（材料学专业论文）明胶阿拉伯胶配合物微囊微球的研究.pdf

中文摘要 采用明胶和阿拉伯胶两种天然高分子材料进行配合作为载体材料， 辣素为荟材物质，制备得到了配合物微囊微球；用扫描电子显微镜、透 射一。电子微镜、光学显微镜、激光粒径测试仪、紫外分光光度计等手段研 究了微囊微球的形态结构和载药特性。 首先对辣素含量较低的辣椒精进行了提纯，摸索得到了比较有效的 提纯工艺，所得产品中辣素含量提高了七倍以上，达到5 0 左右。 制备得到了球形良好、分布均匀的载药微囊微球，表面有微孔存在， 平均粒径分别在2 0 um 和4 0 0 n m 左右；深入研究了组装反应的原理，确 定了明胶阿拉伯胶反应的最佳配合点，分析了得到不同粒径微囊微球的 原因；摸索得到了比较成熟稳定的制备工艺，对温度、p h 值、浓度、分 散剂、搅拌速度等各种影响因素进行了系统的研究和讨论。将单宁酸引 入后处理工艺，解决了湿态微囊微球难以干燥的问题，并讨论了其作用 机理；研究了干燥温度、空气流通速度、有机溶剂作用等影响因素，经 比较得到了满意的后处理工艺。 采用亚硝酸钠比色法确定了辣素紫外分析的特征波长为4 2 0 n m 。测 定表征了载药微囊的载药量和包封率，并对其药物释放行为进行了初步 的摸索，其释放周期在2 0 0 h 以上。 关键词：大分子配合生物可降解微囊微球药物释放辣素 a b st r a c t c o m p l e xe n c a p s u l em i c r o s p h e r e s a r e p r e p a r e d w i t ht w on a t u r a l p o l y m e r m a t e r i a l s ，g e l a t i na n da c a c i a ，a st h ec a r r i e rm a t e r i a l sa n dc a p s a i c i na st h e l o a d e dd r u g s c a n n i n ge l e c t r o n i cm i c r o s c o p e ( s e m ) ，t r a n s m i s s i o ne l e c t r o n m i c r o s c o p e ( t e m ) ，u vs p e c t r o m e t e r ，m a s t e r s i z e r ，a n dt r a n s m i s s i o np o l a r i z i n g m i c r o s c o p ea r eu s e dt os t u d yt h es t r u c t u r ea n dt h en a t u r eo ft h er e s u l t i n g m i c r o c a p s u l e s m i c r o s p h e r e s a ne f f i c i e n tt e c h n i q u ei ss t u d i e dt og e tap r o d u c t i o nw i t hah i g hp r o p o r t i o n o fc a p s a i c i n ( a b o u t5 0 ) ，w h i c hh a ss e v e nt i m e sm o r ec a p s a i c i nt h a nt h e o r i g i n a lo n eh a s s p h e r i cm i c r o c a p s u l e s m i c r o s p h e r e si ng o o ds i z ed i s t r i b u t i o na r ep r e p a r e d w i t hm i c r o p o r e so nt h e m ，a n dt h e i rd i a m e t e r sa r ea p p r o x i m a t e l y2 duma n d4 0 0 n m r e s p e c t i v e l y t h er e a c t i o nm e c h a n i s mi ss t u d i e dt h o r o u g h l y ，t h eb e s tr a t i o o fg e l a t i nt oa c a c i af o rr e a c t i o ni sd e t e r m i n e d ，a n dt h er e a s o n sw h yw e o b t a i n e d m i c r o c a p s u l e s i nd i f f e r e n ts i z e s u n d e rs i m i l a r p r o c e s s e s a r e d i s c u s s e d am a t u r ep r e p a r a t i o np r o c e s s i n gi s g o ta n da l l t h e p o s s i b l e i n f l u e n c ef a c t o r sa r ed i s c u s s e ds y s t e m a t i c a l l y ，s u c ha s t e m p e r a t u r e ，p h ， c o n c e n t r a t i o n ，d i s p e r s a n t ，s t i rs p e e da n ds oo n t a n n i ni si n t r o d u c e di n t o p o s t t r e a t m e n tt og e td r i e dm i c r o c a p s u l e s m i c r o s p h e r e si ng o o ds h a p e ，a n d t h ec o r r e s p o n d i n gr e a c t i o nm e c h a n i s mi ss t u d i e d 。 f a c t o r s ， s u c ha sd r y i n g t e m p e r a t u r e ，v e l o c i t yo fa i rc i r c u l a t i o na n do r g a n i cs o l v e n ta r es t u d i e d ， a n das a t i s f a c t o r yp o s t t r e a t m e n tt e c h n i q u ei so b t a i n e da f t e rc o m p a r e t h ec h a r a c t e r i s t i cw a v e l e n g t ho fc a p s a i c i ni sd e t e r m i n e db ys o d i u mn i t r i t e c o l o r i m e t r yf o ru va n a l y s i s p a r a m e t e r so ft h ed r u g l o a d e dm i c r o c a p s u l e sa r e c h a r a c t e r i z e da n dt h er e l e a s eb e h a v i o ri ss t u d i e dp r i m a r i l y k e yw o r d s ：m a c r o m o l e c u l ec o m p l e x ，b i o d e g r a d a b l e ，c a p s a i c i n ，m i c r o c a p s u l e s m i c r o s p h e r e s ，d r u gr e l e a s e 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的 研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表 或撰写过的研究成果，也不包含为获得鑫洼盘堂或其他教育机构的学位或证 书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中 作了明确的说明并表示了谢意。 学位论文作者签名：杨挎静叛 签字日期：多如：；年，月日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解苤洼盘堂有关保留、使用学位论文的规定。 特授权苤洼盘鲎可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检 索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校 向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权说明) 学位论文作者签名：杨哟苏 签字日期：2 ”年月日 翮躲试诒妒 签字日期；矿) 年；e j 2 e t 第一章绪论 1 1 引言 第一章绪论 微囊技术是从2 0 世纪5 0 年代开始发展起来的。g r e e n 和s h l e i d e r 于1 9 5 4 年首先将微囊技术应用于制造压敏式无碳复写纸，开创了微囊新技术的时 代。纳囊是指粒径尺寸在1 0 1 0 0 0 n m 之间的胶囊。微囊化技术可以保护物 质免受外界环境的影响，屏蔽味道、颜色和气味，提高稳定性，降低毒性， 改变物质的性能、性质，将不可混合的化合物隔离，使不同类的材料能良好 地亲和：作为药物释放体系时，还可以控制内部包裹药物的释放，使药物在 适当的时间场合有效、高效地释放。 基于超分子化学原理设计开发的超分子材料近来受到人们的重视。这主 要归因于：( 1 ) 超分子化学已形成为一门学科并获得发展，为超分子材料的开 发研究奠定了理论基础，尤其值得提及的是l e h n 、p e d c r s c n 和c r a m 曾因在 超分子化学方面的贡献而荣获1 9 8 7 年度诺贝尔化学奖；( 2 ) 与传统材料相比， 超分子材料具有许多新的物性，展示了诱人的研究开发前景。通过超分子组 装来设计开发新型材科，从上世纪8 0 年代以来已引起人们极大的关注。 目前，生物可降解高分子已日益受到各国科学家的关注，并且已经在医 药领域有了广泛的应用，例如作为人造皮肤，人造血管，手术缝合线，药物 控释，基因技术等各个方面。由于结构方面的原因，天然高分子在天然条件 下易被分解，因此作为生物材料使用的同时，在完成医疗工作之后，在一定 时间内即被水解或酶解为小分子而参与正常的代谢循环，被排泄、吸收而不 会对环境造成污染或其他不良影响。 本章就微囊微球技术及其研究进展进行文献综述，并对本课题的相关背 景进行介绍。 1 2 生物可降解聚合物纳米微囊微球的割备与应用 1 2 1 纳囊的分类 纳囊可以分为基体式纳囊和贮存式纳囊： 第一章绪论 基体式纳囊：即待释放药物与其载体均匀的混在一起，构成整个纳囊，其药 物可以呈单分散，也可以以一定的聚集态结构分散于高分子基体中，药物通 过载体的降解及自身的扩散作用得以释放。其材料多为水凝胶和疏水性可生 物降解高分子。 贮存式纳囊：即待释放药物集中于囊的内层，其外层为高分子膜。线型生物 降解高分子常用作这一控制系统的载体材料，包埋药剂后成为微球制剂、埋 植剂。贮存式纳囊又可细分为不透纳囊和半透纳囊。不透纳囊，其外部载体 材料相对较厚，较稳定，对内部药物起保护隔离作用，当需要释放时，用高 温、加压，加湿、辐射等方法使囊破裂，药物得以释放：半透纳囊，其囊内 部药物或外环境中小分子可自由透过外部载体材料，并可通过平衡关系控制 释放，此释放过程不必破坏外部载体材料。 1 2 2 纳囊的糊备技术 1 2 2 1 纳囊的载体材料及其选择 不同的应用条件对纳囊载体材料有不同的要求，在选择载体材料时，一 般应考虑以下几种因素：芯材的状态、性质；纳囊的工作环境；对纳 囊性能的要求；载体材料的弹性、韧性、机械强度、特征温度点、渗透性、 溶解性、可聚合性、粘度、电性能、吸湿性、毒性、稳定性等。 从原则上讲，所有能够包裹芯材成膜的高分子材料都可以作为纳囊的载 体材料。本文主要针对可降解的载体材料，大致可以分为两类： 1 天然高分子：主要有明胶、骨胶、血红蛋白、树胶、松香、石蜡、壳聚 糖、淀粉等。这类材料具有无毒，成膜性能好，稳定性好的特点，但原 料不稳定，机械强度往往难以达到要求。 2 。半合成高分子：主要是指各种改性的纤维素，聚乳酸也属此类。这类材 料毒性较小，粘度大，成盐后溶解度增加，但易水解，耐酸性较差，不 耐高温。 现在常用的生物降解高分子材料包括各种天然高分子及其改性材料，和 部分人工合成高分子：聚d 羟基酸( 如：聚乳酸、聚乙醇酸、聚羟基丁酸 等) 、交链聚酯( 如：聚丙交酯、聚e 己内酯) 、聚原酸酯、聚酐、多肽、 聚膦睛及其改性物主要是侧基为氨基酸一2 - 羟基丙酸酯( 羟基乙酸酯) 双酯 2 第一章绪论 结构的聚膦睛】、一些聚酯( 如：聚羟基丁酸戊酯、聚羟基丁酯、聚羟基戊酸 酯等) ，以及上述材料的改性共聚物等。 1 2 2 2 纳囊的制备方法 1 2 2 2 1 乳化法 即将原料在表面活性剂作用下乳化分散，并可结合其他工艺，通过控制 分散液滴尺寸来制各纳囊的方法。乳化法制各所得纳囊粒径小，单分散性好， 现分述如下。 1 2 2 2 2 薄膜超声乳化法 将纳囊载体材料及芯材溶于有机溶剂，蒸发除去有机溶剂形成薄膜，再 加入含乳化剂的水溶液，超声分散，就可得到高质量的纳囊，这是一种物理 制备方法。 v a i z o g l u 1 】等人最早用此法制备了吲哚洛尔甘油二酯的纳囊，其平均粒径 为2 0 0 n m 。h o d o s h i m a 2 】等用该法制备了4 - o 四氢吡喃阿霉素前体药物的纳 囊，粒径为3 0 3 5 n m ，并发现粒径大小主要决定于油相与乳化剂的摩尔比。 赵荣生【3 】等人用此法制备了两性霉素b 酯质体，并对它的形态学、包药 量、包封率以及粒径分布等性质进行了研究。结果纳囊包封率大于7 0 ；平 均粒径为7 9 n m ，粒径范围为2 3 1 2 2 n m ，小于9 6 n m 的占8 6 ，透射显微 镜下，纳囊为粒径均匀的球状或近球状小囊泡。 1 2 2 2 3 乳化溶剂蒸发法 将药物及树脂溶于有机溶剂，在搅拌下加入到含乳化剂的水溶液中乳 化，然后蒸发掉有机溶剂，即可得到所需的纳囊。 s j o s t r o m 4 】等用该法制备得到了醋酸胆固醇纳囊，其平均粒径为1 0 0 n m ， 并发现粒子的结构、形态与亲油性物质的组成和乳化剂的选择有关。n i w a p l 等人用该法制备了载有亲水性多肽药物促黄体激素释放激素类似物的纳囊， 包封率比o w 提高了数倍。刘丽【6 】等人制备了可生物降解的p l a p e g p l a 三嵌段共聚物纳囊，由于采用了超声分散技术，纳囊具有窄的单峰分布，分 布均匀，粒径在2 0 3 0 n m 之间。他们还发现，共聚物的亲水性随p l a 分子 第一章绪论 量的增加而下降，而纳米纳囊粒径则随其增大；p e g 分子量的增加提高共聚 物的亲水性，纳囊粒粒径随其减小，故可以通过改变原料中p l a 或p e g 的 分子量达到对纳囊粒径的控制。m a r i a 7 】等人对此法进行改进，将其发展为双 乳化一溶剂蒸发法，并采用了超声乳化技术，制得的纳囊粒径为2 0 0 n m 左右， 包封率可达4 0 。 1 2 2 2 4 高压乳匀法 将载体材料加热熔融，加入芯材，再将熔融液加到溶有乳化剂的水相， 高速搅拌形成初乳，高压匀化，骤冷，即可得到纳囊。此法易用于工业化生 产，可避免采用对人体有害附加剂的使用，操作简单，易于控制。但不适用 于热稳定性差的芯材。 例如，h e i a t a 引等用不同含量的三月桂酸甘油酯和磷酯作为载体材料，制 备了齐多天定棕榈酸酯的纳囊，并研究发现随着磷脂与三月桂酸甘油酯比例 的增大，药物的包封率增大。 1 2 2 2 5 微乳冷却法 微乳冷却法与高压乳匀法相似。此法要求将载体材料加热熔融，加入药 物，然后将熔融液加入到7 0 1 2 的乳化剂水溶液中搅拌形成微乳，保温情况下 充分反应，在搅拌下缓慢将热微乳加到冰水中即可。此法同样不适用于热稳 定性差的药物，但适合工业化生产。 r o b e r t a 9 】等分别以硬酯酸、二十二烷酸或二甘油酯为载体材料，用该法 得到了纳囊，其平均粒径为5 5 9 0 n m ，离散度为o 2 0 o 3 6 。 邓英杰【1 0 j 等人用这种方法制备得到了以磷脂为囊材，黄芪多糖( a p s ) 为 芯材的纳囊。得到的纳囊体系稳定，由化学稳定性预测在2 0 c 贮存期为1 4 4 年，测其粒径，9 0 以上达到纳米级，4 0 c 保温3 个月粒径不发生变化。并 发现将样品放置于5 0 c 恒温水浴中短时间保温可使样品中大粒子数减少，小 粒子比例增加。 1 2 2 2 6 配合组装法 由配位组装技术得到的产物具有规整、有序、可控等特点，近年来引起 4 第一章绪论 众多科学家的关注，并已取得大量的成果。 m o n i k aj u n g h a n s 【“j 等利用精蛋白和抗敏剂o d n s ( o l 培o n u c l e o t i d e s ) 的组 装反应，得到了9 0 1 5 0 n m 的纳囊，此反应简单迅速，只需将精蛋白的稀溶 液与o d n s 混合即可。组装反应受o d n s 链长和精蛋白，o d n s 比率的影响。 研究表明，纳囊的形成要求其链长大于9 个核菅，质量比率大于o 5 ：1 。随 着精蛋白量的增加，纳囊的数量增多，e 势能增大。在质量比大于2 5 ：l 时，无降解反应发生。 s a s e h ag e n e r a l 1 2 】等制各了2 m o l l 的聚l 精氨酸( p l a ) 、聚l 组氨酸 ( p l h ) 、聚l 赖氨酸( p l l ) 的混合溶液，在p h = 9 5 的情况下缓慢加入十 二烷酸( c 1 2 ) ，搅拌过滤，得到了三种纳囊p l a c 1 2 、p l h c 1 2 、p l l c 1 2 的乳液。所得纳囊为核壳状，粒径为1 2 0 2 0 0 n m ，对p h 敏感，并可通过对 p l a 、p l h 、p l l 的选择调整进行控制。 除此之外，还有很多关于这一方法制备纳囊的报道，其中不乏将这一方 法改进、发展的例子，如j b h u a n g 1 3 等人采用极性非水溶剂，阴阳离子混 合表面活性剂，得到了粒径约为2 0 4 0 n m 的纳囊；w a n g 1 4 】等人采用探针超 声处理的方法，使得到的纳囊凝胶分布更加稳定，并指出，产物纳囊的粒径 受原料分子的结构、分子量的影响，一般来说，原料分子量越大，纳囊的粒 径就会越大。 l u cd e k i e 1 5 】等人利用聚l 谷氨酸共聚物的自组装行为，将其与d n a 混 合，得到了可用于基因治疗的纳囊，并对血清白蛋白对纳囊的分解作用进行 了研究。所得纳囊粒径为8 4 5 + 2 n m 和9 6 7 + 1 6 n m ，发现其粒径决定于聚合 物的种类和其携带的电荷率。改变聚l 谷氨酸中聚二甲基氨基乙醇基l 谷 氨酸( p d m a e g ) 和吡啶乙烷基l 谷氨酸( p p y a e g ) 的配比，得到了不同 粒径的纳囊：并研究指出了正电荷对聚合物链及其降解速度的影响。 z a m b a n x 1 6 j 等用此法得到了包裹蛋白质c 的一甲基聚氧乙烯聚乳酸 ( m p e o p l a ) 共聚物的纳囊，其平均粒径为2 0 0 n m ，研究发现，粒径大小 与共聚物性质没有直接关系。蛋白质c 的包封率随着共聚物摩尔质量的增大 和p l a 嵌段链长的增加而提高，但是随着纳囊中p l a 的增加，水和蛋白质 c 的扩散将会减弱，从而影响释放效果。 i k u ot a n i q u c h i 等人利用两亲性双嵌段化合物的自组装聚合方法，以疏 水的多糖胆甾烯醇胆甾烯醇衍生物为原料，以水作为反应溶剂制备得到了半 第一章绪论 乳糖苷的纳囊。他们将胆甾烯醇 c h o l e s t e r o l b e a r i n gp u l l u l a n ( c h p ) 胆甾烯醇 衍生物分散到p h = 7 5 的磷酸盐缓冲溶剂中，制成悬浮液。然后在光照条件 下于室温对此悬浮液进行培养。加入少量凝集素，在水浴条件下用波长为 6 3 3 n m 的光照射，使之反应，在凝集素加入1 小时后，加入乳化剂，充分反 应，最后得到了粒径为3 0 n m 的纳囊。 1 2 2 2 7 喷雾干燥法 将芯材和囊材的混合物通过进样泵，在压缩气流的作用下喷雾形成小液 滴，小液滴中的溶剂在干燥室中快速蒸发，经漩涡分离器分离后即可得到所 需的纳囊。喷雾干燥法可以直接将溶液、乳液、悬浮液干燥成粉末颗粒，而 避免了蒸发、粉碎等烦琐的操作过程。此法可连续操作、省时，适合工业生 产，并可避免引入乳化剂等杂质。 王俊平u s l 等人利采用p g 1 2 0 型微型喷雾干燥机，制备得到了以豆磷脂 为囊材阿霉素为芯材的纳囊。所得纳囊为近似椭圆形，其中粒径小于5 0 0 n m 的产品占1 0 以上，平均包封率为3 9 9 。 1 2 3 纳囊的应用 2 3 1 纳囊在日常生活中的应用 载药纳囊作为添加剂加入到高分子材料中，可以使囊中药物缓释，用于 驱除灭杀蟑螂、老鼠，避免虫鼠的侵扰与破坏。这种材料可以用于家庭，也 可用于一些重要设备、线路的维护与保养。 涂料及塑料中的某些添加剂制成纳囊后，分散到产品中，可以使其寿命 有效期提高数倍甚至十几倍。其原因在于添加剂成囊后，其释放得到控制， 与原先相比释放行为更加稳定，释放时间得到有效延长，从而提高了产品的 科技含量和实用价值。 纳囊还可用于粘合剂和密封胶。例如在粘合剂密封胶中添加s i 0 2 的亲水 性纳囊，可使胶粘效果密封效果有极大提高，究其原因是因为s i 0 2 的亲水 性纳囊加入密封胶后，很快能形成一种硅石结构，即纳米s i 0 2 形成网络结构 抑制胶体流动，使固化速度加快，由于颗粒很细，更增加了胶的密封性能。 6 第一章绪论 1 2 3 2 纳囊应用于生物医学领域 纳囊在药物输送及释放领域有着广泛的应用。目前，有半数以上的新药 存在溶解和吸收的问题。采用纳囊技术，可以在很大程度上增加药物与胃肠 道液体的有效接触面积，药物的溶解速率也将随药物颗粒尺度的缩小而显著 提高，进而提高药物的吸收利用率。采用纳囊技术来缩小药物的颗粒尺度已 成为提高药物利用率的可行方法。此外，纳米药囊还可以智能的控制药物的 释放，使药物在病灶处合理地释放，提高药物利用率的同时，避免了药物对 人体其他部位的不良刺激，这在国内外文献中有相当多的报道。如今，纳米 药囊已经制成了注射药剂、口服药剂、眼部用药等药剂。 包有辣素的纳囊可用于治疗各种治表性疼痛综合征，包括外科手术后神 经瘤、反射性交感神经营养不良综合症和女阴前庭炎等，尤其广泛应用于疼 痛性神经病变一一糖尿病性神经病变和带状疤疹后遗神经痛；并且还可以用 于某些皮肤病的治疗，如银屑病。 这一技术也可用基因工程，作为基因药物的载体，携带药物分子进入人 体的血液循环，使药物在无免疫排斥的条件下可以把新型基因材料输送到人 体内已经存在的d n a 里，这样就给诸如癌症、糖尿病和老年性痴呆等疾病 的治疗带来了曙光。 1 3 明胶的基本性质”1 1 3 1 明胶的组成与结构 明胶是胶原温和断裂的产物，它是天然多肽的聚合物。作为明胶的原料， 胶原是一种纤维蛋白，存在于动物( 猪、牛等) 的结缔组织和硬骨料组织中。 胶原蛋白含有1 8 种氨基酸( 甘氨酸、脯氨酸、羟脯氨酸、谷氨酸、天冬氨 酸、丙氨酸、苯丙氨酸、精氨酸、赖氨酸、羟赖氨酸、丝氨酸、白氨酸、缬 氨酸、苏氨酸、组氨酸、酪氨酸、蛋氨酸、异白氨酸) 。氨基酸在明胶分子 链的排列非常复杂，其中脯氨酸、羟脯氨酸和甘氨酸的含量非常高，蛋氨酸 的含量很少。由于明胶中的氨基酸成分与胶原中的氨基酸成分相似，所以明 胶的成分受到胶原来源的影响非常大。另外，由于从胶原制备明胶的过程中 处理方法的不同，也可能会造成明胶的组成成分不同。 7 第一章绪论 根据x 射线衍射法及氨基酸组成研究指出，明胶分子肽链内的氨基酸排 列次序为：每三个氨基酸分子中有一个甘氨酸，一个脯氨酸或羟基脯氨酸， 另一个为别种氨基酸。 一q h 一旨o 如一k ho h n 耳一旨十i i 一早一旨一 一2 1 一基一 ih 一脯氨酸 一甘氨酸。一别种氨基酸 2 8 6 a 这个氨基酸链节的周期距离为2 8 6 a ，比一个氨基酸的伸长距离( 3 4 a ) 要 短，由此可以证明，明胶分子的肽链具有弯曲现象。明胶的肽链约含3 0 0 多 个这样的氨基酸链节，因而每一条肽链实由1 0 0 0 个左右的氨基酸组成。 1 3 2 明胶的性质 胶原能吸水膨胀，但不溶于水。当胶原与水共热时，胶原的分子链会断 裂并生成分子量较小的明胶，明胶的分子量一般在1 5 1 0 4 2 5 1 0 4 之阔a 明胶按照制备方法的不同可以分为酸法明胶和碱法明胶。 明胶来源于胶原蛋白的水解，其性质予胶原蛋白的结构有关。市售明胶 里淡黄色，外形有薄片状、粒状，无味，无臭。酸法明胶密度为1 3 2 5 9 c m 3 ， 碱法明胶密度为1 2 8 3 9 e m 5 。 明胶遇冷水会溶胀，投入水中2 h 后可充分溶胀，一般吸收5 1 0 倍的 水。在加热至4 0 c 以上的热水中，明胶能完全溶解成溶液。水溶液中明胶分 子的构型和物理性质随所处的环境而不同。在明胶水溶液中，明胶分子存在 两种可逆变化的构型：溶胶形式和凝胶形式。溶胶形式存在于比较高的温度 ( 3 5 ) 以上；在1 5 3 5 c 的范围内，两种形式的明胶分子成平衡状态共存； 在小于1 5 的情况下，明胶以凝胶形式存在。 明胶分子与其他蛋白质一样，在不同p h 值溶液中可成为正离子、负离 子或两性原子( 等电点) 。在等电点时溶胀吸水量最小，加入脱水剂时，在 4 0 。c 以上能出现单凝聚。明胶在所有p h 值范围内都易溶于水，如加入与明 胶分子上电荷相反的聚合物，则能使明胶从溶液中柝出。例如带负电荷的阿 c 0 一 n 1 第一章绪论 拉伯胶能和带正电的弱酸性明胶溶液反应，明胶的溶解度急剧下降，从而发 生配位组装。明胶与有些有机溶剂有相容性，如甘油。丙二醇，冰醋酸等， 但不溶于一元醇、醚、丙酮、氯仿、脂肪油和挥发油。 明胶溶液可因温度降低而形成具有一定硬度、不能流动的凝胶。明胶溶 液形成凝胶的浓度最低极限值约为1 ，凝胶存在的最高温度为3 5 。凝聚 形成后，其结构向胶原构型的变化历时很长。明胶分子互相结合而形成三维 空间的网状结构，明胶分子的运动受到限制，但其中间夹持的大量液体却有 正常的粘度，电解质离子在其中的扩散速度和电导率与在溶胶中相同。 明胶在室温、干燥状态下比较稳定，可放置数年。在较高的温度( 3 5 4 0 c ) 和湿度下保存的明胶容易失去溶解性。在水溶液中，明胶能缓慢的水 解转变成分子量较小的片断，粘度下降，失去凝胶能力。明胶在6 5 以上解 聚作用加快，在8 0 c 加热1 h 后，凝胶冻力减少5 0 。分子量越小的明胶分 解速度越快。 1 4 阿拉伯胶的基本性质2 0 m 1 4 1 阿拉伯胶的来源与组成 阿拉伯胶系阿拉伯胶木茎及枝渗出的干燥胶状物，产于阿拉伯国家干旱 高地，以苏丹及塞内加而的产品质量最好。阿拉伯胶为糖及半纤维素的复杂 聚集体，其主要成分为阿拉伯酸的钙盐、镁盐、钾盐的混合物( 约含8 0 ) ， 缓慢水解阿拉伯胶可得l 树胶糖、l 鼠李糖、d 半乳糖d 糖醛酸等。阿拉 伯胶的制造方法是：将树皮割开，露出渗出物，让其在树皮上干燥，收集后 分级，拣去树皮、沙粒等粒状异物，然后研磨过筛，混合，分成不同规格。 1 4 2 阿拉伯胶的性质 阿拉伯胶呈圆球颗粒状，片状或粉状，相对密度1 3 5 1 4 9 ，分子量范 围为2 4 x 1 0 5 5 8 x 1 0 5 ，外表白色或黄色，半透明，易碎，折断面有玻璃 光泽。有潮解性，在2 5 相对湿度为2 5 6 5 时，平衡含湿量为8 1 3 ；相对湿度高于7 0 时，则吸收大量水分。阿拉伯胶与其他天然胶相比， 其水中溶解度最大，在2 5 是浓度可达3 7 。由于阿拉伯胶大分子化学结 9 第一章绪论 构上有较多的枝链而形成短粗的螺旋结构，因此它的水溶液具有较强的粘稠 性和粘浊性。阿拉伯胶加酸可以生成阿拉伯酸，后者水溶液的p h 值为2 2 2 7 ，比阿拉伯胶有更高的粘度，但作为乳化剂远不如阿拉伯胶稳定。 阿拉伯胶溶液的粘度视材料来源、p h 值和盐量的不同而异。2 0 时，3 0 ( w v ) 的水溶液粘度为1 0 0 m p a s 。p h 值及氯化钠离子影响阿拉伯胶分 子链上的羧酸的游离程度，从而影响他的粘度，当p h 值为2 5 以下( 羧酸 处于非离解态) 和p h 值为1 0 以上，( 钠离子的增加，对羧酸起到屏蔽作用， 分子呈折叠形) 时，粘度显著下降。在p h 值为2 5 1 0 时，由于解离型增 加，带电基团的排斥作用和折叠形分子的展开，导致粘度增加。近期研究表 明显示胶体存在三个片断，各自有其自身的特性。 阿拉伯胶是一种表面活性剂，其4 的水溶液在3 0 c 时的表面张力为6 3 x 1 0 2 n m 。加入电解质，可以增强表面分子的活性，使界面分子更加密集， 并能增加阿拉伯胶分子的疏水性。阿拉伯胶是有效的乳化剂，其乳化作用主 要在于它形成界面膜的内聚力很大且具有弹性。 阿拉伯胶不溶于乙醇，能溶于甘油或丙二醇( 1 ：2 0 ) 。水溶解度为1 ： 2 7 ，5 水溶液的p h 值为4 4 5 0 ，在p h 值2 1 0 时稳定性良好。阿拉伯 树胶的水溶液易霉变。 1 5 单宁酸池”们 1 5 1 单宁酸的分类与组成 单宁酸( 也称鞣酸、丹宁、五格子单宁酸、炭尼酸、没食子鞣酸等) 广泛 存在于树木的干、枝、根、皮和种子中，是一个多酚型的复杂的有机化合物。 我国生产的单宁酸分为二类：( 1 ) 五格子单宁酸：如五格子、盐肤木、柯树、 柳树、石榴皮等；( 2 ) jr , 茶单宁酸：如桦木、栎木、柳皮、杨梅等的提取物。 染色及制革用的单宁酸，都是从果树、根树、五格子、盐肤子、橡树等的叶、 皮、木质等部位提取的。 单宁酸是由许多化学结构相似但分子量不同的化合物组成的混合物，其 分子式为c 7 6 h 5 2 0 4 6 ，数均分子量为1 7 0 0 。它的毒性较小，但大量( 3 0 ) 克摄取， 会引起呕吐、腹痛、腹泻等急性肠胃炎的症状，严重可导致死亡。 1 5 2 单宁酸的性质 1 0 第一章绪论 单宁酸为淡黄色至浅棕色无定形粉末，或琉松有光泽的鳞片状或海绵块 状固体。微有特殊气味，有强烈的涩味。2 1 0 开始熔融并大部分分解为焦性 没食子酸和二氧化碳。闪点1 9 8 8 9 。自燃点5 2 6 6 7 。溶于水、乙醇、丙 酮、甘油，几乎不溶于苯、氯仿、乙醚、石油醚。遇清蛋白、淀粉、明胶及 许多生物碱和金属盐类产生沉淀，遇铁盐产生黑色或沉淀。见光或暴露于空 气中易氧化，使色泽变深并吸潮结块，可燃。单宁酸由于原料植物的种类不 同，性质也有所不同 1 5 3 单宁酸的用途 单宁酸有着广泛的用途。( 1 ) 可以用于食品抗氧化剂。用食品级单宁酸 代替s 0 2 作葡萄酒抗氧化剂，并用气相色谱分析其中的香味组分，证明单宁 酸是很好的葡萄酒防腐剂。( 2 ) 可以用于药品。用单宁酸预处理老鼠的皮肤、 可以抑制皮肤瘤的早期活性。水解类单宁的单体或低聚体还可作为活性剂， 用来处理或防治免疫力缺乏综合症( a p 爱滋病) 。( 3 ) 用于除臭剂。用单宁酸、 维生素c 与水溶性粘结剂拌和，压成直径l m m 大小的颗粒加入4 0 0 m l 含 l p p m 氯气的污水中，可除掉大部分氯气。( 4 ) 可用于着色剂。用含锗单宁和 水溶性铁盐节可制成黑色染发剂。( 5 ) 可用于净化剂。以有机溶剂为基料的 净化剂中主要含有单宁酸和一种能防止炭沉积的固体润滑剂。单宁酸的作用 为对金属部件能形成耐腐蚀的螯合物。( 6 ) 用于防锈涂料。含有磷酸、单宁 酸、锌粉、乙醇或丁醇、水杨酸、甘油及一种表面活性剂和水配制的锈转化 剂，能够使c 7 3 k p 钢在水中试验时得到适当保护。单宁还可增加磷酸锌的 防腐性，防止起泡，剥落和腐蚀。( 7 ) 用于化妆品。将多孔蛋白粉与单宁酸 水溶液或含单宁的植物萃取物混合、浓缩、干燥或冷冻干燥，可制成含多孔 蛋白单宁共轭的美容护肤组分。该组分对皮肤无刺激，并具有中等收敛剂 的效果，有很好的防水性，和一定的湿度及皮肤附着性。( 8 ) 用于沥青乳化 剂。将6 0 份沥青熔化后与4 0 份含1 ，2 - 二氨基丙烷动物脂0 4 份，单宁酸 0 3 份和c a c l 20 1 5 份的含水乳化剂相混合制成乳剂。将石灰石聚集体浸渍 在乳剂中1 分钟，固化2 4 小时，再浸渍在热水中3 0 分钟，用于沥青乳剂胶 粘试验。聚集体上的沥青涂层面积为9 0 ，而不含单宁酸的对照样仅为4 0 。( 9 ) 用于废水处理剂。单宁酸的水解液加萘磺酸缩合物可与甲醛缩聚成 水溶性聚合物，可用于染料废水的处理。将烯的共聚物与卤化烯作接枝共聚 第一章绪论 体与单宁接上后，可用于含重金属离子和含铁有机物的吸附，经处理后的水， 可供饮用。( 1 0 ) 用于浅色剂，对啤酒进行处理，生产浅色啤酒。( 1 1 ) 用于 除垢剂以抑制反应器内壁水垢的形成。例如用0 5 甲酵与酶溶性黑漆3 ( a ) 涂在反应器内壁。温度保持4 0 ，风干约1 5 分钟，然后用单宁( b ) 涂于( a ) 层上，温度保持5 0 ，再风干1 5 分钟。一般情况反应器中在聚丁二烯橡胶 存在条件下，丙烯腈与苯乙烯及垢层形成共聚物，垢层重为2 9 m 2 ；如无( a ) 和( b ) ，则垢层重达3 2 0 9 m 2 。( 1 2 ) 用于印染剂，可以作为电容器塑料表面 滚印染色材料。用单宁i 3 2 ，亮绿1 0 6 ，酒精( 9 6 ) 1 5 和水6 7 6 2 份配而成 一种不污染膜面油墨。还可用一种固色剂如单宁和酸制成碱性染料，作耐褪 色油墨的制备。( 1 3 ) 络合剂由单宁酸与交联的聚乙烯吡咯烷酯( c ) 络合而成 的络合剂能治疗腹泻、医治伤口。此外，单宁酸还是制造口香糖，油水乳 液稳定别和除虫剂的重要原料。 1 6 辣素 1 6 1辣紊的物理、化学性质 辣椒辣素是茄科植物辣椒中引起辛辣味的主要物质，是稳定的生物碱。 辣素在辣椒中的不同部位含量不同，其含量从大到小依次为胎座、果肉、种 子。天然辣椒碱由一系列同类物族所组成的，按其含量高低，依次为辣椒碱 族、二氢辣椒碱族、对甲基辣椒碱族、对甲基辣椒碱烯烃族、对甲基辣椒碱 烷烃族和对苯甲基辣椒碱族，各族中又有若干成分，但彼此结构性质非常相 似，因而在研究、生产中通常不作区别的统称为辣素或辣椒碱。结构式通式 如下： h 3 c h o c h ：一n h 一8 一r 其中r 为7 1 2 个c 的烯烃基或烷基，如：当r 为( c h 3 ) 2 c h c h = c h ( c h 2 ) 4 时为辣素；c h 3 ( c h 2 ) 6 时为辛酰基香革酰胺；c h 3 ( c h 2 b 时为壬酰基番草酰胺； 第一章绪论 c h 3 ( c h 2 ) 8 时为癸酰基香草酰胺；( c h 3 ) 2 c h ( c h 2 ) 5 时为去甲二氢辣素； ( c h 3 ) 2 c h ( c h 2 ) 6 时为= 氢辣素；( c h 3 ) 2 c h ( c h 2 ) 7 时为高二氢辣素； c h 3 c h 2 c h ( c h 3 ) ( c h 2 ) 4 时为去甲基二氢辣素。其中辣素和二氢辣素占9 0 以 上。 纯辣素常态下为白色晶体，易挥发，熔点为6 4 6 6 ，沸点为2 1 0 2 2 0 ，易溶于乙醇、丙酮、乙醚、苯、氯仿等有机溶剂及碱性溶液，微溶于水 和二硫化碳。 1 6 2 辣素的提纯制备 1 6 2 1 传统方法 传统的辣索提取方法有温浸法、回流法和索氏提取法。将干辣椒粉碎， 或用有机溶剂水浴温浸( 温浸法) ，或回流提取( 回流法) 。或用索氏提取器 提取( 索氏提取法) ，然后趁热过滤，蒸馏，萃取提纯，经正相柱层析分离， 再重结晶，即可得到白色辣素晶体。 1 6 2 2 超临界c 0 2 流体萃取法提取辣素 干辣椒粉碎，加入到超临界c 0 2 流体萃取釜中，预热、加压成超临界流 体后进入萃取釜，充分萃取，再减压分离即可得到纯品辣素。 1 6 2 3 通过细胞培养获取辣素 s r a m a c h a n d r a r a o 2 5 1 等利用细胞悬浮、固定培养技术，成功地将原茶儿 醛( p r o t o e a t e e h u i ea l d e h y d e ) 和咖啡酸( c a f f e i ca c i d ) 经生物转化得到了辣素，并 研究了原茶儿醛和咖啡酸不同加入方式对辣素产量的影响。 1 6 3 辣素的分析测定 1 6 3 1 定性分析 图l - l 是s i g m a a l d r i c hc o 公布的辣素红外标准谱图，由谱图可知3 3 l o 处为一n h 和一o h 的特征峰，二者重叠；30 9 0 、16 0 0 和15 2 0 处是苯环的 特征峰；16 5 0 为酰胺基的吸收峰，l6 3 0 为羰基的吸收峰，15 5 0 是仲胺基 第一章绪论 的吸收峰：8 2 0 、8 7 0 两处的吸收峰则为苯环1 ，3 ，4 取代的特征吸收峰。 日m _ ，m 一 甲、 、 一 、 ， ，、il 彤lr 九f 1 、 l， fl9lf ，” 1 f l l|f。ii v v 诅l l i 加 f9lif l i 。 l1 i 1 1 l - w a v e n u m b a s f i 9 1 - 1 f t - i rs p e c t r ao f c a p s a i c i n 图1 - 1 辣素红外吸收标准谱图 j j ，ih-| i| j 川l ， i j - li p 1iji ii 一 一 - j l 几 l 几_ ，饥 n f i g l 一2 f t - n m rs p e c t r ao fc a p s a i c i n 图1 - 2 辣素核磁共振标准谱图 图1 2 为s i g m a - a l d r i c hc o 公布的辣素核磁共振标准谱图。在氢谱中， 6 g 处特征峰为苯环；2 附近的特征峰为仲酰胺基的吸收特征；5 4 处为廿 i 辛 uo口tohoo日 第一章绪论 的特征峰；3 8 为。脚吸收峰。而在碳谱中5 8 处的吸收峰代表了q 的一 4 0 左右的吸收峰对应一c h 2 n h 一。 w a 化l e n 甜h h m f i g l - 3 u vs p e c t r ao fc a p s a i e i n 图1 - 3 辣素紫外吸收谱图【2 6 】 f 擘”2 ，fl 枇6 1 1 叭- 雕黔挈- 滞 f i g l 一4 m ss p e c t r a o f e a p s a x e i n 图1 4 辣素质谱谱图1 2 7 在辣素的紫外吸收光谱( 图1 - 3 ) 中，在2 3 0n m 和2 8 0n m 波长处有两个强 吸收峰。通常多利用2 8 0n l n 处的特征吸收来进行辣素定量分析。进行定量 分析，要先做辣素浓度一吸光度值的标准曲线，并以此为依据，根据待测物 的吸光度值确定其含量。 由质谱图( 图1 - 4 ) 可知辣素的相对分子质量为3 0 5 4 2 ，其中7 7 的碎片 峰为苯环的特征碎片。 1 6 3 2定量分析 辣素定量分析的方法有凯氏定氮法、紫外光度法、亚硝酸钠比色法、高 效液相色谱法( h p l c ) 。 凯氏定氮法是将待测样与浓硫酸共热硝化后减压蒸馏，用标准硫酸溶液 加以吸收，甲基橙作指示剂，用碱滴定。定氮后用经验换算系数校正即可。 亚硝酸钠比色法是将标准样在酸性条件下( 如h c l ) 加亚硝酸钠一钼酸 钠充分反应，然后用碱液( 如n a o h ) 处理，再用分光光度计进行测量，得 到标准曲线。将待测样品进行同样处理，对照标准曲线，即得待测样品中辣 素含量。 h p l c 在药物、食品分析等领域有着广泛的应用，具有高分离度、高灵 b 2 d i 6 1 2 o _ e v ouq日口口；上日nai苗吲 第一章绪论 敏度、高准确度等优点。 1 6 4 辣素的应用及研究进展 1 6 4 1辣素对神经作用的机理、理论研究 辣素对人或动物的神经有刺激作用，产生疼痛反应和热反应，但同时又 有显著的麻醉止疼效果。因此被广泛地应用于疼痛机理的研究。p 物质 ( s u b s t a n c ep ) 是一种十一肽，被公认为是一种重要的传递介质，能够把疼痛 刺激由外周神经传人到脊髓神经和高级中枢神经。辣素的作用机理则包括从 c 型神经纤维( t y p e cn e u r o s e s ) 中刺激p 物质的释放【2 8 】。 y v o n n em u l r i c h l a i 2 9 】等研究了体外培养传感神经的c a 2 + 依赖性神经传 递释放，验证了辣素导致神经节内神经肽从鼠的神经中枢释放这一假说，并 发现随着辣素浓度的升高可以提高免疫反应性降血钙素基因性缩氨酸的释 放量。 在人与动物感受疼痛的过程中，香兰素类物质受体( v a n i l l o i d r e c e p t o r ) 被认为扮演了重要的角