壳聚糖-海藻酸钠艾蒿油微胶囊的制备及其抗菌性能研究

彭勇刚，周永生，纪俊玲，施建平，徐瑞鹏

(1.常州大学石油化工学院，江苏 常州 213164；2.苏州大学纺织与服装学院，江苏 苏州 215021；3.凯盛家纺股份有限公司，江苏 海门 226100)

壳聚糖-海藻酸钠艾蒿油微胶囊的制备及其抗菌性能研究

彭勇刚1，周永生1，纪俊玲1，施建平2，徐瑞鹏3

(1.常州大学石油化工学院，江苏 常州 213164；2.苏州大学纺织与服装学院，江苏 苏州 215021；3.凯盛家纺股份有限公司，江苏 海门 226100)

采用复凝聚法制备壳聚糖-海藻酸钠艾蒿油微胶囊，考察了制备过程中各种工艺参数对微胶囊包封率的影响。结果显示，制备壳聚糖-海藻酸钠艾蒿油微胶囊的最佳工艺条件为：壳聚糖溶液pH值为6.0，壳聚糖与海藻酸钠质量之比为1∶1，芯壁比1∶5，凝聚反应搅拌速度300r/min。所得微胶囊呈规则的球形，对常见金黄色葡萄球菌、大肠杆菌具有很好的抑菌效果

壳聚糖；海藻酸钠；艾蒿油；微胶囊；抗菌

艾蒿油是从艾蒿茎、叶中提取出的挥发性化合物，所含活性成分多且复杂，其主要成分有桉叶油素、樟脑、龙脑、胡椒脑、α-守酮、乙酰胆碱等，对球菌、革兰氏阴性菌以及多种真菌具有很好的抑制作用。由于艾蒿油具有极强的挥发性且耐光、耐热、耐酸碱性差[1]，限制了其应用。微胶囊技术是解决这些缺陷的有效方法。

壳聚糖是自然界存在的唯一碱性多糖，是一种无毒、生物相容性好、可生物降解的天然高分子材料。壳聚糖分子链上的氨基在低pH时带正电荷，这些氨基可与真菌细胞表面带负电荷基团作用，改变病原菌细胞膜的流动性和通透性，干扰DNA的复制与转录，阻断病原菌的代谢，具有较好的抗菌活性。海藻酸钠是从褐藻、海藻类植物中提取的一类直链多糖，其分子链上含有大量羧基。在一定条件下，壳聚糖分子链上的氨基可与海藻酸钠分子链中的羧基通过正负电荷吸引形成聚电解质膜，自发形成胶囊[2]。

本文以壳聚糖、海藻酸钠为壁材对艾蒿油微胶囊化，探讨了壳聚糖溶液pH值、壳聚糖与海藻酸钠质量比、芯壁比、搅拌速度对微胶囊包封率的影响，并对微胶囊的抗菌活性进行了评价。

1 试验方法

1.1 主要药品

壳聚糖(脱乙酰度87%，工业品)；醋酸、海藻酸钠、过氧化氢、戊二醛(均为化学纯)；艾蒿油(工业级，购自江西吉安红苹果天然香料油有限公司)；十二烷基硫酸钠(工业级，购自上海试四赫维化工有限公司)。

1.2 微胶囊的制备

配制质量分数为2%艾蒿油溶液，然后将一定量的十二烷基硫酸钠溶于上述溶液中，艾蒿油与十二烷基硫酸钠质量之比为3:1，在恒温水浴中搅拌乳化30min，然后缓慢滴入一定质量浓度的壳聚糖溶液，搅拌30min后，再滴入一定浓度的海藻酸钠溶液，反应30min后，离心分离，沉淀用去离子水洗涤3次后，将沉淀重新分散在去离子水中，加入一定量的戊二醛，交联固化1h，离心分离，沉淀用去离子水洗涤3次，40℃真空干燥。

1.3 性能测试

1.3.1 外观形态观察

用吸管吸取一滴微胶囊悬浮分散液置于载玻片上，盖上盖玻片，用生物显微镜观察微胶囊外观形态并拍照。

1.3.2 包封率测试

称取一定量的微胶囊粉末，在40℃下烘至恒重，将微胶囊外部的艾蒿油、水分挥发；再升至100℃烘至恒重，将微胶囊内部的艾蒿油挥发掉，2次恒重后的质量差记为m，则：

包封率(%)=m/配方中艾蒿油的质量×100

1.3.3 微胶囊抗菌性的测试

本实验采用抑菌圈试验来测试微胶囊的抗菌性。配制浓度40g/L的艾蒿油微胶囊溶液，将直径10mm的滤纸片浸入微胶囊溶液中，浸泡4h后，置于40℃真空干燥箱中灭菌干燥，取各种供试菌悬液各0.2mL分别注入无菌培养皿内，再倒入15mL琼脂培养基，混匀后冷却成含菌平板。然后取浸泡过的滤纸片，贴在含菌平板上，每皿贴6片，每菌作3次重复实验，细菌置培养箱中37℃培养24h，测量滤纸片抑菌圈直径大小。

2 结果与讨论

2.1 壳聚糖溶液pH值对微胶囊包封率的影响

壳聚糖是一种弱的聚碱[3]，其pKa=6.3，壳聚糖溶液的pH值会影响壳聚糖所带电荷及壳聚糖与阴离子乳化剂间的相互作用，从而影响芯材的包封率。在其他条件相同情况下，改变壳聚糖溶液pH值分别为5.0、5.5、6.0、6.5、7.0，制备微胶囊，并对微胶囊的性能进行研究，结果如图1。

图1 壳聚糖溶液pH对微胶囊包封率的影响

从图1可看出，壳聚糖溶液pH值在5.0～7.0范围内，随着壳聚糖溶液pH值的增大，微胶囊的包封率先增加再减小，pH值为6.0时，微胶囊的包封率最大。这是由于当pH值低于5.5时，溶液的酸性过强，溶液中H+浓度较大，其与艾蒿油乳液接触后，溶液中H+会抑制艾蒿油表面乳化剂的电离，从而妨碍了壳聚糖上-NH3+与阴离子表面活性剂的结合，最终导致微胶囊包封率的降低。当溶液pH值接近壳聚糖的pKa时，壳聚糖分子的电荷密度明显降低，壳聚糖分子空间伸展减小，当其与海藻酸钠形成聚电解质膜时，壳聚糖分子能更深入地进入到海藻酸钠分子链内部，发生聚电解质结合，此时微胶囊的包封率最大。当溶液pH值超过壳聚糖的pKa时，壳聚糖分子链上的氨基质子化受到抑制，从而妨碍了壳聚糖与艾蒿油表面乳化剂间复凝聚反应的发生，溶液pH值偏离壳聚糖的pKa越远，这种现象越明显，所形成的微胶囊的包封率越低。因此，体系pH值在6.0左右最佳。

2.2 壳聚糖与海藻酸钠质量比对微胶囊包封率的影响

在其他条件相同情况下，改变壳聚糖与海藻酸钠质量比分别为3∶1、2∶1、1∶1、1∶2、1∶3，制备微胶囊，并对微胶囊性能进行研究，结果如图2。

图2 壳聚糖与海藻酸钠质量比对微胶囊包封率的影响

从图2可看出，当壳聚糖与海藻酸钠质量之比为2∶1-1∶1时，微胶囊的包封率最高。当比值大于2∶1时，凝聚物中海藻酸钠的含量低，壳聚糖与海藻酸钠形成的聚电解质膜过薄，形成的微胶囊机械强度过低，不能对芯材进行有效包埋。当两者比值小于1∶1时，体系中壳聚糖的量较少，不足以与艾蒿油表面的乳化剂以及海藻酸钠发生复凝胶反应，从而导致加入到溶液中的海藻酸钠自身凝聚，形成空囊，导致微胶囊包封率降低。

2.3 芯壁比对微胶囊包封率的影响

在其他条件相同情况下，改变芯材与壁材质量比分别为1∶1、1∶3、1∶5、1∶7、1∶9，制备微胶囊，并对微胶囊性能进行研究，结果如图3。

图3 芯壁比对微胶囊包封率的影响

从图3可看出，当芯壁比高于1∶5时，壁材的量较少，不能对体系中的艾蒿油完全包覆，此时的包封率较低；随着壁材用量的增加，微胶囊的包封率逐渐增加，当芯壁比达到1∶5时，体系中的艾蒿油已全部包覆，微胶囊的包封率最高；继续增加壁材的用量，微胶囊的包封率不再增加。

2.4 凝聚时搅拌速度对微胶囊包封率的影响

在其他条件相同情况下，改变凝聚反应时搅拌速度分别为100、200、300、400、500r/min，制备微胶囊，并对微胶囊性能进行研究，结果如图4。

图4 搅拌速度对微胶囊包封率的影响

从图4可看出，当搅拌速度低于300r/min时，搅拌不充分，壁材并没有全部在艾蒿油表面形成聚电解质膜，微胶囊的包封率较低；当搅拌速度高于300r/min时，搅拌速度过快，艾蒿油表面的壳聚糖、海藻酸钠还未形成聚电解质膜就脱离开，难以将艾蒿油包覆。因此，合理的搅拌速度为300r/min。

图5 微胶囊显微镜照片图

2.5 微胶囊的显微镜照片

图5为微胶囊显微镜照片图，从图可看出，微胶囊呈规则球形，彼此分散均匀，团聚较少。

2.6 抗菌性测试

采用滤纸片法，测试所得微胶囊的抗菌效果，结果如表1。

表1 艾蒿油微胶囊对供菌种的抗菌性

从上表可看出，所得艾蒿油微胶囊对金黄色葡萄球菌、大肠杆菌有很好的抑菌效果，与艾蒿油相比，其抑菌效果相差不大；而空白微胶囊不具有抗菌性，这表明微胶囊中起抗菌作用的是艾蒿油，且微胶囊化并未影响艾蒿油的抑菌性。

3 结论

采用复凝聚法制备了壳聚糖-海藻酸钠艾蒿油微胶囊，确定了微胶囊制备的最佳工艺条件：壳聚糖溶液pH值为6.0，壳聚糖与海藻酸钠质量之比为1∶1，芯壁比1∶5，凝聚反应搅拌速度300 r/min。所得微胶囊外形规则，粒径均匀，对金黄色葡萄球菌、大肠杆菌具有很好的抑菌效果。该技术可以运用在家纺面料领域，它的研制开发和生产具有广阔的市场发展前景。

[1] 李芳,王全杰,肖振峰.艾蒿油微胶囊的制备及其抗菌性研究[J].皮革科学与工程, 2012, 22(2):39-46.

[2] 寿旭锋,范春雷.壳聚糖/海藻酸钠微囊在中药提取物缓释制剂中的应用[J].现代生物医学进展,2008,8(5):955-957.

[3] 赵武奇,殷涌光,梁歧,闫海洋.壳聚糖-海藻酸钠缓释制备红景天苷微囊,食品与发酵工业,2004,30(4):66-69.

海门市工业科技项目(HK20131-04)

2015-07-14