《武汉工程大学学报》 2014年08期
27-31
出版日期：2014-08-31
ISSN:1674-2869
CN:42-1779/TQ
改性果酸粉体的大分子明胶法制备及其缓释作用
0引言果酸具有保湿、增加皮肤弹性和降低皮肤角质层间作用力的功能，具有良好美容效果［1］，故其被广泛应用于各种护肤类化妆品及治疗皮肤瘙痒的药物中［2］，特别是在痤疮治疗中［3］.然而，果酸由于分子量相对较小，导致其极易透过皮肤表层，在皮肤表层停留时间过短，影响了治疗效果.此外，浓度过高的果酸会刺激皮肤，对皮肤造成伤害.因此，对果酸进行改性，增加其在皮肤表层停留时间，适当降低果酸浓度，对果酸的应用具有十分重要的促进作用. 缓释技术在生物［46］、医疗［78］、食品［910］、材料［1113］和印染［14］等领域，得到了广泛应用.通过缓释技术对果酸进行改性处理，可有效提高果酸的实际使用效果. 明胶作为一种重要的天然高分子多糖类化合物，在缓释控释技术中得到了广泛应用［1516］，特别是明胶微球对多种活性药物具有良好的缓释功效［1719］.本研究采用大分子明胶改性果酸，将果酸和明胶混合，制备改性果酸粉体，研究了果酸粉体的缓释效果，对不同干燥方式下得到的果酸粉体缓释作用进行了比较，并对机理进行了分析.1实验部分1.1仪器和试剂 1.1.1主要仪器ZTY智能透皮仪TP2A（巩义市峪予华仪器厂）；DC1500实验型喷雾干燥机（上海达程实验设备有限公司）；DZF6020型真空干燥箱（上海索普仪器有限公司）；DF01H型真空冷冻干燥器（日本真空技术株式会社）；Vector33型FTIR（德国Bruker公司）；U3010型紫外分光光度计（日本日立有限公司）.1.1.2主要试剂明胶细粉（上海熬江明胶有限公司）；果酸，分析纯，（广州伟伯化工有限公司）；蒸馏水，自制；实验中提到的其他药品均为分析纯.1.2明胶改性果酸粉体的制备 称取果酸5.0 g和水45.0 g，加入到三颈烧瓶（250 mL）中，搅拌1 h，然后升温至50 ℃，同时滴加50 ℃的明胶水溶液50.0 g，滴加速度为1 滴/秒～3 滴/秒.滴加完毕后，在50 ℃下反应5 h，停止反应，真空抽滤，将滤液进行干燥（如表1）.将干燥后的样品研磨均匀，即得最终产物. 表1果酸粉体的制备工艺参数Table 1Preparation parameters of fruit acid powders样品果酸/g明胶/g水/g干燥方式1号5.05.090.0喷雾干燥2号5.05.090.0真空干燥3号5.05.090.0冷冻干燥1.3果酸粉体缓释性能的测定 标准曲线制备：精密称取果酸25.0 mg，置于250 mL容量瓶中，用pH 6.8的磷酸盐（磷酸氢二钾和磷酸二氢钾）缓冲液稀释至刻度，得质量浓度为100 ug/mL的贮备液，精密量取贮备液5.0，10.0，15.0，25.0，35.0，50.0，65.0 mL，分别置于100 mL容量瓶中，用pH 6.8的磷酸盐缓冲液稀释至刻度.采用紫外分光光度法于296.6 nm波长处测定吸收度（A）的值.将吸收度（A）与质量浓度（C）进行线性回归，得质量浓度回归方程A=0.024 2C-0.101 2，R2=0.999 4（如图1）. 果酸粉体产品缓释性测量方法：取0.05 g粉体产品，置于透皮仪中，于薄膜上滴加缓冲液4 mL，一段时间后适当补加，保证薄膜上的缓冲液不少于3 mL，分别在1、2、3、5、7、10 h时取全部渗透液于100 mL容量瓶中，并用缓冲液稀释至刻度，采用紫外分光光度法于296.6 nm处测定吸收度，代入浓度回归方程计算出果酸粉体在各个时间点的释放量，并得到累积释放量随时间变化曲线图. 图1果酸吸收度随质量浓度的变化Fig.1Fruit acid absorbance with the concentration2结果与讨论2.1果酸粉体缓释作用 对果酸粉体的缓释作用进行分析，将未经明胶改性过的果酸粉体的累积释放量对时间作图，如图2所示.从图2可知，果酸在1 h的累积释放量和在2 h的累积释放量差别较大，2 h及以后的累积释放量差别小，7 h和10 h的差别更小.果酸在前3 h内，不仅释放速率快，而且其累积释放量占果酸总量的99%以上.这是因为果酸在没有经过明胶大分子改性的条件下，其分子量小，极易透过薄膜，透过薄膜的时间短，速率快. 图2果酸累积释放量随时间的变化Fig.2The cumulative release amount of fruit acid with time 将经过明胶大分子改性后的果酸粉体累积释放量对时间作图，如图3所示.从图3可以发现，无论是喷雾干燥，真空干燥还是冷冻干燥，改性后的果酸粉体缓释作用相对于未改性的果酸粉体，均有明显变化.经不同干燥方式得到的果酸粉体释放速率较小，有效释放时间长，这主要是因为加入了明胶后，由于明胶具有多糖结构，它含有的—OH能与果酸中的—OH形成氢键链接，由这种链接产生的作用力能有效延长果酸粉体中的果酸释放时间，降低果酸释放速率. 从图3还可知，不同干燥方式得到的果酸粉体，随着时间延长，其累积释放量都不断增大；但还有所不同：在相同时间内，1号果酸粉体的累积释放量比2号果酸粉体和3号果酸粉体的小，3号果酸粉体的累积释放量居于1号果酸粉体和2号果酸粉体之间.2号果酸粉体在10 h处，有略微降低，但从曲线整体变化而言，2号果酸粉体释放速率最大.从图3还可以发现，1号果酸粉体随时间延长，其累积释放量的增长均匀稳定，这主要是因为通过喷雾干燥得到的果酸粉体外形规整，粒度大小均匀，粉体中每个微粒的化学组成一致，故该果酸粉体释放速率稳定.需要说明的是，通过本实验制备得到的果酸粉体可作为有效活性成分添加到各种肤用产品（如肤用化妆品、肤用药品等）中；因此，释放速率稳定，累积释放量均匀，果酸释放浓度较低的1号果酸粉体更利于实际应用. 图3不同干燥方式制备的果酸粉体累积释放量随时间的变化Fig.3The cumulative release amounts of fruit acid powders with time by three different drying ways2.2不同干燥方式得到的果酸粉体红外谱图 不同干燥方式得到的果酸粉体红外谱图，如图4所示.从图4可知，通过冷冻干燥、喷雾干燥和真空干燥得到的不同果酸粉体，三者红外谱图比较相似，3 400 cm-1处是果酸的特征吸收峰［20］，说明冷冻干燥、喷雾干燥和真空干燥得到的果酸粉体中的果酸特征基团均未被破坏，明胶与果酸间是通过氢键或者范德华力的作用形成链接，果酸的化学结构并未改变.因此，本实验通过明胶对果酸进行改性，并不影响果酸的化学结构和性能. 图4不同干燥方式制备的果酸粉体红外谱图Fig.4FTIR of fruit acid powders by three different drying ways2.3不同喷雾干燥条件下果酸粉体的缓释作用比较 喷雾干燥制备果酸粉体的工艺参数（如表2所示）.表2果酸粉体的喷雾干燥制备工艺参数Table 2Spraydrying preparation parameters of fruit acid powders 样品进口温度/℃出口温度/℃1#1201102#1401103#160110第8期张勇，等：改性果酸粉体的大分子明胶法制备及其缓释作用武汉工程大学学报第36卷不同喷雾干燥工艺条件下得到的果酸粉体累积释放量随时间的变化，如图5所示.从图5中可以发现，不同喷雾干燥工艺条件下得到的果酸粉体累积释放量随时间的变化比较类似，累积释放量均随时间的延长而增加.3#果酸粉体在各个时间段的累积释放量均最小；2#果酸粉体在10 h处，累计释放量较大；1#果酸粉体在时间10 h处的累积释放量较小，但在其他时间，其累积释放量比3#果酸粉体大.1#果酸粉体的累积释放量波动幅度较大，这个可能是因为1#果酸粉体的喷雾干燥进口温度低，导致明胶与果酸间的链接不够稳定，所以该果酸粉体中的果酸开始以较高速度释放，但随时间延长，其累积释放量逐渐降低. 相比于1#果酸粉体，3#果酸粉体和2#果酸粉体随时间的延长，其累积释放量均逐渐增加，曲线整体呈向上态势，未出现明显波动.这个可能是因为喷雾干燥过程中的进口温度较高，明胶与果酸间形成了一种稳定的作用力链接，因而在整个时间过程中，果酸粉体累积释放量比较均匀稳定.另一方面， 3#果酸粉体的累积释放量在整个时间过程中，都比1#和2#的果酸粉体少，这个可能是因为1#和2#果酸粉体在喷雾干燥的过程中，进口温度较高，明胶与果酸的作用力链接过于紧密，导致明胶与果酸之间的吸引力较大，需要更长的时间才能使果酸的累积释放量增加.从图5可以发现，2#果酸粉体的累积释放量均匀、稳定，在整个时间过程中，波动幅度小.综合比较，2#果酸粉体的累积释放量较优. 图5喷雾干燥不同制备条件下的果酸粉体累积释放量随时间的变化Fig.5The cumulative release amounts of fruit acid powders with time by three different spraydrying preparation parameters3结语 a.不同干燥方式得到的改性果酸粉体，缓释作用有着一定差别.喷雾干燥得到的果酸粉体，其累积释放量均匀稳定，释放的果酸浓度低，不会对皮肤造成伤害，干燥方式选择喷雾干燥较优. b.喷雾干燥得到的果酸粉体在进口温度为140 ℃，出口温度为110 ℃时，缓释作用较优.c.由明胶改性，并经不同干燥方式得到的果酸粉体并没有破坏果酸的化学结构，不会影响果酸的化学性能.经大分子明胶对果酸进行的改性，属于物理改性.致谢本研究工作获得了华南理工大学化学与化工学院的支持，在此表示感谢.