它组（P＜0.05）。处理4的载药量最高，与处理9差异不显著，但显著高于其他处理组(P＜0.05)。

不同处理组间粒径大小随着实验参数不同而不同，从过筛情况来看，图3 显示处理组 1、4、5、6、8 过筛率分别为 53.23%、57.43%、53.09%、51.07%、55.32%，表明上述处理组微球粒径较小，总体制备效果较好；而处理组 2、3、7、9 过筛率分别为：22.32%、42.18%、16.59%、12.95%，表明上述处理组微球过筛率较低，粒径普遍较大，总体制备效果欠佳。

将实验参数用线性回归分析统计法进行统计，设载药量为Y值。由于实验参数最大值与最小值间相差30倍，直接用回归分析结果不太理想，故对参数取对数后再进行回归分析，得到回归方程：

由回归方程可见，方程中X1（A）、X2（B）、X3（C）、X4（D）的系数均为正值，表明4个影响因素在一定程度与载药量呈正比例关系；在一定范围内取正值越大，载药量越高；方程中X1的系数最大，表明明胶溶液浓度是影响载药量的最主要因素。

根据均匀设计实验方案的考察范围，结合实践经验，经综合考虑，确定制备微囊蛋氨酸的优化条件为:X1=7、X2=2： 1、X3=3： 1、X4=30，代入上述方程中，得预测值Y=67.55%，经再次实验，得平均实际包囊率为61.30%.

5 讨论和结论

闫征等（2006）[13]以海藻酸钠和无水氯化钙为壁材用挤压法制备蛋氨酸微胶囊时认为，海藻酸钠浓度和固化液浓度是影响载药量的主要因素。而本实验采用了化学复相乳化法对蛋氨酸进行包被。复相乳化法借助恒温磁力搅拌器外力的作用，使混合均匀的明胶蛋氨酸溶液液滴在液体石蜡中均匀分散、乳化成小液滴，两相间界面张力使液滴体积增加到最大，液滴为降低界面能，只能保持球形(相同体积几何体中球体表面积最小)；在乳化过程结束后进行降温冷却，球形液滴即固化成微球，接着加入异丙醇和乙醚，依次把微球的水分和油脱去，通过抽滤的方法使明胶微球从油水中分离出来。陆扬（2006）[14]认为，复相乳化法制备明胶微球的关键因素是乳液的形成和凝聚，因为乳液液滴的大小决定了微球的直径，而液滴的外形、稳定性和冷凝时发生的变化则影响微球的形态。本实验通过均匀设计对明胶溶液浓度、液体石蜡与(水相+油相)比例以及蛋氨酸与明胶质量进行组合搭配筛选适宜的乳液成分与浓度，得出明胶浓度对制备工艺的影响更为关键，制备出载药量达61.30%的微胶囊产品。研究表明，乳液的形成受到水相和油相浓度及比例的影响，其中明胶的浓度影响最大。实验中采用的明胶是天然高分子聚合物，属常用的药剂辅料，无色、无味、半透明，不溶于有机溶剂，由于具备凝胶性、固水性、粘结性和溶解性等多种特性，使其在医药行业有广泛的用途，其中最主要的有硬胶囊、软胶囊、代血浆和包衣等。明胶的浓度可以通过影响水相的粘度，来影响凝聚物的流动性[15]，因此，可能对载药量产生了一定的影响。同时，杨爱华等（2003）[16]认为，明胶加入糖衣中,随着药品贮藏时间的延长会变成一种坚实的膜,在酸液中不易破裂而影响芯材溶出。这将在明胶微胶囊后期的使用中进行验证。

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