淀粉基微球的滴入法制备及性能
《精细化工》
2024年 41卷
第10期
中图分类号：O636.12
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摘要
以玉米淀粉、木薯淀粉、糯玉米淀粉3 种天然淀粉为原料，在高温糊化后以滴入法制备了淀粉基微球。采用SEM、DSC 和XRD 对淀粉基微球进行了表征。考察了淀粉种类、淀粉质量分数、针头孔径对淀粉基微球平均粒径的影响，探究了玉米淀粉基微球的α-淀粉酶酶解性能和在高温水溶液中的释放行为，并评价了玉米淀粉基微球负载亚甲基蓝（MB）的性能。结果表明，在糊化温度80 ℃、淀粉质量分数10.0%，采用内径0.21 mm的27 G 型针头制备的3 种淀粉基微球形貌均一，粒径介于1.0～1.5 mm 之间，收率均＞90%，微球内部存在不同程度的中空结构；淀粉基微球糊化放热峰基本消失、晶型改变（由典型的A 型晶体结构转变为较弱的V 型结晶结构）且结晶度显著降低；3 种淀粉基微球平均粒径均随着淀粉质量分数和针头孔径的增大而增大，相同制备条件下，玉米淀粉基微球的平均粒径最大；玉米淀粉基微球经α-淀粉酶24 h 酶解后（酶解率42.78%）基本转变为水溶物，比玉米淀粉（酶解率41.91%）有更高的酶解率；玉米淀粉基微球负载MB 时，MB 添加量过大会导致包封率下降、释放率增大，不利于负载。与其他玉米淀粉基载体（玉米淀粉、多孔玉米淀粉）相比，玉米淀粉基微球负载MB 的载药量（2.01%±0.03%）和包封率（60.33%±0.90%）最大，在温度＞70 ℃的水溶液中MB释放率最低，90 ℃水溶液中MB 的释放率为73.17%±0.61%。
关键词: 淀粉 淀粉基微球 滴入法 粒径 结晶度 释放 淀粉化学品
淀粉存在于许多植物的组织中，是世界上最丰富的再生资源之一。淀粉基微球是一种新兴的高分子载体，保留了天然淀粉的部分性质，可以调控得到不同结构和功能的产品，在食品、制药、材料和环境工程等领域得到广泛应用 。淀粉基微球的微观结构直接决定了其负载和释放特性、机械性能和吸附性能等 。
淀粉基微球的制备方法很多，每种方法具有不同的特点。其中，乳液交联法是制备淀粉基微粒的经典方法，一般是将淀粉水解后形成水相，然后与油相制备成不溶的乳液体系，再通过交联剂的作用使淀粉析出成为微球 ，但该法必须先将淀粉充分水解，且交联剂对水溶性淀粉分子链的作用机制复杂；喷雾干燥法是淀粉水溶液受到高压喷头剪切力的作用形成微液滴，然后水分迅速蒸发得到微球 ，但该法得到的微球粒径不均一；沉淀法则是将淀粉在酸性 或添加淀粉酶 的条件下水解，然后与乙醇等化学试剂混合产生沉淀聚集为微球，但酸水解法存在周期长、收率低、微球易聚集等缺点 ，而酶处理法的产率较低 ；此外，利用淀粉溶液在长时间低温处理后易回生老化的特点，也可以制备淀粉基微球 [10-11] ，但一般产率都不高，且微球形貌难以调控。
综上所述，现有方法都需要先水解淀粉，导致淀粉的分子链会发生不同程度的破坏。短时间加热的天然淀粉糊化液能够保留淀粉的完整分子结构，但一般黏度很大，温度一旦低于糊化温度会迅速转变为不连续的复杂胶体，因此，加工难度大、应用受限。此外，现有的淀粉基微球制备方法存在形貌难以均一、收率较低及淀粉分子结构变化大等共性问题，而均一微球具有更高的应用价值 。纤维素是分子结构与淀粉相近的天然多糖，可通过将其球形液滴滴入凝固体系的方式制得0.5～3.0 mm 粒径范围的纤维素基微球 。可能由于淀粉的溶解和凝固方式与纤维素完全不同，因此，鲜见以滴入法制备淀粉基微球的报道。
本文拟以简单的滴入法工艺来制备淀粉基微球，考察淀粉种类、淀粉质量分数、针头孔径等因素对微球粒径的影响。通过系列实验优化和结构表征，建立对滴入法制备淀粉基微球的科学认识，实现淀粉基微球形貌均一、高收率等调控目标，从而促进淀粉和淀粉基微球在相关领域的更大应用。
1 实验部分
1.1 试剂与仪器
玉米淀粉、木薯淀粉、糯玉米淀粉，食品级，上海源叶生物科技有限公司；玉米多孔淀粉，辽宁立达生物科技有限公司；辛癸酸甘油酯（ODO），食品级，山东优素化工科技有限公司；无水乙醇，分析纯，广州市锦源化学有限公司； α -淀粉酶（低温，4000 U/g，稀释4 倍后为1000 U/g），食品级，河北百灵威超精细材料有限公司； α -淀粉酶（耐高温，150000 U/g，稀释150 倍后为1000 U/g），食品级，宁夏夏盛实业集团有限公司；无水葡萄糖，分析纯，天津市鼎盛鑫化工有限公司；3,5-二硝基水杨酸，分析纯，上海麦克林生化科技股份有限公司；酒石酸钾，分析纯，国药集团化学试剂有限公司；亚甲基蓝（MB），分析纯，阿拉丁试剂（上海）有限公司。
TG16-WS 型台式高速离心机，湖南湘仪实验室仪器开发有限公司；SCIENTZ-10N/A 型冷冻干燥机，宁波新芝生物科技股份有限公司；22G 型、24G型、27G 型针头（平口针头），东莞锐烽五金电子工具有限公司；NS608T 型体视显微镜，江南永新光学仪器有限公司；MULHE MH 型注射器，牧赫农牧有限公司；DSC 214 Polyma 型差示扫描量热仪（DSC），德国Netzsch 公司；Phenom Pro 型扫描电子显微镜（SEM），荷兰Phenom 公司；D8 Advance 型X 射线衍射仪（XRD），德国Bruker 公司；Cary 60 型紫外-可见分光光度计，美国Agilent 科技公司。
1.2 方法
1.2.1 淀粉基微球的制备
取3.0000 g 淀粉和适量去离子水配制成不同质量分数（5.0%、7.5%、10.0%、12.5%、15.0%）的淀粉水分散液，在不同淀粉的糊化温度（75～80 ℃）下加热2～3 min；然后，用注射器吸取淀粉糊化液，以30 ℃的ODO 为凝固浴，在凝固浴正上方约15 cm处，将淀粉糊化液滴通过不同型号的针头手动匀速滴入凝固浴（速率约为1 滴/s，通过每滴间平移注射器避免液滴黏连，如 图1 所示）；将凝固浴在-18℃下预冷12 h，再经真空-45 ℃冷冻干燥24 h 得到固化的淀粉基微球；再将凝固浴过滤，以50 mL 无水乙醇洗涤3 次，除去微球表面残留的ODO；最后，将滤饼淀粉基微球在30 ℃鼓风干燥箱中干燥24 h，得到最终样品。以淀粉种类、淀粉质量分数、针头孔径3 种因素为变量，以淀粉基微球的粒径为响应值进行单因素实验。实验中，淀粉质量统一为3.0000 g，分别改变淀粉种类（玉米淀粉、木薯淀粉、糯玉米淀粉）、淀粉质量分数（5.0%、7.5%、10.0%、12.5%、15.0%）和针头孔径（22 G 型针头，外径0.70 mm，内径0.41 mm；24 G 型针头，外径0.55 mm，内径0.29 mm；27 G 型针头，外径0.40 mm，内径0.21 mm）3 个因素，考察其对微球粒径的影响（当考察淀粉质量分数时，针头型号固定为27 G；当考察针头孔径大小时，淀粉质量分数控制为10.0%）。
图1 淀粉基微球的滴入法制备流程示意图
1.2.2 淀粉基微球收率的计算待质量分数为 w （%）的淀粉水分散液在烧杯中完全糊化后，对烧杯、注射器、针头和淀粉糊化液进行称量，总质量为 m 0 （g）；注射器吸取适量淀粉糊化液进行滴入法操作，滴入环节完毕后再次称量上述物品，其总质量 m 1 （g）；最后，对制得的淀粉基微球称量，其质量为 m 2 （g）。按式（1）计算得到淀粉基微球的收率（%）。
1.3 表征方法和性能测试
1.3.1 平均粒径测试
将制得的淀粉基微球以10 粒为1 组，置于显微镜观测台中，以1 cm 标准线为基准，显微镜放大倍数为6 倍，在此条件下进行测定，以微球的最大直径计为粒径，经计算每组10 粒微球的粒径算数平均值和标准差即可得到淀粉基微球的“平均粒径±平方差”。共测定3 组。
1.3.2 SEM 测试
将待测样品和切样后的样品，分别用导电胶固定在样品台上。其中，粉末样品需要均匀按压，然后将未压紧的粉末吹掉。然后对所有样品表面进行喷金，加速电压为10 kV，观察样品形貌并拍照。
1.3.3 DSC 测试
将3.5 mg 样品倒入60 µL 铝坩埚中，加入样品质量70%的去离子水，将铝坩埚密封并在室温下平衡24 h，然后转移到差示扫描量热仪中进行加热。差示扫描量热仪用铟进行校准，用空铝坩锅作为参比。样品盘以 10 ℃/min 的速率从 20 ℃加热到100 ℃。起始温度（ T 0 ）、峰值温度（ T p ）、结束温度（ T c ）和凝胶化焓（Δ H ）等参数经自动计算得到。
1.3.4 XRD 测试
称取适量样品置于样品盘中，采用配备有Cu K α 辐射源的XRD 对样品进行扫描，加速电压40 kV，电流30 mA，扫描速率10 (°)/min，扫描范围2 θ =4°～70°。
1.4 玉米淀粉基微球的酶解性能
玉米淀粉是应用最广泛的工业淀粉，因此本文以玉米淀粉基微球为例，进一步研究其酶解性能和在高温水溶液中的释放行为。
1.4.1 葡萄糖标准曲线建立
在WANG 等 的方法基础上进行适当调整。
分别称取2.0、4.0、6.0、8.0、10.0 mg 葡萄糖标准品于10.0 mL 容量瓶中，并用去离子水定容，即可制得质量浓度分别为0.2、0.4、0.6、0.8、1.0 g/L的葡萄糖溶液。分别移取上述葡萄糖溶液和去离子水各1 mL 置于10 mL 具塞刻度管中，加入3,5-二硝基水杨酸（DNS）试剂2 mL，混合均匀后，置于沸水浴中加热5 min，然后于冰水中迅速冷却，并用去离子水定容至25 mL，以相同条件下不加葡萄糖溶液的空白溶液作参照，于520 nm 下测定其吸光度，得到葡萄糖溶液的吸光度（ y ）-质量浓度（ x ）标准曲线，拟合方程为 y =5.6406 x -0.0118（ R 2 =0.9990）。
1.4.2 DNS 法测定酶解率
在ALMEIDA 等 报道的 α -淀粉酶水解条件基础上进行适当调整。
称取0.500 g 玉米淀粉基微球，配制质量分数为1%的淀粉基微球水分散液；搅拌均匀后倒入100 mL三口烧瓶中，加入0.125 g α -淀粉酶（低温1000 U/g），置于30 ℃恒温水浴中持续搅拌24 h。每隔1 h 取出1 mL 反应液至具塞刻度管，在100 ℃的沸水中灭酶10 min，之后以4000 r/min 的条件离心10 min。取0.5 mL 上清液置于具塞刻度管中，按照1.4.1 节方法步骤测定其吸光度。根据所测样品的吸光度，计算出相应酶解液上清液中还原糖的质量浓度（ ρ ，g/L），根据式（2）计算样品的酶解率（%）：
式中： ρ 为上清液还原糖质量浓度，g/L； N 为样品稀释倍数； V 为反应体系中液体体积，mL； f 为还原糖换算为淀粉的换算系数，0.9； m 为酶解前玉米淀粉基微球的质量，mg。
酶解24 h 后，将产物直接在-45 ℃冷冻干燥24 h，然后进行SEM 测试。
1.5 淀粉基微球的释放性能
1.5.1 MB 标准曲线建立
MB 常被用作化学指示剂、染料、生物染色剂和药物 。以紫外-可见分光光度计对MB 溶液进行全波段扫描，得到MB 的最大吸收波长为660 nm。
配制质量浓度100 g/L 的MB 溶液，分别移取0.05、0.10、0.20、0.30、0.40、0.50 mL 至50 mL 容量瓶定容后在660 nm 处测其吸光度，得到MB 溶液的吸光度（ y 1 ）-质量浓度（ x 1 ）标准曲线，拟合方程为 y 1 =102.288 x 1 +0.00176（ R 2 =0.9999）。
1.5.2 不同温度水中MB 的稳定性
配制质量浓度为1 g/L 的MB 溶液，移取2 mL置于样品瓶中，分别在30、50、60、70、90 ℃下加热搅拌1 h，吸取0.20 mL，定容到50 mL 容量瓶中，以相同条件下的空白溶液作参照，于660 nm 下测定其吸光度，根据1.5.1 节的MB 溶液的吸光度-质量浓度标准曲线方程计算质量浓度，其质量浓度从 0.00400 g/L 分别变为(0.00387±0.00002) 、(0.00382±0.00001)、(0.00383±0.00001)、(0.00389±0.00001)、(0.00387±0.00001) g/L，说明MB 在30～90 ℃水溶液中加热1 h 后质量浓度保持基本稳定（变化＜5%）。
1.5.3 玉米淀粉、玉米多孔淀粉和玉米淀粉基微球负载MB
在王玲玲 报道的多孔淀粉吸附条件基础上稍作修改。
分别称取3.0000 g 玉米淀粉和玉米多孔淀粉，在常温磁力搅拌下加入到含有100 mg MB 的27 mL水溶液中，持续搅拌30 min 后过滤，滤饼使用50 mL无水乙醇洗涤3 次，在30 ℃鼓风干燥箱中干燥24 h后得到最终负载MB 的玉米淀粉和玉米多孔淀粉。
3.0000 g 玉米淀粉完全糊化后，加入100 mg MB，完全溶解，然后以1.2.1 节方法，按照淀粉质量分数10.0%、针头型号27 G 和温度80 ℃的条件制备淀粉基微球，冻干过滤后以50 mL 无水乙醇洗涤3 次，除去微球表面残留的ODO；最后，将淀粉基微球在30 ℃鼓风干燥箱中干燥24 h，得到负载MB 的玉米淀粉基微球。
1.5.4 不同温度水中玉米淀粉、玉米淀粉基微球、玉米多孔淀粉的释放行为
分别称取负载MB 的3 种淀粉基载体（玉米淀粉、玉米多孔淀粉和玉米淀粉基微球）80 mg 加入到2 mL 去离子水中，加入0.0053 g α -淀粉酶（耐高温1000 U/g）60 ℃下搅拌酶解5 h，在6000 r/min条件下离心10 min，吸取1 mL 上清液，定容到50 mL容量瓶中，以相同条件下三者均未负载MB 的空白溶液作参照，于660 nm 下测定其吸光度，根据1.5.1节的MB 溶液的吸光度-质量浓度标准曲线方程计算出淀粉和微球中MB 的实际质量浓度（g/L）。按照式（3）和（4）计算载药量和包封率。
式中： L p 为MB 实际载药量，%； ρ 1 为淀粉和微球中MB 的实际质量浓度，g/L； N 为测定液的稀释倍数，50； V 为溶液总体积，2 mL； m 为淀粉基载体质量，80 mg； E 为包封率，%； L t 为MB 理论载药量，%。
再分别称取负载MB 的3 种淀粉基载体（玉米淀粉、玉米多孔淀粉和玉米淀粉基微球）80 mg 加入到2 mL 去离子水，分别在30、50、60、70 和90℃下加热搅拌 1 h, 在 6000 r/min 条件下离心10 min，吸取1 mL 上清液，定容到50 mL 容量瓶中，以相同条件下玉米淀粉、玉米多孔淀粉以及玉米淀粉基微球的空白溶液作参照，于660 nm 下测定其吸光度，根据1.5.1 节的MB 溶液的吸光度-质量浓度标准曲线方程计算出三者MB 的质量浓度（g/L）。最后，根据式（5）计算释放率：
式中： R 为释放率，%； ρ 1 为测定载药量时，淀粉和微球中MB 的实际质量浓度，g/L； ρ 2 为测定释放率时，淀粉和微球中MB 的实际质量浓度，g/L。
1.5.5 不同释放时间对玉米淀粉基微球释放率的影响
使用1.5.3 节制备的MB 玉米淀粉基微球，称取微球80.0 mg 加入到2 mL 去离子水中，在60 ℃下分别加热搅拌0.5、1.0、1.5、2.0 和2.5 h，再根据1.5.4 节测量条件计算释放率。
1.5.6 不同MB 添加量对玉米淀粉基微球释放率的影响
分别称取60.0、80.0、100.0、120.0 和140.0 mg的MB 加入到完全糊化后的玉米淀粉中，根据1.5.3节的条件制备不同MB 添加量的玉米淀粉基微球。之后，将不同MB 添加量玉米淀粉基微球在60 ℃下加热搅拌1 h，再根据1.5.4 节测量条件计算释放率。
2 结果与讨论
2.1 淀粉基微球的制备
图2 为玉米淀粉质量分数为10.0%、针头型号为27 G 时制备玉米淀粉基微球的显微镜图。
图2 玉米淀粉基微球的显微镜图
从 图2 可以看出，玉米淀粉基微球的外部形貌趋近一致，且都以光滑平整的球形为主，平均大小适中，平均粒径为(1.340±0.045) mm。
2.1.1 淀粉质量分数的影响
图3 为淀粉质量分数对淀粉基微球平均粒径的影响结果。
图3 淀粉质量分数对淀粉基微球平均粒径的影响
从 图3 可以看出，当淀粉质量分数逐渐上升时，淀粉基微球的粒径逐渐增大。这是因为，随着淀粉质量分数的增大，糊化效果变得不理想，难以形成可流动的均相流体，导致所形成的淀粉微球拖尾严重，平均粒径增大，标准差增大，均一性下降，甚至不再能制备微球。经实验测试，玉米淀粉和木薯淀粉的成球极限质量分数为15.0%，糯玉米淀粉的成球极限质量分数为12.5%，超过各自的极限质量分数后均无法正常制备微球。从 图3 还可以看出，在淀粉质量分数相同时，玉米淀粉基微球的平均粒径最大，其次为糯玉米淀粉基微球，而木薯淀粉基微球平均粒径最小。其原因可能是，随着水温升高达到糊化温度，水分子进入淀粉微晶束间隙后淀粉会不可逆地大量吸水而形成无定形淀粉分子链，糊化程度越高则会导致淀粉分子链重新缔合的难度越大 。3 种不同淀粉的糊化温度依次为：玉米淀粉（75.1 ℃）＞糯玉米淀粉（72.2 ℃）＞木薯淀粉（69.1 ℃） [19-21] ，因此，在相同糊化温度（75～80 ℃）条件下，显然玉米淀粉糊化程度不如糯玉米淀粉和木薯淀粉，导致其形成的微球平均粒径最大，糯玉米淀粉次之，而糊化程度最高的木薯淀粉微球平均粒径最小。
2.1.2 针头的影响
表1 为针头对淀粉基微球平均粒径的影响。
表1 针头孔径对淀粉基微球平均粒径的影响
从 表1 可以看出，在针头相同时，制备的微球平均粒径大小顺序为：玉米淀粉基微球＞糯玉米淀粉基微球＞木薯淀粉基微球，这与2.1.1 节结果一致；同时，由相同淀粉制备的微球的平均粒径均会随着针头孔径的增大而增大，同时标准差变大，说明小孔径（内径0.21 mm）的27 G 针头更适合制备均一的淀粉基微球。
与玉米淀粉、木薯淀粉不同的是，糯玉米淀粉的支链淀粉含量较高，糊化后黏度更大 ，导致在使用22 G 针头（内径0.41 mm）制备微球时，糯玉米淀粉糊化液因高黏度而难以形成正常液滴，导致无法成球（ 图4 ）。
图4 针头为22 G 时所成糯玉米淀粉微球的显微镜图
2.1.3 淀粉基微球的收率
经过对淀粉质量分数和针头影响所制备微球的平均粒径的考察，得到较优的制备淀粉基微球的条件：淀粉质量分数10.0%、针头27 G、温度80 ℃。通过滴入法制备3 种淀粉基微球，其收率分别为90.00%±0.09%（玉米淀粉）、90.80%±0.10%（木薯淀粉）和91.25%±0.08%（糯玉米淀粉），收率均可达到90%以上，这显著高于其他制备方法所得淀粉基微球的收率数据 [3,23] 。
2.2 淀粉基微球的结构表征
2.2.1 SEM 分析
图5 为在较优条件（淀粉质量分数10.0%、针头27 G、温度80 ℃）下通过滴入法制备的3 种淀粉基微球的SEM 图。
图5 玉米淀粉（a）、木薯淀粉（b）、糯玉米淀粉（c）的SEM 图；玉米淀粉基微球（d）、木薯淀粉基微球（e）、糯玉米淀粉基微球（f）及其对应剖面（g～i）SEM 图
从 图5 可以看出，玉米淀粉是多边形的颗粒（ 图5 a），木薯淀粉是椭圆形、球形和截短的颗粒（ 图5 b），而糯玉米淀粉是含有多边形、球形以及椭圆形的颗粒（ 图5 c），3 种淀粉的平均粒径介于5～20 µm之间。
3 种淀粉经过滴入法均可制备具有相似形貌和表面结构的微球，3 种微球的形状接近球形，表面较为粗糙且偶有小孔，平均粒径介于1.0～1.5 mm 之间（ 图5 d～f）；此外，从切面图（ 图5 g～i）可以看出，淀粉基微球内部均存在不同程度的中空结构，这可能是因为淀粉液滴在冷冻干燥过程中全部固化，当固态冰晶升华去除后，会形成形状不一的微孔。
2.2.2 DSC 分析
图6 为在较优条件（淀粉质量分数10%、针头27 G、温度80 ℃）下通过滴入法制备的3 种淀粉基微球的DSC 曲线。
图6 玉米淀粉（a）、木薯淀粉（b）、糯玉米淀粉（c）及其制备的淀粉基微球的DSC 曲线
由 图6 可以看出，相对于玉米淀粉，玉米淀粉基微球DSC 曲线上的放热峰不明显（ 图6 a），同时也没有伴随着能量的变化，说明淀粉基微球的结构处于非晶态。这种结构形成的原因在于，制备微球时糊化作用破坏了淀粉分子之间的氢键和分子结构。此外，木薯淀粉基微球（ 图6 b）、糯玉米淀粉基微球（ 图6 c）与玉米淀粉基微球结果类似，说明各类淀粉基微球相较其原淀粉，糊化放热峰均基本消失，晶型可能已发生较大改变。
2.2.3 XRD 分析
图7 为在较优条件（淀粉质量分数10.0%、针头27 G、温度80 ℃）下通过滴入法制备的3 种淀粉基微球的XRD 谱图。
图7 玉米淀粉（a）、木薯淀粉（b）、糯玉米淀粉（c）及其制备的淀粉基微球的XRD 谱图
从 图7 可以看出，玉米淀粉表现为典型的A 型晶体结构，在2 θ =15°～25°之间形成尖锐的峰，结晶度为26.34%。而玉米淀粉基微球则表现为较弱的V型结晶结构，基本呈无定形结构（ 图7 a）。这些变化出现的主要原因是，糊化过程破坏了分子间的排列规律，从而减弱了分子链之间、分子之间作用力以及氢键的作用，导致玉米淀粉基微球的结晶度降低 。与玉米淀粉类似，木薯淀粉（ 图7 b）与糯玉米淀粉（ 图7 c）在2 θ =15°～25°上也有3 个尖锐的峰，也表现为典型的 A 型晶体结构，结晶度分别为21.88%和0.92%；而与玉米淀粉基微球类似，木薯淀粉基微球与糯玉米淀粉基微球，也都表现出被高温破坏后的V 型结晶结构，高温糊化仍是其变成基本无定形结构的主要原因。这些结果与DSC 数据结果相符。
2.3 玉米淀粉基微球的
图8 为玉米淀粉与玉米淀粉基微球的酶解时间-酶解率的变化曲线。
图8 酶解时间对玉米淀粉和玉米淀粉基微球酶解率的影响
从 图8 可以看出，随着时间的增加，玉米淀粉和玉米淀粉基微球的酶解率均随之增加，当酶解时间＜6 h 时，相同时间玉米淀粉的酶解率略高于玉米淀粉基微球；而酶解时间＞6 h 后，玉米淀粉的酶解率增加变缓，而玉米淀粉基微球的酶解率逐渐超过玉米淀粉。这可能是因为在酶解的初始阶段，小颗粒淀粉比表面积更大，更容易水解 ，由于玉米淀粉的平均粒径远小于玉米淀粉基微球（ 图5 ），导致酶解初期玉米淀粉的酶解率比玉米淀粉基微球大；随着酶解时间的延长，玉米淀粉内的结晶区很难被酶解，而玉米淀粉基微球因结晶度降低（ 图7 ）而比玉米淀粉更容易被酶解，于是玉米淀粉基微球的24 h 酶解率（42.78%）要高于玉米淀粉（41.91%）。 α -淀粉酶是内作用酶，通过随机水解淀粉的 α -1,4-糖苷键，从表面上的选定点向颗粒中心水解，导致颗粒破碎 。
图9 为玉米淀粉酶解产物、玉米淀粉基微球酶解产物的SEM 图。
图9 玉米淀粉（a）及玉米淀粉基微球（b）酶解产物的SEM 图
由 图9 可见，玉米淀粉的24 h 酶解产物还保留了一些颗粒结构（ 图9 a），而玉米淀粉基微球的24 h酶解产物已基本转变为水溶物（ 图9 b），从而印证了玉米淀粉基微球24 h 酶解率较玉米淀粉更高的结论。
2.4 玉米淀粉基微球在水溶液中的释放性能
2.4.1 水溶液温度对MB 释放率的影响
表2 为3 种玉米淀粉基载体对MB 的载药量和包封率。
表2 玉米淀粉、玉米多孔淀粉和玉米淀粉基微球负载MB 的能力
从 表2 可以看出，玉米淀粉基微球具有更大的载药量（2.01%±0.03%）和包封率（60.33%±0.90%），较玉米淀粉的载药量（1.59%±0.02%）和包封率（47.98%±0.60%）提升0.42%和12.35%；较玉米多孔淀粉的载药量（1.86%±0.02%）和包封率（55.66%±0.62%）提升0.15%和4.67%，表明玉米淀粉基微球对MB 的负载能力更强。这是因为，玉米淀粉（ 图5 a）和多孔玉米淀粉（ 图10 ）平均粒径不均一，介于5～20 µm 之间（ 图5 ），而玉米淀粉基微球平均粒径较大但明显更均一（ 图5 d）。
图10 玉米多孔淀粉SEM 图
此外，玉米淀粉以表面吸附为主进行负载，多孔玉米淀粉通过表面吸附和孔道吸附进行负载，而玉米淀粉基微球是在MB 的均相溶液中形成的，负载作用较吸附方式可能更为有利。
图11 为不同玉米淀粉基载体在不同温度水溶液中的释放率。
图11 水溶液温度对玉米淀粉、玉米多孔淀粉和玉米淀粉基微球MB 释放率的影响
从 图11 可以看出，随着温度的升高，玉米淀粉基微球的释放率从59.28%±0.40%（30 ℃）增加到73.17%±0.61%（90 ℃），这高于文献报道的交联淀粉微球在25 ℃时的释放率 ，其原因可能是，本文制备的淀粉基微球未改变淀粉天然结构，糊化后分子间氢键减弱，导致其在水溶液中的稳定性不如保留淀粉晶体结构和交联强化的交联淀粉微球；另外，在30～60 ℃水溶液中，玉米淀粉基微球的释放率低于玉米淀粉但高于玉米多孔淀粉，说明在低于淀粉糊化温度时，多孔淀粉以孔道方式吸附负载的MB 不易被释放，而淀粉表面吸附负载的MB 均较淀粉基微球释放更快；当温度＞70 ℃后，玉米淀粉基微球的释放率基本不变，是三者中最低的，多孔淀粉的释放率快速增大，超过了玉米淀粉基微球并接近玉米淀粉的释放率，这可能是因为达到糊化温度后，多孔淀粉的孔道结构被显著破坏而趋向于常规淀粉的表面吸附作用。
由于本文的淀粉基微球是淀粉与MB 等亲水性物质先形成溶液均相，再通过液滴固化成球，在此过程中，淀粉分子链与亲水性物质充分缠绕、包覆，即使在高温水溶液等恶劣加工环境下，淀粉基微球仍显示了对亲水性物质较好的负载效果。 表2 和 图11 的结果充分说明，具有更高载药量的淀粉基微球在高温水环境下较其他淀粉基载体仍然具有显著优势。
2.4.2 释放时间和MB 添加量对玉米淀粉基微球MB 释放率的影响
图12 为释放时间和MB 添加量对玉米淀粉基微球MB 释放率的影响。
图12 释放时间（a）和MB 添加量（b）对玉米淀粉基微球MB 释放率的影响
从 图12 a 可以看出，在2.5 h 内，玉米淀粉基微球MB 释放率随时间呈线性增长趋势，在2.5 h 时，MB 释放率＞90%。从 图12 b 可以看出，随着MB 添加量的增大，玉米淀粉基微球MB 释放率呈线性增长趋势，从MB 添加量60.0 mg 时的58.34%±0.30%释放率增大到140.0 mg 时的91.52%±0.33%。从MB添加量为60.0～140.0 mg 时的载药量和包封率数据来看（MB 添加量为60.0 mg 时，载药量为1.46%±0.30%，包封率为73.12%±0.15%；MB 添加量为140.0 mg 时，载药量为2.94%±0.32%，包封率为62.60%±0.55%），MB 添加量的增加导致载药量增加，但包封率却降低，从而导致释放率相应地增加。结果表明，MB 添加量过大会导致包封率下降，释放率增大，不利于负载。
3 结论
本文将3 种天然淀粉高温糊化后以滴入法制备得到了3 种淀粉基微球，此微球既保留了淀粉的完整分子结构，又实现了淀粉基微球形貌均一、高收率等调控目标。
（1）淀粉基微球的平均粒径随着淀粉质量分数和针头孔径的增大而增大；较优制备条件为：淀粉质量分数10.0%、针头27 G（内径0.21 mm）、温度80 ℃。此时3 种淀粉基微球形貌均一，平均粒径最大（1.0～1.5 mm），收率均可达到90%以上，内部均存在不同程度的中空结构。
（2）与天然淀粉相比，淀粉基微球放热峰基本消失，晶型由典型的A 型晶体结构转变为较弱的V型结晶结构，且结晶度显著降低；玉米淀粉基微球 α -淀粉酶24 h 酶解率（42.78%）比玉米淀粉（41.91%）更高。
（3）3 种玉米淀粉基载体中，玉米淀粉基微球对MB 的载药量（2.01%±0.03%）和包封率（60.33%±0.90%）最大，在30～60 ℃水溶液中1 h 的MB 释放率低于玉米淀粉但高于玉米多孔淀粉，当温度＞70 ℃后释放率最低，表明，在高温水环境下淀粉基微球负载亲水性物质较其他淀粉基载体具有显著优势。
本文以简单的滴入法成功制备了形貌均一且具有特定应用性能的淀粉基微球，可为淀粉及其他天然高分子材料的微球化提供参考，并将促进淀粉和淀粉基微球在相关领域的更广泛应用。
