封面文章

酪蛋白胶束/聚乳酸静电纺丝复合纤维膜性质及其对黄芩苷的负载性能研究

作者：

甄晨波1 杨敏1* 秦娟娟1 郑杰1 廖海周1 魏彦明1,2*

单位：

1．甘肃农业大学 理学院

2．甘肃农业大学 动物医学院

基金项目：

国家自然科学基金项目（32060812）；国家现代农业产业技术体系项目（CARS-37）；甘肃省高校产业支撑项目（2020C-14）；甘肃省自然科学基金项目（22JR5RA861）

摘要&关键词

摘要：黄芩苷（C21H18O11，baicalin，BCL）是一种黄酮类化合物，具有抗炎、抑菌、抗病毒等多种药理作用，但其水溶性差，生物利用度低。为了改善黄芩苷的水溶性，该文利用静电纺丝技术制备负载黄芩苷的酪蛋白胶束/聚乳酸复合纤维膜，研究了其微观结构、疏水性、溶解特性和体外释放性等。结果显示，黄芩苷的添加对纤维微观结构影响不大。随着酪蛋白胶束添加比例的增加，纤维直径减小，成纤性能下降，当其与聚乳酸质量比达到2:1时，纤维直径最小，成纤能力较好。红外光谱和X射线衍射结果分析表明，黄芩苷被包封在纤维内部。酪蛋白胶束改善了聚乳酸纤维膜的溶胀性和降解率。随着酪蛋白胶束添加量的增加，纤维膜亲水性增强，降解率增大，溶胀率减小，溶胀时间缩短。体外释放结果表明，酪蛋白胶束-聚乳酸纤维膜对黄芩苷有良好的控释效果。研究结果可为黄芩苷的负载提供参考依据。

关键词：静电纺丝；黄芩苷；聚乳酸；酪蛋白胶束；复合纤维膜

主要结论

聚乳酸（poly lactic acid，PLA）纤维膜为均匀纤维状结构，直径为1~1.5 μm。随着酪蛋白胶束（casein micelle，MC）添加比例在0:1到1:1范围内的升高，PLA纤维的整体有序性、均匀性和成纤性逐渐变差，且纤维直径减小，并出现轻微的珠状结构。当MC的添加量进一步增加到与PLA的比例为1:1时，纤维直径进一步减小，并出现较大的珠状结构。当MC与PLA质量比进一步增加到2:1和3:1时，具有较好的成纤性能，纤维直径不再减小，约为0.5 μm。

图1 复合纤维膜SEM图

Fig.1 SEM images of composite fiber membranes

注：0:1、1:3、1:2、1:1、2:1和3:1代表MC和PLA的质量比；80代表BCL的添加量为80 mg。

PLA膜疏水性较强，是一种典型的疏水材料。随着MC的添加，复合纤维膜的水接触角逐渐减小，疏水性下降。

图2 复合纤维膜水接触角图

Fig.2 Water contact angle diagram of composite fiber membranes

PLA纤维膜在48 h内的降解率均低于8%。随着MC的添加，纤维膜的降解率明显增大，在MC与PLA的比例为0:1~2:1之间，复合纤维膜的降解率随MC添加量的增加呈线性增大。

图3 复合纤维膜降解率

Fig.3 Degradation rate of composite fiber membranes

PLA纤维膜在24 h的溶胀率只有（9.25±1.05）%。添加一定量MC后，纤维膜的溶胀性迅速增大。MC与PLA比例为1:3的复合纤维膜溶胀性最好，在2 h达到最大溶胀率（228.28±3.95）%。

图4 复合纤维膜溶胀性

Fig.4 Swelling rate of composite fiber membranes

游离黄芩苷（C21H18O11，baicalin，BCL）在缓冲液中迅速释放，且随着时间的延长释放率降低，说明其发生了轻度降解。经PLA负载后，BCL释放率极低。在MC/PLA/BCL复合纤维膜中，BCL在2 h内迅速释放，之后释放率迅速减缓，并在3 h后维持稳定。由于MC水溶性较好，其添加量越多，BCL释放率越高。

图5 复合纤维膜中BCL释放率曲线

Fig.5 Profiles of BCL release rate from composite fiber membranes

结论：

酪蛋白胶束与聚乳酸共混液具有静电纺丝性能，当二者质量比达到2:1时，复合纤维具有较规则的形貌。酪蛋白胶束-聚乳酸静电纺丝复合纤维用于负载黄芩苷，有效减缓了黄芩苷的释放率。研究结果为酪蛋白胶束的创新应用提供了参考依据。

团队介绍

食源蛋白质开发及创新利用团队致力于特色资源蛋白质及活性肽开发、乳蛋白创新利用、功能食品设计及开发等方面的研究。近年来，团队以牛乳为原料，实现了功能乳蛋白、乳蛋白单体的高效分离和纯化；以乳蛋白为基质，构建了微胶囊、乳液、乳液凝胶、复合纤维膜等载体，探讨了载体基质与活性因子作用机理，为乳蛋白创新利用提供了有力依据。另外，开发了文冠果种仁蛋白、萝卜籽蛋白，评价了其功能性质及生物活性，为特色蛋白质资源的高值化利用提供了基础依据。团队共主持各级各类项目80余项；发表高水平学术论文200余篇；荣获各级奖励30余项；授权发明专利30余件；出版教材及学术专著16部。

团队负责人

杨敏，甘肃农业大学教授，博士/博士后，博士研究生导师，澳大利亚墨尔本大学访问学者，《食品科学技术学报》青年编委。主持国家自然科学基金项目3项，博士后面上项目、甘肃省重点研发项目、甘肃省自然科学基金、甘肃省陇原人才创新创业项目、省级工业和信息化发展专项、兰州市人才创新创业项目等20余项。以第一作者及通讯作者发表高水平研究论文100余篇。荣获甘肃省科技进步二等奖1 项、三等奖1 项，甘肃省农牧渔业丰收一等奖1  项，甘肃省高等学校科技进步二等奖1 项。以第一发明人申请及授权发明专利12 件。主编“十三五”规划教材1部，独立出版专著1 部。

第一作者

甄晨波，男，硕士研究生，1995年9月出生。2018年6月毕业于甘肃农业大学理学院材料化学专业，获得理学学士学位，2020年9月进入甘肃农业大学理学院攻读化学专业硕士学位，研究方向为活性因子载体设计及制备。

本文图片来源于文章原文及作者团队。