大豆分離蛋白水凝膠的制備新途徑與性能研究.pdf

1、本論文致力于大豆分離蛋白(SPI)的凝膠化改性研究。探索了有機(jī)小分子化學(xué)交聯(lián)、天然聚多糖化學(xué)和物理交聯(lián)、以及酶促交聯(lián)形成大豆分離蛋白水凝膠的制備新途徑：研究了交聯(lián)體系的凝膠化動(dòng)力學(xué)及所得凝膠的粘彈性能與微結(jié)構(gòu)特征；同時(shí)探討了所得凝膠作為不同藥物控釋載體材料的性能。 1.有機(jī)小分子化學(xué)交聯(lián)形成大豆分離蛋白水凝膠 用天然交聯(lián)劑京尼平對(duì)SPI進(jìn)行化學(xué)交聯(lián)改性，制得了生物相容的水凝膠。通過IR和13C NMR證實(shí)了凝膠化反應(yīng)。研

2、究了京尼平用量及反應(yīng)溫度對(duì)體系凝膠化動(dòng)力學(xué)過程的影響。在SPI濃度為2.0％、反應(yīng)溫度為25℃條件下，當(dāng)體系中京尼平濃度從2.5 mmol/L增至7.5 mmol/L時(shí)，凝膠化時(shí)間(tge1)可由28.2min縮至11.8 min；當(dāng)SPI和京尼平濃度分別為2.0％和5.0 mmol/L、反應(yīng)溫度從25℃升至35℃時(shí)，體系的fge1由15.1 min降至11.7 min。用掃描電鏡觀察了凝膠形貌，發(fā)現(xiàn)京尼平用量越大，凝膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)越致密、

3、孔密度越高、孔徑越小。通過溶脹實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)凝膠的溶脹率(Qs)隨京尼平用量的增加而減小，且其溶脹行為具有pH響應(yīng)性，同一樣品在酸性條件下的Qs比在中性條件下的Qs低。以牛血清蛋白(BSA)為模型藥物，考察了SPI凝膠對(duì)BSA的負(fù)載及釋放規(guī)律，發(fā)現(xiàn)BSA的負(fù)載效率隨京尼平用量的增加而降低，隨培養(yǎng)液中BSA濃度的增加而增加；凝膠對(duì)BSA的累積釋放率(Cumulative Release，CR)隨京尼平用量的增加而降低，并且其藥釋性能具有pH響

4、應(yīng)性，酸性條件下的CR明顯低于中性條件下的CR，藥物的釋放遵循假Fick擴(kuò)散機(jī)理。 2.天然聚多糖化學(xué)交聯(lián)形成大豆分離蛋白水凝膠 用氧化海藻酸鈉(ADA)對(duì)SPI進(jìn)行化學(xué)交聯(lián)改性，制備了可原位凝膠化的水凝膠，并通過1H NMR探討了交聯(lián)反應(yīng)的機(jī)理。研究了聚合物濃度、SPI與ADA質(zhì)量比及反應(yīng)溫度對(duì)體系凝膠化過程的影響，發(fā)現(xiàn)當(dāng)SPI/ADA質(zhì)量比及反應(yīng)溫度固定時(shí)，體系的tgel隨SPI與ADA濃度的增加而縮短；在聚合物總濃

5、度為2.0％、溫度為37℃條件下，SPI與ADA質(zhì)量比為2:8的體系不出現(xiàn)溶膠—凝膠轉(zhuǎn)變，質(zhì)量比為5:5體系的tgel為6 min，質(zhì)量比為8:2體系的tgel為75 min；當(dāng)聚合物總濃度為2.0％、SPI與ADA質(zhì)量比為5:5時(shí)，升高溫度有助于加速體系凝膠化，其表觀活化能為264.4 KJ/mol。隨著SPI與ADA濃度的增加或SPI與ADA質(zhì)量比的提高，凝膠的粘彈性能逐漸增強(qiáng)，松弛指數(shù)逐漸降低；其最大線性粘彈區(qū)域應(yīng)變值隨SPI與A

6、DA濃度的增加或SPI與ADA質(zhì)量比的降低而增加；其非牛頓性隨SPI與ADA質(zhì)量比的升高而增強(qiáng)。溶脹實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，凝膠的溶脹性能具有pH響應(yīng)性，在相同時(shí)間內(nèi)酸性條件下的平衡溶脹率(QES)比中性條件下的QES低。以5-氨基水楊酸(5-ASA)為模型藥物，在模擬人體胃腸道環(huán)境下考察了凝膠對(duì)5-ASA的釋放規(guī)律，發(fā)現(xiàn)藥物在酸性條件下的CR比中性條件的CR低，其釋放符合假Fick擴(kuò)散機(jī)理。 3.天然聚多糖物理交聯(lián)形成大豆分離蛋白水凝膠

7、 用支鏈淀粉對(duì)SPI進(jìn)行物理交聯(lián)改性，制得了由兩者間熱力學(xué)不相容性所誘導(dǎo)形成的水凝膠。用熒光顯微鏡觀察了支鏈淀粉與SPI之間的相分離行為。體系的凝膠化動(dòng)力學(xué)研究結(jié)果表明，在SPI濃度為4.0％時(shí)、溫度為25℃條件下，體系的tgel隨支鏈淀粉濃度的增加而縮短。流變測(cè)試表明，SPI與支鏈淀粉對(duì)所得凝膠的粘彈性能具有協(xié)同增強(qiáng)作用。通過流變學(xué)表征和標(biāo)度理論，發(fā)現(xiàn)該體系具有分形特征，其分形維數(shù)隨支鏈淀粉濃度的增加而降低，為弱連接型凝膠。溶

8、脹實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，當(dāng)SPI濃度為7.0％時(shí)，所得凝膠在中性條件下的Qs隨支鏈淀粉用量的增加而增加。以溶菌酶為模型藥物，考察了凝膠對(duì)藥物的體外釋放規(guī)律，發(fā)現(xiàn)溶菌酶的CR隨支鏈淀粉用量的增加而減緩，其釋放機(jī)理在支鏈淀粉用量為1.0％時(shí)為無規(guī)擴(kuò)散，支鏈淀粉用量為3.0和5.0％時(shí)為非Fick擴(kuò)散。圓二色譜及生物活性實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，經(jīng)原位包埋后的溶菌酶可有效地保持二級(jí)結(jié)構(gòu)，且其生物活性可達(dá)90％以上。 4.酶促交聯(lián)形成大豆分離蛋白水凝膠

9、 用微生物型轉(zhuǎn)谷氨酰胺酶(mTGase)對(duì)SPI進(jìn)行酶促交聯(lián)改性，實(shí)現(xiàn)了體系的原位凝膠化。經(jīng)流變實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，固定mTGase/SPI質(zhì)量比為20 mg/g，當(dāng)SPI濃度從2.0％增至5.0％時(shí)，體系的tgel從41.97 min降至17.25 min；固定SPI濃度為4.0％，當(dāng)mTGase用量由0.02％增至0.08％時(shí)，體系的tgel從44.58 min降至23.62 min；當(dāng)SPI和mTGase的濃度分別為4.0％和0.0

10、8％時(shí)，體系的tgel隨溫度的增加而縮短，從35℃時(shí)的262.43 min降至50℃時(shí)的23.62 min，其表觀活化能為125.4 KJ/mol。固定mTGase/SPI質(zhì)量比為20 mg/g，隨著SPI濃度的增加，所得凝膠的彈性模量、粘性模量和復(fù)合粘度有所提高；當(dāng)SPI濃度分別為2.0、3.0、4.0和5.0％時(shí)，體系復(fù)合粘度與頻率間存在以下關(guān)系：η*∝ω—0.548、η*∝ω—0.735、η*∝ω—0.733和η*∝ω—0.833