大豆分离蛋白水凝胶的制备新途径与性能研究

来源 :中山大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:henry_lin08
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本论文致力于大豆分离蛋白(SPI)的凝胶化改性研究。探索了有机小分子化学交联、天然聚多糖化学和物理交联、以及酶促交联形成大豆分离蛋白水凝胶的制备新途径:研究了交联体系的凝胶化动力学及所得凝胶的粘弹性能与微结构特征;同时探讨了所得凝胶作为不同药物控释载体材料的性能。 1.有机小分子化学交联形成大豆分离蛋白水凝胶 用天然交联剂京尼平对SPI进行化学交联改性,制得了生物相容的水凝胶。通过IR和13C NMR证实了凝胶化反应。研究了京尼平用量及反应温度对体系凝胶化动力学过程的影响。在SPI浓度为2.0%、反应温度为25℃条件下,当体系中京尼平浓度从2.5 mmol/L增至7.5 mmol/L时,凝胶化时间(tge1)可由28.2min缩至11.8 min;当SPI和京尼平浓度分别为2.0%和5.0 mmol/L、反应温度从25℃升至35℃时,体系的fge1由15.1 min降至11.7 min。用扫描电镜观察了凝胶形貌,发现京尼平用量越大,凝胶网络结构越致密、孔密度越高、孔径越小。通过溶胀实验,发现凝胶的溶胀率(Qs)随京尼平用量的增加而减小,且其溶胀行为具有pH响应性,同一样品在酸性条件下的Qs比在中性条件下的Qs低。以牛血清蛋白(BSA)为模型药物,考察了SPI凝胶对BSA的负载及释放规律,发现BSA的负载效率随京尼平用量的增加而降低,随培养液中BSA浓度的增加而增加;凝胶对BSA的累积释放率(Cumulative Release,CR)随京尼平用量的增加而降低,并且其药释性能具有pH响应性,酸性条件下的CR明显低于中性条件下的CR,药物的释放遵循假Fick扩散机理。 2.天然聚多糖化学交联形成大豆分离蛋白水凝胶 用氧化海藻酸钠(ADA)对SPI进行化学交联改性,制备了可原位凝胶化的水凝胶,并通过1H NMR探讨了交联反应的机理。研究了聚合物浓度、SPI与ADA质量比及反应温度对体系凝胶化过程的影响,发现当SPI/ADA质量比及反应温度固定时,体系的tgel随SPI与ADA浓度的增加而缩短;在聚合物总浓度为2.0%、温度为37℃条件下,SPI与ADA质量比为2:8的体系不出现溶胶—凝胶转变,质量比为5:5体系的tgel为6 min,质量比为8:2体系的tgel为75 min;当聚合物总浓度为2.0%、SPI与ADA质量比为5:5时,升高温度有助于加速体系凝胶化,其表观活化能为264.4 KJ/mol。随着SPI与ADA浓度的增加或SPI与ADA质量比的提高,凝胶的粘弹性能逐渐增强,松弛指数逐渐降低;其最大线性粘弹区域应变值随SPI与ADA浓度的增加或SPI与ADA质量比的降低而增加;其非牛顿性随SPI与ADA质量比的升高而增强。溶胀实验结果表明,凝胶的溶胀性能具有pH响应性,在相同时间内酸性条件下的平衡溶胀率(QES)比中性条件下的QES低。以5-氨基水杨酸(5-ASA)为模型药物,在模拟人体胃肠道环境下考察了凝胶对5-ASA的释放规律,发现药物在酸性条件下的CR比中性条件的CR低,其释放符合假Fick扩散机理。 3.天然聚多糖物理交联形成大豆分离蛋白水凝胶 用支链淀粉对SPI进行物理交联改性,制得了由两者间热力学不相容性所诱导形成的水凝胶。用荧光显微镜观察了支链淀粉与SPI之间的相分离行为。体系的凝胶化动力学研究结果表明,在SPI浓度为4.0%时、温度为25℃条件下,体系的tgel随支链淀粉浓度的增加而缩短。流变测试表明,SPI与支链淀粉对所得凝胶的粘弹性能具有协同增强作用。通过流变学表征和标度理论,发现该体系具有分形特征,其分形维数随支链淀粉浓度的增加而降低,为弱连接型凝胶。溶胀实验结果表明,当SPI浓度为7.0%时,所得凝胶在中性条件下的Qs随支链淀粉用量的增加而增加。以溶菌酶为模型药物,考察了凝胶对药物的体外释放规律,发现溶菌酶的CR随支链淀粉用量的增加而减缓,其释放机理在支链淀粉用量为1.0%时为无规扩散,支链淀粉用量为3.0和5.0%时为非Fick扩散。圆二色谱及生物活性实验结果表明,经原位包埋后的溶菌酶可有效地保持二级结构,且其生物活性可达90%以上。 4.酶促交联形成大豆分离蛋白水凝胶 用微生物型转谷氨酰胺酶(mTGase)对SPI进行酶促交联改性,实现了体系的原位凝胶化。经流变实验研究发现,固定mTGase/SPI质量比为20 mg/g,当SPI浓度从2.0%增至5.0%时,体系的tgel从41.97 min降至17.25 min;固定SPI浓度为4.0%,当mTGase用量由0.02%增至0.08%时,体系的tgel从44.58 min降至23.62 min;当SPI和mTGase的浓度分别为4.0%和0.08%时,体系的tgel随温度的增加而缩短,从35℃时的262.43 min降至50℃时的23.62 min,其表观活化能为125.4 KJ/mol。固定mTGase/SPI质量比为20 mg/g,随着SPI浓度的增加,所得凝胶的弹性模量、粘性模量和复合粘度有所提高;当SPI浓度分别为2.0、3.0、4.0和5.0%时,体系复合粘度与频率间存在以下关系:η*∝ω—0.548、η*∝ω—0.735、η*∝ω—0.733和η*∝ω—0.833。通过标度理论分析,发现经mTGase处理所得SPI凝胶的分形维数为2.74,此时絮团内和絮团间作用共同驱动网络的形成:而未经mTGase处理所得凝胶的分形维数为2.89,此时絮团内作用为网络形成的主要驱动力,属于弱连接型凝胶。以5-氨基水杨酸(5-ASA)为模型药物,考察了凝胶对药物的体外释放规律,发现药物的绝对释放量随药物负载量的增加而增加,相对释放量则对其没有明显依赖,药物的释放遵循假Fick扩散机理。
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