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CN111514097A - 一种核桃壳多酚的pH响应型纳米水凝胶的制备方法 - Google Patents

一种核桃壳多酚的pH响应型纳米水凝胶的制备方法 Download PDF

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CN111514097A CN202010408472.6A CN202010408472A CN111514097A CN 111514097 A CN111514097 A CN 111514097A CN 202010408472 A CN202010408472 A CN 202010408472A CN 111514097 A CN111514097 A CN 111514097A
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Abstract

本发明公开了一种核桃壳多酚的pH响应型纳米水凝胶的制备方法，采用不同pH的壳聚糖溶液和海藻酸钠溶液交联制备纳米水凝胶，用以包封运载核桃壳多酚，得到pH响应型纳米水凝胶，本发明采用食品安全级壳聚糖和海藻酸钠原料，制备方法简单易行，制备的纳米水凝胶具有良好的生物相容性和缓释特性，经人体胃肠系统消化后可以显著的提升核桃壳多酚的生物利用率。

Description

一种核桃壳多酚的pH响应型纳米水凝胶的制备方法
技术领域
本发明涉及一种核桃壳多酚的pH响应型纳米水凝胶的制备方法，属于功能性食品技术领域。
背景技术
多酚化合物是一类广泛分布于植物中的多羟基酚类化合物，主要存在于植物的皮、根、木、叶和果中，其结构中含有不饱和双键、羰基以及羟基，易于与各种分子或基团形成氢键、静电、疏水和Π-Π堆叠等多种相互作用。多酚化合物具有良好的抗氧化性、抗炎性及抗癌性，并且由于其吸收紫外辐射的作用还是一种天然紫外吸收剂。然而，作为人体的日常天然防护剂，多酚化合物需经人体胃肠系统消化后，被小肠吸收摄取才能发挥其生物活性。但多酚对于胃肠道系统的极端环境具有高度敏感特性，从而导致其在消化过程中生物结构发生改变甚至降解。因此，如何解决多酚化合物在人体胃肠消化系统中的不稳定性、提升其体内生物利用率成为亟待解决的难题。
水凝胶是一种由高分子或大分子相互交联而成的半固体，在水中能够快速溶胀平衡，并能够保持其形状和三维网络结构不变的一种软材料。使用天然多糖化合物制备的pH响应型水凝胶载体，既具有较高的生物相容性和可降解性，又能保护活性物质稳定经过胃液的消化，靶向运输至肠液，从而提升其生物利用度，在递送活性物质领域具有明显的优势。
发明内容
本发明需要解决的技术问题是提供一种核桃壳多酚的pH响应型纳米水凝胶的制备方法，得到的水凝胶对活性物质核桃壳多酚具有良好的保护及靶向释放特性，工艺简单易行，不使用有毒副作用的有机溶剂、催化剂或交联剂，也不需要乳化剂，所用的基材具有良好的生物相容性，无毒副作用和刺激性，绿色无污染。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：
一种核桃壳多酚的pH响应型纳米水凝胶的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：
A）海藻酸钠溶液制备：将海藻酸钠溶解于去离子水中，并通过磁力搅拌使其充分溶解，通过盐酸水溶液或氢氧化钠水溶液调整溶液的pH，得到海藻酸钠溶液；
B）壳聚糖溶液制备：将壳聚糖在磁力搅拌的条件下，充分溶解在稀盐酸溶液中，并通过盐酸水溶液调整溶液的pH，得到壳聚糖溶液；
C）核桃壳多酚溶液制备：将核桃壳多酚溶解于去离子水中，通过磁力搅拌和加热，使核桃壳多酚充分的溶解，制备核桃壳多酚溶液；
D）第一混合溶液制备：将核桃壳多酚溶液按一定比例加入壳聚糖溶液中，充分的搅拌混匀，得到第一混合溶液；
E）纳米水凝胶制备：将第一混合溶液滴加到海藻酸钠溶液中，并进行磁力搅拌，得到第二混合溶液，调节第二混合溶液的pH值，得到所述包载核桃壳多酚的pH响应型纳米水凝胶。
本发明技术方案的进一步改进在于：步骤A中所述磁力搅拌转数为1400 rpm/min，搅拌时间为8.0 h，所述盐酸水溶液或氢氧化钠水溶液的浓度分别为1.0 mol/L，所述海藻酸钠溶液的浓度为2.5%(w/v)，所述海藻酸钠溶液的pH为5.0～9.0。
本发明技术方案的进一步改进在于：步骤B中所述磁力搅拌转数为1400 rpm/min，搅拌时间为2.0 h，所述壳聚糖溶液浓度为2.75%(w/v)，所述盐酸水溶液浓度为1.0 mol/L，所述壳聚糖溶液的pH为1.0。
本发明技术方案的进一步改进在于：步骤C中所述核桃壳多酚溶液浓度为1.0 mg/mL，所述磁力搅拌转数为1400 rpm/min，搅拌时间为2.0 h，所述加热温度为50 ℃。
本发明技术方案的进一步改进在于：步骤D中所述核桃壳多酚溶液的加入体积为50 μL，所述壳聚糖溶液的体积为1.25 mL，所述的磁力搅拌条件为1400 rpm/min。
本发明技术方案的进一步改进在于：步骤E中所述第一混合溶液的滴加速度为3.0mL/min，第一混合溶液与海藻酸钠溶液的体积比为1:3，所述磁力搅拌转数为1400 rpm/min，搅拌时间为2.0 h，所述第二混合溶液pH值为1.0～5.0。
由于采用了上述技术方案，本发明取得的技术进步是：
1、本发明由基材在不同pH环境中通过静电吸引形成聚电解质膜从而构成海藻酸钠-壳聚糖-核桃壳多酚水凝胶，该方法避免使用有毒副作用的有机溶剂，催化剂或交联剂，也不需要乳化剂，反应温和、能耗小、设备简单、制备过程简便易行，是一种高效便捷的生产方式。
2、本发明提供的pH响应型纳米水凝胶可作为活性物质核桃壳多酚的靶向运输载体，定向将活性物质运输至肠液环境中进行作用，避免了活性物质在胃液强酸环境下的损失，有效提升了活性物质的实际利用率。
3、本发明所用的海藻酸钠、壳聚糖和核桃壳多酚都具有高生物相容性和可降解性，对人体无毒副作用，所制备的水凝胶具有pH响应性和对活性物质缓释的优势，同时，绿色无副作用，具有巨大的发展潜力。
附图说明
图1是本发明实施例1制备产物的透射电镜图；
图2是本发明实施例1制备产物的扫描电镜图；
图3是本发明实施例2制备产物的透射电镜图；
图4是本发明实施例2制备产物的扫描电镜图；
图5是本发明实施例3制备产物的透射电镜图；
图6是本发明实施例3制备产物的扫描电镜图；
图7是本发明实施例4制备产物的透射电镜图；
图8是本发明实施例4制备产物的扫描电镜图；
图9是本发明实施例5制备产物的透射电镜图；
图10是本发明实施例5制备产物的扫描电镜图；
图11是本发明实施例6制备产物的透射电镜图；
图12是本发明实施例6制备产物的扫描电镜图；
图13是本发明实施例7制备产物的透射电镜图；
图14是本发明实施例7制备产物的扫描电镜图；
图15是本发明实施例8制备产物的透射电镜图；
图16是本发明实施例8制备产物的扫描电镜图；
图17是本发明实施例9制备产物的透射电镜图；
图18是本发明实施例9制备产物的扫描电镜图；
图19是本发明实施例1～3制备产物的体外模拟消化释放图；
图20是本发明实施例4～6制备产物的体外模拟消化释放图；
图21是本发明实施例7～9制备产物的体外模拟消化释放图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步详细说明：
一种核桃壳多酚的pH响应型纳米水凝胶的制备方法，其特征在于：所述制备方法包括以下步骤：
A）海藻酸钠溶液制备：将海藻酸钠溶解于去离子水中，并通过磁力搅拌8.0 h使其充分溶解，磁力搅拌转数为1400 rpm/min，通过1.0 mol/L的盐酸水溶液或氢氧化钠水溶液调整溶液的pH为5.0～9.0，得到浓度为2.5%(w/v)的海藻酸钠溶液；
B）壳聚糖溶液制备：将壳聚糖在搅拌转数为1400 rpm/min的磁力搅拌条件下搅拌2.0h，充分溶解在稀盐酸溶液中，并通过浓度为1.0 mol/L的盐酸水溶液调整溶液的pH为1.0，得到浓度为2.75%(w/v)的壳聚糖溶液；
C）核桃壳多酚溶液制备：将核桃壳多酚溶解于去离子水中，加热至50 ℃，通过磁力搅拌装置搅拌2.0 h，磁力搅拌转数为1400 rpm/min，使核桃壳多酚充分的溶解，制备浓度为1.0 mg/mL的核桃壳多酚溶液；
D）第一混合溶液制备：将体积为50 μL的核桃壳多酚溶液加入1.25 mL的壳聚糖溶液中，在搅拌转数为1400 rpm/min的磁力搅拌条件下搅拌混匀，得到第一混合溶液；
E）纳米水凝胶制备：将第一混合溶液以3.0 mL/min的速度滴加到海藻酸钠溶液中，第一混合溶液与海藻酸钠溶液的体积比为1:3，在磁力搅拌转数为1400 rpm/min的条件下进行磁力搅拌，得到第二混合溶液，调节第二混合溶液的pH值为1.0～5.0，得到所述包载核桃壳多酚的pH响应型纳米水凝胶。
实施例1：
A）将海藻酸钠溶解于去离子水中，并通过磁力搅拌使其充分溶解，通过浓度分别为1.0mol/L的盐酸水溶液或氢氧化钠水溶液调节pH为5.0，使用恒温磁力搅拌器在25 ℃的环境中以1400 rpm/min持续搅拌8 h，得到浓度为2.5%(w/v)海藻酸钠水溶液；
B) 将壳聚糖在磁力搅拌的条件下，充分溶解在稀盐酸液中，并通过浓度为1.0 mol/L盐酸水溶液调整溶液的pH为1.0，得到浓度为2.75%(w/v)，pH为1.0的壳聚糖水溶液；
C) 将核桃壳多酚溶解于去离子水中，通过磁力搅拌，加热至50 ℃，搅拌速度为1400rpm/min，使核桃壳多酚充分的溶解，制备浓度为1.0 mg/mL核桃壳多酚溶液；
D) 将核桃壳多酚溶液加入壳聚糖溶液中，充分搅拌混匀，得到第一混合溶液，搅拌速度为1400 rpm/min，搅拌时间为0.5h；
E) 将第一混合溶液以3.0 mL/min速度滴加到海藻酸钠溶液中，其中第一混合溶液与海藻酸钠溶液的体积比为1:3并进行磁力搅拌，调节混合溶液的pH为1.0，即得到所述核桃壳多酚的pH响应型纳米水凝胶。其透射图如图1所示，扫描电镜图如图2所示，在胃肠道对核桃壳多酚化合物的累积释放图如图19所示。
从图1中可以看出所得纳米水凝胶呈现分散性的球形颗粒，粒径为663.2nm；图2中观察到附着在水凝胶表面的小颗粒微球表现出整体和离散的形态，且可以看到具有表面裂纹，皱纹和孔的三维网状水凝胶支架结构；图19中看出核桃壳多酚在胃液中累积释放量占比为30.87%，在肠液中的累积释放量占比为72.27%。
实施例2
本实施例的制备方法与实施例1不同之处在于：步骤A中通过浓度分别为1.0 mol/L的盐酸水溶液或氢氧化钠水溶液调节海藻酸钠溶液的pH为7.0。所得纳米水凝胶的透射图如3所示，扫描电镜图如图4所示，在胃肠道对核桃壳多酚化合物的累积释放图如图19所示。
从图3中看出所得纳米水凝胶呈现分散性的微球形颗粒粒径为1040.5nm，图4中观察到在水凝胶表面呈现出整体和离散的形态的小颗粒微球变小，且与图2相比有较为致密光滑的三维网状水凝胶支架结构；图19中看出核桃壳多酚在胃液中累积释放量占比为31.2%，在肠液中的累积释放量占比为80.5%。
实施例3
本实施例的制备方法与实施例1不同之处在于：步骤A中通过浓度分别为1.0 mol/L的盐酸水溶液或氢氧化钠水溶液调节海藻酸钠溶液的pH为9.0，所得纳米水凝胶的透射图如5所示，扫描电镜图如图6，在胃肠道对核桃壳多酚化合物的累积释放图如图19所示。
从图5看出所得纳米水凝胶呈现分散性的微球形颗粒粒径为1172.5nm，图6中观察到附着在水凝胶表面小颗粒微球变小，且与图2和图4相比有更为致密光滑的三维网状水凝胶支架结构,图19中看出核桃壳多酚在胃液中累积释放量占比为24.5%，在肠液中的累积释放量占比为65.0%。
同时对比图1～6中可以看出随着海藻酸钠溶液的pH值增大，水凝胶的粒径逐渐增大，且其表面的粗糙度及孔径大小也逐渐减少。
实施例4
本实施例的制备方法与实施例1不同之处在于：步骤E中，用1.0mol/L的氢氧化钠溶液和盐酸溶液调节第二混合溶液pH为3.0，所得纳米水凝胶经测试后同实施例1一样具有良好的靶向性。其透射图如7所示，扫描电镜图如图8所示，在胃肠道对核桃壳多酚化合物的累积释放图如图20所示。
从图7看出所得纳米水凝胶呈现分散性的微球形颗粒粒径为674.8nm，图8中观察到附着在水凝胶表面小颗粒微球变小，且较图2有较为致密光滑的三维网状水凝胶支架结构；图20中看出核桃壳多酚在胃液中累积释放量占比为39.2%，在肠液中的累积释放量占比为86.4%。
实施例5
本实施例的制备方法与实施例2不同之处在于：步骤E中，用1.0mol/L的氢氧化钠溶液和盐酸溶液调节第二混合溶液pH为3.0，所得纳米水凝胶的透射图如9所示，扫描电镜图如10所示，在胃肠道对核桃壳多酚化合物的累积释放图如图20所示。
从图9看出所得纳米水凝胶呈现分散性的微球形颗粒粒径为757.3nm，图10中观察到光滑的三维网状水凝胶支架结构；图20中看出核桃壳多酚在胃液中累积释放量占比为25.0%，在肠液中的累积释放量占比为65.0%。
实施例6
本实施例的制备方法与实施例3不同之处在于：步骤E中，用1.0mol/L的氢氧化钠溶液和盐酸溶液调节第二混合溶液pH为3.0，所得纳米水凝胶的透射图如11所示，扫描电镜图如图12所示，在胃肠道对核桃壳多酚化合物的累积释放图如图20所示。
从图11看出所得纳米水凝胶呈现分散性的微球形颗粒粒径为900.2nm，图12呈现了较图4与图8更为光滑的三维网状水凝胶支架结构；图20中看出核桃壳多酚在胃液中累积释放量占比为32.0%，在肠液中的累积释放量占比为86.3%。
实施例7
本实施例的制备方法与实施例1不同之处在于：步骤E中，用1.0mol/L的氢氧化钠溶液和盐酸溶液调节第二混合溶液pH为5.0，所得的纳米水凝胶经测试后同实施例1一样具有良好的靶向性。其透射图如13所示，扫描电镜图如图14所示，在胃肠道对核桃壳多酚化合物的累积释放图如图21所示。
从图13看出所得纳米水凝胶呈现分散性的微球形颗粒粒径为647.4nm，图14呈现了致密光滑的三维网状水凝胶支架结构；图21中看出核桃壳多酚在胃液中累积释放量占比为31.5%，在肠液中的累积释放量占比为81.6%。
实施例8
本实施例的制备方法与实施例2不同之处在于：步骤E中，用1.0mol/L的氢氧化钠溶液和盐酸溶液调节第二混合溶液pH为5.0，所得纳米水凝胶的透射图如15所示，扫描电镜图如图16所示，在胃肠道对核桃壳多酚化合物的累积释放图如图21所示。
从图15看出所得纳米水凝胶呈现分散性的微球形颗粒粒径为804.9nm，图16呈现了光滑，多孔的三维网状水凝胶支架结构；图21中看出核桃壳多酚在胃液中累积释放量占比为24.8%，在肠液中的累积释放量占比为74.7%。
实施例9
本实施例的制备方法与实施例3不同之处在于：步骤E中，用1.0mol/L的氢氧化钠溶液和盐酸溶液调节第二混合溶液pH为5.0，所得纳米水凝胶的透射图如17所示，扫描电镜图如图18所示，在胃肠道对核桃壳多酚化合物的累积释放图如图21所示。
从图17看出所得纳米水凝胶呈现分散性的微球形颗粒粒径为1019.7nm，图18呈现了光滑、少孔的三维网状水凝胶支架结构；图21中看出核桃壳多酚在胃液中累积释放量占比为44.9%，在肠液中累积释放量占比为90.2%。

Claims (6)

1.一种核桃壳多酚的pH响应型纳米水凝胶的制备方法，其特征在于：所述制备方法包括以下步骤：
A）海藻酸钠溶液制备：将海藻酸钠溶解于去离子水中，并通过磁力搅拌使其充分溶解，通过盐酸水溶液或氢氧化钠水溶液调整溶液的pH，得到海藻酸钠溶液；
B）壳聚糖溶液制备：将壳聚糖在磁力搅拌的条件下，充分溶解在稀盐酸溶液中，并通过盐酸水溶液调整溶液的pH，得到壳聚糖溶液；
C）核桃壳多酚溶液制备：将核桃壳多酚溶解于去离子水中，通过磁力搅拌和加热，使核桃壳多酚充分的溶解，制备核桃壳多酚溶液；
D）第一混合溶液制备：将核桃壳多酚溶液按一定比例加入壳聚糖溶液中，充分的搅拌混匀，得到第一混合溶液；
E）纳米水凝胶制备：将第一混合溶液滴加到海藻酸钠溶液中，并进行磁力搅拌，得到第二混合溶液，调节第二混合溶液的pH值，得到所述包载核桃壳多酚的pH响应型纳米水凝胶。
2.根据权利要求1所述的一种核桃壳多酚的pH响应型纳米水凝胶的制备方法，其特征在于：步骤A中所述磁力搅拌转数为1400 rpm/min，搅拌时间为8.0 h，所述盐酸水溶液或氢氧化钠水溶液的浓度分别为1.0 mol/L，所述海藻酸钠溶液的浓度为2.5%(w/v)，所述海藻酸钠溶液的pH为5.0～9.0。
3.根据权利要求1所述的一种核桃壳多酚的pH响应型纳米水凝胶的制备方法，其特征在于：步骤B中所述磁力搅拌转数为1400 rpm/min，搅拌时间为2.0 h，所述壳聚糖溶液浓度为2.75%(w/v)，所述盐酸水溶液浓度为1.0 mol/L，所述壳聚糖溶液的pH为1.0。
4.根据权利要求1所述的一种核桃壳多酚的pH响应型纳米水凝胶的制备方法，其特征在于：步骤C中所述核桃壳多酚溶液浓度为1.0 mg/mL，所述磁力搅拌转数为1400 rpm/min，搅拌时间为2.0 h，所述加热温度为50 ℃。
5.根据权利要求1所述的一种核桃壳多酚的pH响应型纳米水凝胶的制备方法，其特征在于：步骤D中所述核桃壳多酚溶液的加入体积为50 μL，所述壳聚糖溶液的体积为1.25mL，所述的磁力搅拌条件为1400 rpm/min。
6.根据权利要求1所述的一种核桃壳多酚的pH响应型纳米水凝胶的制备方法，其特征在于：步骤E中所述第一混合溶液的滴加速度为3.0 mL/min，第一混合溶液与海藻酸钠溶液的体积比为1:3，所述磁力搅拌转数为1400 rpm/min，搅拌时间为2.0 h，所述第二混合溶液pH值为1.0～5.0。
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