超氧化物歧化酶微胶囊的制备及微囊结构的表征

赵有玺　冀颐之　张慧娟　龚平

摘要[目的]优化超氧化物歧化酶微胶囊的制备工艺，并对该微胶囊的结构进行初步的分析。[方法]采用水中干燥法制备超氧化物歧化酶微胶囊，并对其工艺进行优化。利用扫描电镜技术，分析超氧化物歧化酶微囊的表面形态及大小分布；并采用X射线光电子能谱和示差扫描热量技术，初步研究超氧化物歧化酶微囊的结构。[结果]在最佳工艺条件下，超氧化物歧化酶微囊形状规则，粒径分布均匀。超氧化物歧化酶微胶囊是由乙基纤维素包裹超氧化物歧化酶成囊的，乙基纤维素与超氧化物歧化酶呈囊后，乙基纤维素与超氧化物歧化酶分子间形成很强的分子间相互作用。[结论]超氧化物歧化酶微囊的结构分析，对进一步研究微胶囊的控制释放机制和改进微囊性能具有一定的意义。

关键词超氧化物歧化酶；微胶囊；X射线光电子能谱；示差扫描热量

中图分类号S188；Q55文献标识码A文章编号0517-6611（2014）12-03483-03

基金项目北京市教委面上项目（KM201311417003）。

作者简介赵有玺（1979-），男，山东日照人，讲师，硕士，从事工業微生物和酶制剂研究开发工作。*通讯作者。

超氧化物歧化酶（Superoxide Dismutase，SOD）是一类金属蛋白酶类，在生物体内专一的清除氧自由基，保持生物体内氧自由基的平衡，减少其对生物体的损害[1-2]。SOD广泛存在于各种植物、微生物和动物组织中。根据金属辅因子的不同，SOD可以分为3类：Cu/Zn-SOD、Mn-SOD额Fe-SOD[3-5]。SOD在医药领域，食品工业，农业上都有巨大的应用潜力，是目前的研究热点之一[6-13]。SOD在体外稳定性差，受温度、氧气等因素影响容易失活，而且具有一定的免疫原性，这限制了其应用[14-16]。微胶囊可以保护对氧、热等因素敏感的组分，并具有控制释放的功能[17-18]。因此，SOD的微胶囊化是解决上述问题的有效途径之一。

关于SOD微囊化的研究很少，文献报道的只有龚平和朱俊晨开展了SOD的微囊化研究，但只是关于微囊制备工艺的优化研究，并未深入研究SOD微囊的结构[16，19]。研究SOD微囊的结构，对于了解微囊的控释机制，进一步改进微囊的性能具有重要的意义。因此，笔者采用乙基纤维素在水中干燥法制备SOD微囊，对微囊的制备工艺进行优化，同时采用SEM、XPS和DSC等技术对制备的微囊进行表征和分析，以期为分析微囊的表面和内部结构提供理论依据。

1材料与方法

1.1材料

1.1.1研究对象。植物SOD干粉，购自湖南沅江洪元植物叶蛋白开发有限公司。

1.1.2主要仪器。日立S4800型扫描电镜，购自HITACHI公司；Thermo VG ESCALAB 250XPS，购自Thermo VG 公司；Pyris I DSC，购自Perkin Elmer公司。

1.1.3主要试剂。SDS，购自北京化学试剂公司；乙基纤维素（化学纯）和二氯甲烷（分析纯），市售。

1.2方法

1.2.1微胶的制备。微囊的制备工艺见参考文献[16]。

1.2.2SOD微囊的表征。采用扫描电子显微镜（SEM）对SOD微胶囊的微囊表面形貌、圆整度和孔性能进行表征。

1.2.3SOD微囊的XPS 分析。采用张华安的方法[20]。

1.2.4SOD微囊的DSC分析。采用Perkin Elmer公司的Pyris I 型示差扫描量热分析仪对SOD微囊、SOD和EC样品进行玻璃化转变温度的热分析。试验条件，在氮气保护下进行，样品质量为13 mg，升温速率10 ℃/min，测试温度40～200 ℃，气体流量20 ml/min。

2结果与分析

2.1SOD微胶囊的表征对制备好的SOD微囊，采用扫描电子显微镜（ SEM ） 对SOD微胶囊的微囊表面形貌、圆整度和孔性能进行表征。图1表明，SOD微囊，微囊圆整度均比较好，粒径分布较为均一，微囊表面平滑，分布有相对均匀的小孔。

2.2X射线光电子能谱（XPS）对SOD微胶囊表面结构的分析对囊芯物SOD、囊材物EC和SOD微囊进行XPS全谱定性扫描，结果见图2。通过谱图可以看出，3个样品中，被XPS检出的主要元素是C和O。SOD微囊和SOD、EC的谱图都不相同。这说明，微囊表面的元素及分布与SOD和EC都不相同。图1SOD微胶囊扫描电镜结果注：A为SOD；B为EC；C为SOD微囊。

图2XPS全谱分析 SOD的活性中心-Cu，是确定SOD微胶囊表面结构的一个重要元素。为了进一步确定微囊表面结构，试验进行了Cu元素窄谱分析，结果见图3。只有SOD表面有铜元素检出，EC和SOD微胶囊几乎不含铜元素，这说明在SOD微胶囊中，SOD的活性中心是由EC包裹而不外露在微胶囊的表面。图3SOD的Cu2p能图谱对XPS分析得到的数据进一步分析，结果如表1～2所示。表中主要列出了主要元素C、O、Cu的相对光电子流强度（cps）、结合能和结合能差值的数据。分析发现，微胶囊表面的氧元素与SOD表面的氧元素结合能值相差非常小，而与EC表面的氧元素结合能值相差较大，这表明其微胶囊表面氧的结构与SOD近似。

由XPS的数据可知，SOD微胶囊表面几乎不含铜元素，SOD的活性中心是由EC包裹在内，而SOD微胶囊的表面氧的结构与SOD近似。这说明微胶囊内的SOD的活性中心被EC包裹在内，而极性基团（羟基氧）会从微孔伸出，裸露在微胶囊表面，从而被XPS检测出来。

2.3示差扫描热量法（DSC）对SOD微囊内部结构分析为了分析SOD内部结构，对SOD，EC，SOD进行DSC分析（图4）。SOD没有放热峰，不存在玻璃化温度Tg。EC在140.252 ℃有放热峰，玻璃化温度为177.846 ℃（图4B）。SOD微囊在175.444 ℃存在一个平缓的放热峰。

乙基纤维素由于带有大量的极性基团（羟基），通常以物理吸附或键合型式与水分子间產生相互作用。乙基纤维素在140.252 ℃有放热峰，这是由于乙基纤维素与水结合的氢键被破坏所释放出的热量[21]。微胶囊形成过程中，乙基纤维素羟基是极性基团，极性基团之间会发生分子内或分子间的相互作用，从而形成大量的氢键，同时SOD与乙基纤维素表1XPS数据分析

元素ECcpsEC结合能∥eVSODcpsSOD结合能∥eVSOD微囊-cpsSOD微囊结合能∥eVC117 088.40（Max.）285.17044 056.310（Max.）285.17879 430.77（Max.）284.92C44 254.17283.6408 877.197278.5005 4001.57286.70O182 454.50531.510374 145.800532.680192 722.40532.71Cu--4 311.425（Max.）935.930--Cu--3 423.976926.190--

分子之间形成较强的分子间相互作用，破坏这些氢键需要更高的能量及更长的作用时间，因此对微胶囊进行检测时时候，放热峰就会有所升高（图4C），氢键的放热峰与玻璃化转变峰相互接近，形成一个部分相互叠加掩盖，形成一个相对平缓的175.444 ℃放热峰。这个温度与乙基纤维素的玻璃化转变温度近似一致，说明该峰有可能和微胶囊的玻璃化转变温度重合。由于SOD不存在玻璃化转变温度（图4A），若其与乙基纤维素不产生化学变化，在成囊后，微胶囊的玻璃化转变温度应与乙基纤维素的玻璃化转变温度相一致。这说明乙基纤维素与SOD呈囊后，乙基纤维素确实与SOD分子间形成很强的分子间相互作用，但这种作用不是化学作用。

参考文献

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