海藻酸钠_大豆蛋白共混凝胶微球的结构

但是与冷冻干燥共混微球的红外光谱图相比较共混微球内海藻酸钠的一coo一对称伸缩振动峰海藻酸钠的一coo一反对称伸缩振动和大豆分图6冷冻干燥a和真空干燥b的不同配比微球的红外图谱离蛋白的co伸缩振动复合峰以及两组分的nh和oh伸缩振动复合峰均向低波数移动
第 52 卷 第 4 期 2006 年 8 月
武汉大学 学报( 理学版 ) J. W uhan U niv. ( N at. Sci. Ed. )
图 4 AS - 3 微球 碱化处理 18 h 后的扫描电镜 照片表面 ( a) 和截面 ( b) 图
共混微球内的相互作用 图 5 示出大豆分离蛋白和海藻酸钠粉末的红外
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光谱图. 大豆分离蛋白粉末的 O ) H 和 N ) H 伸缩 振动在 3 411. 4 和 3 301. 1 cm 处显示为双峰, 并 在 1 648. 8 和 1 537. 5 cm 处显示出羰基的酰胺 I 和 II 带的特征伸缩振动峰[ 9] . 海藻酸钠粉末的 O ) H 伸缩振动峰位于 3 422. 6 cm - 1 处 ; 同时 ) COO ) 的反 对称 和 对称 伸缩 振动 峰 分别 位 于 1 611. 2, 1 416. 5 cm - 1 处 , 前者稍强且宽而后者尖锐.
[ 7] [ 4]
海藻酸钠购买于中国医药集团化学试剂有限公 司; 大豆分离蛋白由湖北省杜邦 - 云梦蛋白质有限公 司提供, 重均分子量 ( M w ) 为 2. 05 @ 10 5 , 其初始含 水量、 蛋白质含量和氨基酸组成参见文献 [ 8] . 其他 试剂购于上海化学试剂有限公司 , 均为分析纯. 1. 2 海藻酸钠/ 大豆分离蛋白共混微球的制备 将大豆分离蛋白溶于蒸馏水中, 用 10% 的氢氧 化钠水溶液调节 pH 值为 9. 0~ 10. 0, 配成 3% ( 质 量百分比 ) 的大豆分离蛋白溶液; 同时将海藻酸钠溶 于蒸馏水中, 搅拌溶解配成 3% ( 质量百分比) 的溶 液. 分别按大豆分离蛋白和海藻酸钠的质量比 25B 75, 50B50, 75B25 混合两溶液得到共混溶胶 , 然后用 注射器将其注入 10% 氯化钙水溶液中制得海藻酸 钠/ 大豆分离蛋白共混凝胶微球 , 并用蒸馏水润洗. 制得的 3 种微球按大豆分离蛋白含量的增加, 分别 编号为 AS - 1, AS - 2 和 AS - 3. 湿态时凝胶 微球的粒 径为 ( 4 500 ? 150) Lm, 干燥后粒径分布在 ( 1 000 ? 30) Lm. 同时, 按照上述步骤仅采用海藻酸钠溶液制 得海藻酸钠微球, 编号为 AL .
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将上述制备的共混凝胶微球真空干燥后于蒸馏 水中浸泡 14 d, 对应 于原微 球的编 号分 别编号 为 AS -1 - s, A S -2 - s, A S -3 - s. 此外, 将 编号 A S - 3 的 微球 用 5% 的氢氧化钠水溶液浸泡 18 h, 得到大豆分离 蛋白溶出的凝胶微球 , 编号为 AS -3 -t. 1. 3 结构表征 海藻酸钠和大豆分离蛋白粉末 , 经 KBr 压片后 用 5700 型傅立叶红外光谱仪 ( 美国 , N icolet 公司 ) 进行红外光谱测定 , 扫描范围 4 000~ 400 cm ; 将 真空干 燥和 冷 冻干 燥 的微 球利 用 上 述仪 器 配 备 Smart OMNT 反射附件进行红外光谱测定, 扫描范 围 4 000~ 700 cm
收稿日期 : 2006 -02 -30 通讯联系人 E -mail: huangjin@ i ccas. ac. cn 基金项目 : 湖北省自然科学基金资助项目 ( 2005A BA 098) ; 中国科学院纤维素化学 重点实验室开 放基金资助项目 ( LCLC - 2005 -172) ; 华 南 理工大学制浆造纸工程国家重点实验室开放基金资助项目 ( 200514) 作者简介 : 陈 云 ( 1969 -) , 男 , 副教授 , 现从事生物医学材料的研究 . E -mail: yun chen @ w hu. edu. cn
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均一 , 未出现杂相结构 ; 当大豆分离蛋白占主体时 , 其在微球表面和内部分别形成网孔结构和团簇聚集 体, 黏附于海藻酸钠骨架网络 . 图 3 示出真空干燥的微球于水中浸泡 14 d 后 的表面和截面形貌. 微球经干燥后溶胀 , 不能恢复至 干燥前的尺寸. 这是由于在干燥过程中随着原来占 据孔隙的水分子挥发, 微球内组分相互联系形成更 强的相互作用, 溶胀时抑制了水分子重新进入形成 孔隙 , 使其无法恢复到原有的尺寸 . 对于大豆分离蛋 白含量最少的 AS -1 - s 微球, 表面的蜂窝状结构主要 是微球干燥后溶胀, 由于表面张力的作用而导致的 ; 同样的情况 发 生在 大豆 分离 蛋 白含 量 为 50% 的 AS -2 - s 微球中. 同时 , 两种微球的截面均为多 孔结 构, 但原微球 中大豆 分离 蛋白含 量较 高的 对应 的 AS -2 - s 微球内部孔径较大. 对于大豆分离蛋白为主 的 AS -3 - s 微球 , 其表面光滑、 内部为片层堆积结构 . 这主要是黏附于表面的大豆蛋白分子在水中浸泡时 溶解所致 , 内部没有出现孔洞则是由于大豆分离蛋 白溶出后 , 少量钙交联海藻酸钠骨架无法支撑而塌 陷所致. 2. 2
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构. 与图 1( a) 海藻酸钠微球的平整表面略有褶皱的 结构相比 , 添加 25% 大豆分离蛋白的 AS - 1 呈现出 相对粗糙的表面结构 ( 图 1( b) ) , 这可能是由于大豆 分离蛋白的引入后破坏了原有的结构所致 . 随着大 豆分离蛋白的含量增加至 50% 时 , 出现相对光滑的 表面结构 ( 图 1 ( c) ) , 表明 此时两组 分间相容 性较 高. 当大豆分离蛋白含量达到 75% 时, AS - 3 的结构 为规则的网孔结构 , 这可能是由于其表面吸附蛋白 质. 由上述实验结果可知, 大豆分离蛋白在含量适中 ( 50% ) 时 , 能够与海藻酸钠较好相容, 共混微球呈现 均一的表面结构; 含量继续增加, 微球表面为大豆分 离蛋白黏附于表面形成的网孔结构. 图 2 示出海藻酸钠微球 ( a) 和不同配比的海藻 酸钠/ 大豆分离蛋白共混微球 ( b~ d) 的截面形貌. 其中 , 纯海藻酸钠微球 ( AL ) 的截面为均一、 相互贯 穿的多孔结构 ( 图 2( a) ) , 同时黏附有少量约 10 Lm 的小球. 当引入 25% 大豆分离蛋白后 , 共混微球的 内部孔隙增大且不均一 , 网络结构的壁呈现粗糙且 有裂痕的杂相结构( 图 2( b) ) . 随着大豆分离蛋白的 含量增加至 50% , 微球截面呈片层堆积结 构, 完全 不同于海藻酸钠微球的多孔结构, 两种组分分布较 均匀 , 未观察到明显的大豆分离蛋白聚集体 , 表明具 有较好的相容性. 在含有 75% 大豆分离蛋白的 AS 3 微球中 , 可以明显观测到黏附有数 10 Lm 的聚集 体, 推断其主要成分可能是大豆分离蛋白. 综上所述, 当加入 25% 大豆分离蛋白 时, 大豆 分离蛋白分散于海藻酸钠基质中, 造成微球表面粗 糙且内部孔径增大 ; 而当两组分等量混合时 , 体系显 示 出最好的相容性, 微球表面和截面的结构均比较
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图5
大豆分离蛋白 ( SP I) 和海藻酸钠 ( A L ) 粉末的红外光谱
图 6( a) 为冷冻干燥的不同配比的共混微球的 红外光谱图. 可见 , 经钙离子交联形成的海藻酸钠微
图3 不同配比的微球经干燥后溶胀的表面
球冷冻干燥后 , 显示出与粉末相同的特征吸收峰 , 其 O ) H 伸缩振动峰移至低波数 3 376. 7 cm - 1 处, 表 明微球中羟基间形成了更强的氢键作用 ; 同时由于 钙桥的形成, ) COO ) 的反对称和对称伸缩振动峰
摘
要 : 利用钙离子交联海藻酸钠 / 大豆分离蛋 白共混溶液 , 制得海藻酸钠 / 大豆分离蛋共混凝胶微球 . 结果表
明 , 海藻酸钠和大豆分离蛋白质量配比的不同以及各组分 间相互作用的变化 , 微球呈 现不同的微 观结构 . 将微球干 燥后 置于水中溶胀 , 微球的尺寸无法回复到干燥前的尺寸 , 这是由于真空干燥处理使 水分子挥发 , 促进 微球内组分 间形成了强的氢键作用所致 . 此外 , 用碱处理 该共 混微球 , 发 现由 于大豆 分离 蛋白 溶解以 及部 分钙离 子被 置换析 出 , 微球塌陷且内部形成了大孔 . 关 键 词 : 海藻酸钠 ; 大豆分离蛋白 ; 微球 ; 钙交联 ; 共混 文献标识码 : A 中图分类号 : O 636
0
引
言
1
1. 1
[ 1]
实验部分
原料
海藻酸钠( AL ) 是一种阴离子聚电解质多糖, 利 用二价离子交联其羧酸基可形成凝胶微球 , 同时 引入聚阳离子可通过静电作用在微球表面形成聚电 解质复合物膜[ 2] . 由海藻酸钠制备的微球 , 具有优良 的生物黏附性、 生物相容性并且无毒副作用, 特别是 其羧酸基表现 出 pH 敏感性质 , 因此常被用 作 pH 敏感的药物控释载体 [ 3] . 大豆分离蛋白( SP I) 也具有 良好的生物相容性, 能用于保养胃肠道 , 缓解慢性肾 病, 预防和治疗骨质疏松症及癌症 . 目前, 大豆蛋 白也被逐渐引入生物 医学材料领域 [ 5, 6] , 而且其 结 构和构象随 pH 值的改变而不同 , 并伴随溶解性的 变化 . 特别值得注意的是 , 大豆蛋白与其他蛋白质 , 如明胶、 酪素等相比 , 在酸性环境下具有更稳定的特 点 . 将海藻酸钠和大豆分离蛋白复合制备微球 , 可 望将海藻酸钠的 pH 响应性质和大豆分离蛋白的生 理活性集成. 基于该思路 , 本文利用钙离子交联海藻 酸钠 / 大豆分离蛋白共混溶胶 , 制备得到共混微球 , 并研究了微球的结构和组分间的Aug. 2006, 396~ 400
文章编号 : 1671 - 8836( 2006) 04 - 0396 - 05
海藻酸钠 /大豆蛋白共混凝胶微球的结构
陈 云1 , 罗丽花1 , 周紫燕2 , 黄 进2, 3
( 1. 武汉大学 医学院 , 湖北 武汉 430072; 2. 武汉理工大学 化学工程学院 , 湖北 武汉 430070; 3. 中国科学院 广州化学研究所, 广东 广州 510650)
. 微球截面和表面经液氮冷冻、
真空干燥、 粘台和喷金后用 S - 570 扫描电镜 ( 日本 , H it achi 公司) 观察照相.
2
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结果与讨论
共混凝胶微球的结构 共混微球表面和截面的微观结构可在一定程度
上反映体系内组分间的相容性 . 图 1 示出海藻酸钠 微球 ( a) 和不同配比的海藻酸钠 / 大豆分离蛋白共混 微球 ( b~ e) 的表面形貌 . 图 1( e) 显示微球的整体结
( a, c, e) 和截面 ( b, d, f) 的扫描电镜照片
( a) , ( b ) : A S - 1; ( c) , ( d) : A S - 2; ( e) , ( f ) : AS -3
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相互靠近, 分别移至 1 608. 6, 1 433. 9 cm - 1 . 随着大 豆分 离蛋 白 含量 的 增加 , 位于 1 634. 5, 1 554. 9 cm - 1 处大豆分离蛋白的特征峰强度增加 , 而海藻酸 钠位于 1 608. 6, 1 433. 9 cm - 1 处 的特征峰强度 下 降. 含 25% 大豆分离蛋白的 AS - 1 体系, 由于引入了 N ) H 基团 , 其与 O ) H 伸缩振动峰复合移向高波 数处 , 同时在 1 634. 5 cm - 1 处显示出大豆分离蛋白 C O 基的伸缩振动峰, 与大豆分离蛋白相比移向 低波数处 , 表明微球中大豆分离蛋白分子也参与了 氢键的形成. 随着大豆 分离蛋白含量 的增加, 位 于 3 384. 9 cm - 1 处的吸收峰移至低波数 3 360. 2 cm - 1 ( AS - 2) 后, 又移向高波数 3 370. 1 cm
图 4 为 AS - 3 微球在 5% 氢氧化钠水溶液中浸 泡 18 h 的表面和截面形貌. 经碱处理后, 由于大豆 分离蛋白溶解析出以及部分 Ca 2+ 被 Na + 置换后海 藻酸钠骨架的破坏 , 微球塌陷收缩 , 表面变得光滑致 密, 内部的孔隙变大, 仅见三维网络结构而无团簇聚 集体存在 . 这表明通过碱处理, 微球内部形成了大孔 结构 .
图 1 不同配比微球的 扫描表面电镜照片
( a) A L; ( b) AS -1; ( c) A S -2; ( d) A S - 3; ( e) A S -3 全貌
图2
不同配比微球的扫描截面电镜照片
( a) A L; ( b ) A S -1; ( c) A S - 2; ( d) AS -3
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