多孔淀粉在食品药品中的应用进展

陶 利，渠广民，李兆明，林振广**

（1. 济南军区总医院，山东 济南 250031；2. 山东省药学科学院 山东省化学药物缓释制剂工程技术研究中心，山东 济南 250101）

多孔淀粉（porous starch，PS）是利用物理、化学或是生物方法对原生淀粉进行改性而形成的一种新型淀粉，其独特的中空结构特征成为多孔材料方面的研究热点。多孔淀粉相比较于普通原生淀粉，除了具备淀粉安全性高、可生物降解等特点外，还有显著的吸附性能，在食品药品领域的应用范围更广泛。拓展多孔淀粉应用领域已成为目前重要的研究方向和前沿课题。本文就近年多孔淀粉在食品和药品中的研究和应用研究方面进行总结，为今后多孔淀粉研究提供参考。

1 多孔淀粉的结构特点

多孔淀粉作为一种新型的改性淀粉，其特点体现在两个方面：一是在结构上与原生淀粉不同；另一方面，多孔淀粉突破原生淀粉自身特性局限性，具备了不同于天然淀粉的特殊性能，应用范围拓宽，更适于食品药品工业。

从结构上看，多孔淀粉最大的特征是：结构上丰富的孔洞使整个淀粉组织形成中空结构，极大地提高了多孔淀粉的孔隙率和比表面积。基于不同的制备方法和作用机制，多孔结构也有较大差异。如，由球磨或超声方法制备的多孔淀粉，只是通过物理作用在颗粒表面呈现一些凹坑或者裂缝，和原淀粉相比，增加的孔隙率和比表面积有限。溶剂交换法则利用淀粉的糊化和回生性质，使淀粉形成一种网状的含水胶体，再通过溶剂置换，制备得到呈三维网络状的多孔淀粉。这种多孔淀粉骨架类似海绵状结构（图1），孔洞贯穿整个淀粉组织，有极高的比表面积和孔隙率。而酸水解或酶解的原理是通过控制原淀粉水解程度制备多孔淀粉。酸或酶先附着于淀粉表面，由外到内优先水解淀粉的不规则区及无定形区，并形成孔道，从而在淀粉颗粒上形成由表面通向核心的孔洞。这种水解方式制备的多孔淀粉具备一种蜂窝状中空结构，直径约为 1 µm的小孔布满整个淀粉颗粒表面，并由表面向中心深入，孔洞的容积约占整个颗粒体积约50%（图2）。

多孔淀粉有与原淀粉同样的物理化学特征和性能。虽然多孔淀粉本质上不是一种新的物质，如早期有学者观察到动物食用含生淀粉的食物后，排泄出来未完全消化的淀粉粒也是多孔淀粉，但多孔淀粉除了在结构上有多孔特征外，很多性质已改变，如结晶度、黏度、直链淀粉和直链淀粉的比例等。

图1 95 ℃糊化后经过3次乙醇置换后多孔淀粉形貌[1]

图2 玉米淀粉颗粒经糖化酶处理6 h后的扫描电镜图像[2]

2 多孔淀粉在食品中的应用

2.1 在日用食品中的应用

杨圣岽[3]将制备豆腐所用的凝固剂吸附到多孔淀粉里，只有在高于淀粉糊化温度时，才能缓慢释放凝固剂，从而促进豆浆的蛋白质凝聚，形成口感嫩滑的豆腐。将多孔淀粉用于制备粉末酱油，解决了粉末酱油流动性差、易黏附问题，同时多孔淀粉还能较好地保存酱油中的氨基酸态氮，形成优质的粉末酱油[4-5]。为避免嗜酸性乳杆菌被机械挤压破坏、胃酸分解破坏等不适条件，顺利到达肠道发挥益生作用，马嫄等[6]以多孔淀粉为壁材制备包埋嗜酸性乳杆菌的微胶囊，有效提高了肠道中嗜酸性乳杆菌的存活率。作为一种营养性的高分子物质，多孔淀粉还可用于食品中替代脂肪。朱仁宏[7]用多孔淀粉部分代替贡丸中的肥膘，保持贡丸原有的口感品质同时，降低贡丸脂肪含量，减少人体脂肪摄入量。

2.2 在保健食品中的应用

多孔淀粉常用于易氧化、见光易分解及挥发性强的功能性食品成分，如维生素A、维生素E、维生素C、鱼肝油、薄荷油等的包埋保护和缓控释。紫苏籽油有降低胆固醇，提高免疫力，平喘止咳作用。但是紫苏籽油容易受到氧气、光线和温度的影响，导致α-亚麻酸被破坏。江慧娟等[8]利用多孔淀粉的物理吸附特点制备粉末紫苏籽油，能显著减少紫苏籽油与外界氧气和光线的接触，从而达到较好的抗氧化效果。蚕蛹油有很高的营养价值，但易酸败、氧化。邱英华等[9]以木薯多孔淀粉为芯材，吸附蚕蛹油制成粉末蚕蛹油，再以玉米醇溶蛋白为壁材制成的蚕蛹油微胶囊，可以直接食用并长期稳定贮存。

3 多孔淀粉在医药中的应用

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，且在体内可完全吸收，因此，许多学者致力于多孔淀粉在止血领域的研究。在国外，TraumaDEX是以多孔马铃薯淀粉为材料制备的止血剂，在吸收血液水分同时能阻止血小板进入其多孔结构内，有利于血小板聚集[10]。另一个以多孔淀粉制备的止血剂Arista已被美国和德国药品管理部门批准用于人类外科手术[11]。在国内，刘成程等[12]以玉米淀粉为原料，采用酸解和酶解结合方法制备高吸水性玉米多孔淀粉，在兔耳中央动脉出血和肝脏创面出血两个出血模型的完全止血时间分别为129±65 s，70±55 s，均明显优于云南白药。席朝运[13]将氨甲环酸负载于多孔淀粉中，结合多孔淀粉的物理止血效果和氨甲环酸化学止血效果，协同增强止血能力。

3.2 药物载体

难溶性药物由于溶解度小，导致极低的生物利用度，临床应用受到限制。如何提高难溶性药物的溶解度，改善药物的吸收，提高药物的生物利用度是药剂学领域的重要的研究课题。

多孔淀粉以其自身稳定的孔道结构，高孔容积和比表面积等优点，是难溶性药物的良好固体分散载体。多孔淀粉负载药物后，由于其自身孔道的空间抑制效应，在多孔淀粉结构内，药物分子以无定形或无序的形式存在，而不是有序的晶体形态，通过降低药物的结晶度同时减少药物的粒径，从而提高药物的溶解度。Nagata等[14]将萘普生负载到多孔淀粉后，溶解度明显提高。卡马西平溶解后吸附到多孔淀粉中制备卡马西平片，有明显的突释作用，其释放常数是普通卡马西平片的8.6倍[15]。徐杰等[16]将达比加群酯载入多孔淀粉泡沫纳米孔道，制备达比加群酯多孔淀粉泡沫，其体外溶出实验表明，达比加群酯的溶出速率显著提高。Jadhav等[17]利用超临界技术制备纳米孔淀粉，比表面积高达180 m2/g，负载非诺贝特后，体外药物释放研究表明，与普通非诺贝特药物相比，溶解显著增强，且体内药效学研究表明，其生物利用度也极大提高。

应雪肖等[18]将氨茶碱药物吸附到多孔玉米淀粉中制成缓释片，药物随淀粉消化缓慢释放，延长药物作用效果。甘招娣等[19]先用三偏磷酸钠交联改性多孔淀粉，提高多孔淀粉的结构性能。随后，用交联多孔淀粉制备载红景天苷多孔微球，对红景天苷的包封率高达 58.89%。体外释放实验表明，在模拟肠液中，红景天苷多孔淀粉微球具有很好的缓释效果，能提高红景天苷的生物半衰期和生物利用度。

将多孔淀粉分散在淫羊藿总黄酮乙醇溶液中，蒸干溶剂后淫羊藿总黄酮以无定形形式分散于多孔淀粉中，形成淫羊藿总黄酮多孔淀粉固体分散体。体外溶出度试验数据表明，分散体中淫羊藿苷在水中的溶出速率显著提高[20]。

3.3 增加稳定性

多孔淀粉利用其内部孔道的毛细作用可产生吸附力，能将目的物质牢固地吸附到淀粉结构内部，从而阻止外界条件对不稳定物质的影响。因此，多孔淀粉可对易氧化、见光易分解及挥发性强的物质起到稳定作用。如在大气中易被氧化或分解的二十二碳六烯酸（DHA），二十碳五烯酸（EPA）)，维生素E，维生素A，胡萝卜素和番茄红素被吸附到多孔淀粉内后，稳定性得到极大提高[21]。王煜等[22]以多孔淀粉为吸附剂，制备姜黄色素微胶囊，在增加难溶性姜黄色素水溶性的基础上，由于多孔淀粉的包埋隔阻作用，增强姜黄素耐高温、耐光和耐强酸性能力。紫苏籽油中α-亚麻酸易氧化导致过氧化值超标，液态的紫苏籽油需在避光、隔氧、低温苛刻条件下保存放置才能符合要求。交联酯化葛根多孔淀粉包埋紫苏油后，包埋的紫苏籽油过氧化值变化一直较缓慢，经过4天加速氧化后仍可达到国家食用油要求，而未包埋处理的紫苏籽油过氧化值急速增加[8]。吴超[23]将洛伐他汀（LV）负载到多孔淀粉泡沫膜（porous starch foam film, PSF）和多孔淀粉泡沫微球（porous starch foam microspheres, PSM）两种多孔淀粉药物载体上，药物以分子状态或微细的结晶状态分散于PSF和PSM中，体外溶出和稳定性实验表明，负载到多孔淀粉中的LV与原料药及市售LV胶囊相比，LV在两种载体中稳定存在并且溶出速率明显得到提高。

3.4 缓释作用

多孔淀粉对易挥发，易释放的物质有缓释作用，达到防止其散失和缓慢释放的目的。其原理是：多孔淀粉的内部孔道贯穿整个淀粉结构，因此，能将吸附物吸入内部的孔道结构中，吸附较牢固，吸附物不易脱离。除了孔隙体积大小外，吸附量还取决于药物和淀粉之间的吸附力作用大小。侯晓苹等[24]通过维生素C、茶碱和牛血清白蛋白三种药物的吸附/释放动力学对多孔淀粉缓释性能进行研究，药物的释放过程受到载体多孔淀粉扩散和溶蚀的共同作用影响，从而形成具有良好的吸附能力和缓释性能。卢晓霆[25]为了提高葡萄多酚的稳定性和强化缓释效果，采用玉米多孔淀粉为材芯载体复合凝聚法制备葡萄多酚微胶囊，在肠液中有较好的缓释效果。

4 研究展望

多孔淀粉虽可直接应用到食品医药卫生化工工业等领域，但是，多孔淀粉本身的应用具有一定的局限性。如，在结构方面，多孔淀粉不同的制备方法其成孔质量、孔隙率和孔隙稳定性差异较大，对孔径大小、形状分布等的精确控制方法值得更加深入研究；在制备多孔淀粉的效率、规模和成本方面有待加强研究，使之逐步成为成熟的工业化生产技术；在组织工程应用方面，孔隙率与强度的关系相互影响，孔隙率高的多孔淀粉强度性能有限，为了提高应用效果，结合应用对象的特性基础上，对所制备的多孔淀粉进行进一步改性，开发更有效的应用技术。多孔淀粉分子中存在大量的羟基，为表面化学修饰提供了活性位点。特别是多孔淀粉的结构功能基团可进一步改性，提高其在药物传递中的应用。改性方法有酯化法、接枝法、交联法、醚化法、包埋法和双改性法。这些改性能增加多孔淀粉的结构稳定性，同时也能为药物传递、靶向治疗、控制释放等领域提供了新的研究思路。