胡義鈺 馮成天 劉輝 袁坤 謝貴水 王真輝

摘 ?要 ?橡膠樹死皮已成為制約天然橡膠生產(chǎn)發(fā)展的重要因子之一，研發(fā)輕簡、高效的死皮防治技術(shù)是目前生產(chǎn)中亟需解決的問題。本文以海藻酸鈉/殼聚糖為壁材，橡膠樹死皮康復(fù)營養(yǎng)劑主要有效成分為芯材，通過復(fù)凝聚反應(yīng)將橡膠樹死皮康復(fù)營養(yǎng)劑制備成微膠囊。以微膠囊的包封率、載藥量為制備工藝優(yōu)化指標(biāo)，通過L16（45）正交實驗得出微膠囊的最佳制備工藝條件。研究結(jié)果表明，當(dāng)殼聚糖濃度為2.0 mg/mL、營養(yǎng)劑用量為1 g，體系反應(yīng)溫度為40?℃，pH為5，10%戊二醛用量為30 mL時，該工藝條件下制備的微膠囊相對圓整、粒度分布相對均勻（10～40 μm），其包封率達69.31%、載藥量達14.35%。所得的最佳工藝制備條件為后期實現(xiàn)木質(zhì)部埋植橡膠樹死皮康復(fù)營養(yǎng)劑緩釋微膠囊打下良好基礎(chǔ);為最終實現(xiàn)新型高效的橡膠樹死皮康復(fù)技術(shù)應(yīng)用提供依據(jù)。

關(guān)鍵詞 ?橡膠樹;死皮;康復(fù);海藻酸鈉/殼聚糖;微膠囊

中圖分類號 ?S794.1 ?????文獻標(biāo)識碼 ?A

Abstract ?Tapping Panel Dryness （TPD） is one of the important factors that restrict the development of natural rubber production. It is an urgent problem to develop simple and efficient prevention and treatment technology for TPD. In this paper， sodium alginate / chitosan was used as the wall material， and the main effective ingredients of TPD rehabilitation nutrition were used as the core material. The TPD rehabilitation nutrition was prepared into microcapsules by a complex coacervation reaction. An L16（45） orthogonal experimental design for the standardization of encapsulation rate and drug loading rate was applied to optimize the preparation procedure of the microspheres. The results showed that the best preparation condition were chitosan 2.0 mg/mL， nutritive agent 1 g， pH 5， 40?℃， and glutaraldehyde 30 mL. The microcapsules prepared under this process were relatively round and uniform in size distribution， with encapsulation rate of 69.31% and drug loading rate of 14.35%. The optimum preparation conditions would lay a good foundation for the later implementation of slow-release microcapsules of TPD rehabilitation nutrients embedded in xylem， and provide theoretical references for the application of new and efficient rehabilitation technology for TPD in Hevea brasiliensis.

Keywords ?Hevea brasiliensis; tapping panel dryness（TPD）; sodium alginate / chitosan; microcapsule

DOI ?10.3969/j.issn.1000-2561.2019.07.019

橡膠樹死皮是指乳管部分或全部喪失產(chǎn)膠能力的現(xiàn)象，其癥狀為割線排膠減少甚至完全停排。據(jù)估計，目前世界各植膠國約有20%～50%的橡膠樹存在死皮現(xiàn)象，每年因此損失的天然橡膠產(chǎn)量為131～174萬t，造成的直接經(jīng)濟損失約50億美元[1]。我國是橡膠樹死皮發(fā)病率較高的國家之一，尤其是在近些年，死皮發(fā)病率逐年大幅上升，全國死皮率高達24.71%[2]，有的膠園死皮停割率達到60%以上，每年因此減少了大量的干膠產(chǎn)量。橡膠樹死皮已成為制約天然橡膠生產(chǎn)發(fā)展的重要因子之一，如何對其進行有效的防治是目前生產(chǎn)急需解決的問題[3]。關(guān)于橡膠樹死皮最早的防治方法是1912年Rutgers采用的刨皮法[4];1989年，Siswanto等[5]采用隔離、刮皮同時配合使用棕油（95%）+敵菌丹（5%）混和制劑對橡膠樹死皮進行防治;20世紀(jì)七八十年代我國開始了刨皮、剝皮和開溝隔離等方法治療橡膠樹死皮的研究[6-7]。上述主要是物理防治方法，該類方法操作繁瑣，容易對樹體造成二次傷害，且恢復(fù)周期長。近些年，陳守才等[8]、馮永堂[9]、任建國[10]等先后發(fā)明了一些橡膠樹死皮防治藥劑，但在目前生產(chǎn)實踐中未見上述藥劑的應(yīng)用。以上方法或藥劑對橡膠樹死皮防治能起到一定作用，但效果有限，因此需要進一步研發(fā)更高效的橡膠樹死皮防治技術(shù)。中國熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)院橡膠研究所橡膠樹死皮防控技術(shù)團隊自2009年起開展橡膠樹死皮防控研究，經(jīng)過多年的研究獲得了一種橡膠樹死皮康復(fù)營養(yǎng)液[11]，通過對樹干噴施該營養(yǎng)劑可以取得較好的死皮防治效果[12]。但該防治方法需要多次反復(fù)施藥，勞動強度相對較大，且受天氣及操作等外部因素影響。所以有必要對現(xiàn)有營養(yǎng)劑劑型及施用技術(shù)進行改進。樹干木質(zhì)部埋植法是在枝干上鉆孔，將藥物直接埋入木質(zhì)部的一種施肥、給藥方法。童風(fēng)等[13]通過樹干木質(zhì)部埋植法矯正果樹缺鐵癥取得良好的效果。黎仕聰?shù)萚6]通過樹干打洞施藥治療橡膠樹死皮。經(jīng)施藥后兩年檢查，約有70%病樹病情減輕，15%病樹惡化;而對照有75%病樹惡化。可見采用打洞施藥法治療是有效的。但是，打洞部位木質(zhì)部有一條干枯帶長約30 cm，這表明藥劑施入樹干后，由于局部藥劑濃度過大，導(dǎo)致傷樹。海藻酸鈉是具有負(fù)電荷的聚陰離子高分子化合物，在水溶液中含有—COO[14];殼聚糖在水溶液中含有—NH2，氨基的氮原子上有1對未共用的電子，能夠從溶液中結(jié)合一個氫離子，形成帶有—NH3+的聚電解質(zhì)[15]。在一定條件下海藻酸鈉分子與殼聚糖分子發(fā)生復(fù)合凝聚，在溶液中的溶解度降低，包覆在芯材周圍凝聚形成微囊。本文以海藻酸鈉及殼聚糖為壁材，橡膠樹死皮康復(fù)營養(yǎng)劑有效成分[11]為芯材，將原水劑橡膠樹死皮康復(fù)營養(yǎng)劑制備成微膠囊劑型。擬結(jié)合樹干木質(zhì)部埋植技術(shù)對橡膠樹死皮進行防治，最終形成一套輕簡、高效的新型橡膠樹死皮康復(fù)技術(shù)。

1 ?材料與方法

1.1 ?材料

海藻酸鈉（化學(xué)純）由國藥集團化學(xué)試劑公司提供;殼聚糖（脫乙酰度≥90%、黏度50～800 mPas）購自浙江金殼藥業(yè)有限公司;冰醋酸、span-80、戊二醛、石油醚、異丙醇、氫氧化鈉等均為國產(chǎn)分析純，實驗用水為去離子水。主要設(shè)備：歐洲之星攪拌器（德國IKA公司）、HH-W05L型數(shù)顯恒溫水浴鍋（上?；ゼ褍x器設(shè)備有限公司）、精度pH計（上海儀電科學(xué)儀器股份有限公司）、循環(huán)真空泵（鞏義市英峪予華儀器廠）、低速大容量離心機（上海飛鴿牌）、原子吸收分光光度計（日本島津公司）等，其他為實驗室常規(guī)玻璃儀器。

1.2 ?方法

微膠囊的制備：橡膠樹死皮康復(fù)營養(yǎng)劑微膠囊的制備方法，包括如下步驟：配置一定濃度的海藻酸鈉溶液，攪拌均勻，調(diào)整pH到要求值（A液）;配置一定濃度的殼聚糖醋酸溶液，加入一定量的橡膠樹死皮康復(fù)營養(yǎng)劑，充分溶解，調(diào)整pH到要求值（B液）;將100 mL液體石蠟加入三口燒瓶，緩慢滴加2.5 mL的span-80，高速乳化10 min;向三口燒瓶中緩慢滴加A液100 mL，再繼續(xù)攪拌10 min;緩慢滴加B液體50 mL，固化10 min;滴加一定量10%的戊二醛，反應(yīng)2 h;離心、過濾、洗滌、干燥，得橡膠樹死皮康復(fù)營養(yǎng)劑微膠囊。

微膠囊制備工藝的優(yōu)化：通過查閱相關(guān)文獻及預(yù)實驗等分析，影響微膠囊成型的主要因素為壁材濃度（用量）、芯材（營養(yǎng)劑用量）、反應(yīng)體系溫度、pH及交聯(lián)劑用量等。本研究以包封率、載藥量為考察指標(biāo)，設(shè)計L16（45）正交實驗，結(jié)合前人經(jīng)驗及前期預(yù)實驗，選定各因子及水平見表1。

1.3 ?數(shù)據(jù)處理

2 ?結(jié)果與分析

2.1 ?各因素對各指標(biāo)的影響分析

2.1.1 ?各因素對包封率的影響 ?有效成分包封率低，則溶液中游離有效成分的量大，損失大，達不到將藥物制成制劑的目的，所以制備微膠囊時，要求藥物的包封率盡可能高。如圖1所示，殼聚糖濃度、反應(yīng)溫度及戊二醛用量對包封率的影響趨勢相似，均呈先增大后減小的趨勢;均存在一個峰值，殼聚糖濃度為2.0%，反應(yīng)溫度40?℃，戊二醛用量為30 mL時，其對應(yīng)包封率都最高。壁材（殼聚糖和海藻酸鈉）濃度增加，體系黏度增加，可有效阻止微膠囊在制備過程中芯材（橡膠樹死皮康復(fù)營養(yǎng)劑有效成分）從未固化的微滴擴散進入連續(xù)相，從而使包封率增加;但殼聚糖濃度過高，芯材移動受限嚴(yán)重，不利于其均勻分散，也會造成包封率降低。在一定范圍內(nèi)，當(dāng)反應(yīng)體系溫度升高，壁材黏度減小，流動性增強，有利于兩種高分子壁材的相互接觸，形成微膠囊結(jié)構(gòu)，將芯材包裹;但溫度過高，殼聚糖-海藻酸鈉反應(yīng)激烈，凝聚物之間的自聚現(xiàn)象嚴(yán)重，不利于其對芯材的包裹。交聯(lián)劑（戊二醛）用量過低，交聯(lián)不完全，形成的微膠囊表面空隙較大，芯材包裹不嚴(yán)實，容易泄漏;用量過高，使制備的微膠囊壁材的彈性和韌性都下降，在高速攪拌過程中微膠囊容易破裂，最終導(dǎo)致包封率降低。

在實驗設(shè)定的水平內(nèi)，包封率隨反應(yīng)體系pH增大先略微降低，然后小幅上升，但整體波動不大。殼聚糖在低pH范圍內(nèi)—NH3+較多，而海藻酸鹽鏈節(jié)中—COO-基團隨pH的升高而增多，殼聚糖和海藻酸鈉在pH相對較低或較高環(huán)境下更有利于其發(fā)生絡(luò)合反應(yīng)，形成微膠囊，從而提高包封率。圖1顯示，包封率隨芯材（營養(yǎng)劑）用量增加層單調(diào)遞交的趨勢。在壁材用量不變的情況下，其包封能力是有限的，根據(jù)包封率的定義，隨著芯材用量的增加，其包封率減小是很合理的。

2.1.2 ?各因素對載藥率的影響 ?載藥量是衡量一種微膠囊制備是否成功的重要指標(biāo)，它的大小直接關(guān)系著該藥劑的制備成本及其有效性。如圖2所示，在設(shè)定的水平內(nèi)，載藥量隨殼聚糖濃度及戊二醛用量增加先微弱增加，再呈單調(diào)遞減趨勢。壁材（殼聚糖及海藻酸鈉）濃度較低時，其用量不能夠完全包封加入體系中的芯材（營養(yǎng)劑有效成分），殼聚糖濃度的增加，宏觀上體現(xiàn)為更多的芯材被包裹起來，因此載藥量隨著殼聚糖濃度增加而增加;當(dāng)殼聚糖濃度繼續(xù)增加，壁材與芯材比例達到一個適當(dāng)?shù)谋壤龝r，載藥量達到一個峰值;而當(dāng)殼聚糖用量繼續(xù)增加時，形成的微膠囊膜可能增厚，因此載藥量較小。同理，當(dāng)交聯(lián)劑（戊二醛）用量較小時，交聯(lián)不完全，交聯(lián)劑用量的增加，宏觀上體現(xiàn)為更多的芯材被包裹起來，因此載藥量隨著交聯(lián)劑用量增加而增加;隨著其用量的增加，載藥量相應(yīng)增加，當(dāng)達一個峰值后，隨著交聯(lián)劑用量的增加，微膠囊壁可能增厚，其載藥量相應(yīng)降低。

載藥量隨體系反應(yīng)溫度大體先增加，達到一個峰值后，再層遞減趨勢，其變化趨勢和包封率隨反應(yīng)溫度變化趨勢相似。在較低溫度范圍內(nèi)，溫度的增加有利于殼聚糖與海藻酸鈉的絡(luò)合，形成微膠囊膜，將芯材包裹，從而提高其載藥量;當(dāng)載藥量達一定峰值后，溫度繼續(xù)增加，殼聚糖-海藻酸鈉反應(yīng)激烈，凝聚物之間的自聚現(xiàn)象嚴(yán)重，減少其對芯材的包裹，同時由于局部反應(yīng)激烈，在芯材表面形成的膜層也相對較厚，因此導(dǎo)致載藥量降低。

載藥量隨pH增加而單調(diào)遞減。雖然殼聚糖的分子擴散性能主要是由分子量決定的，但分子電荷密度的影響不能忽略。根據(jù)Lewis酸堿平衡理論，當(dāng)殼聚糖溶液的pH

2.2 ?正交優(yōu)化實驗結(jié)果及分析

2.2.1 ?正交實驗極差分析 ?正交實驗的結(jié)果見表2，通過分析直觀極差結(jié)果發(fā)現(xiàn)，5個因素對微膠囊包封率影響從大到小依次為：E>A>C>B>D，即：戊二醛用量>殼聚糖濃度>反應(yīng)溫度>營養(yǎng)劑用量>反應(yīng)pH，最優(yōu)組合為A3B1C3D4E2;4個因素對微膠囊載藥量影響的主次因素關(guān)系為：B>A>E> C>D，最優(yōu)組合為A2B4C3D1E2。綜合考量包封率及載藥量兩指標(biāo)對微膠囊制備成本及其自生有效性的權(quán)重。各因素對微膠囊的綜合影響從大到小依次為：A>E>C>D>B，即：殼聚糖濃度>戊二醛用量>反應(yīng)溫度>反應(yīng)pH>營養(yǎng)劑用量。

2.2.2 ?正交實驗方差分析 ?通過方差分析中的F值可知，各因素對包封率的影響大小依次為：E>A>C>B>D，即：戊二醛用量>殼聚糖濃度>反應(yīng)溫度>營養(yǎng)劑用量>反應(yīng)pH;各因素對載藥量的影響大小依次為：B>A>E>C>D，營養(yǎng)劑用量>殼聚糖濃度>戊二醛用量>反應(yīng)溫度>反應(yīng)pH;各因素對微膠囊綜合指標(biāo)的影響大小依次為：A> E>C>D>B，即：殼聚糖濃度>戊二醛用量>反應(yīng)溫度>反應(yīng)pH>營養(yǎng)劑用量（表3）。這一結(jié)果與極差分析的結(jié)果一致。

針對包封率，各因素的F值均小于臨界值F0.05（3，3）=9.28，所以各因素對包封率的影響均不顯著;針對載藥量，因素A、B的F值大于臨界值F0.05（3，3）=9.28，其他因素該值小于臨界值，所以殼聚糖濃度及營養(yǎng)劑用量對載藥量的影響顯著，其他因素對其影響不顯著;綜合量指標(biāo)，殼聚糖濃度、反應(yīng)溫度、戊二醛用量對微膠囊制備的綜合指標(biāo)影響顯著，營養(yǎng)劑用量及pH對其影響則不顯著。

綜上，橡膠樹死皮康復(fù)營養(yǎng)劑微膠囊復(fù)凝聚法的最佳制備工藝為：A3B1C3D4E2，即殼聚糖濃度為2.0?mg/mL、營養(yǎng)劑用量為1?g，體系反應(yīng)溫度為40?℃，反應(yīng)pH為5，10%戊二醛用量為30?mL。在此條件下制得的微膠囊相對圓整、粒度分布相對均勻（10～40 μm），其包封率達69.31%、載藥量達14.35%。如圖3所示，最優(yōu)工藝條件下制備的橡膠樹死皮康復(fù)營養(yǎng)劑微膠囊光學(xué)顯微照片。

3 ?討論

海藻酸鈉/聚賴氨酸（APA）微膠囊是目前研究最多、最成熟的一種微膠囊， 但由于聚賴氨酸價格昂貴，生物相容性差，限制了APA微膠囊的應(yīng)用。殼聚糖與聚賴氨酸結(jié)構(gòu)相似，但殼聚糖在生物相容性和資源上有明顯優(yōu)勢，逐漸成為聚賴氨酸的理想替代材料[22]。海藻酸鈉/殼聚糖微囊作為藥物的載藥系統(tǒng)，具有緩釋、控釋等理想效果，應(yīng)用前景較為廣闊[23]。

本研究以海藻酸鈉及殼聚糖為壁材，采用復(fù)凝聚法將橡膠樹死皮康復(fù)營養(yǎng)劑制備成微膠囊，擬結(jié)合樹干木質(zhì)部埋植技術(shù)對橡膠樹死皮進行防治。根據(jù)前期的探索性實驗及文獻，確定海藻酸鈉與殼聚糖濃度比為1∶1[24]，海藻酸鈉與殼聚糖的質(zhì)量比為1∶2時，其復(fù)凝聚反應(yīng)最佳[25]。通過多指標(biāo)綜合評分結(jié)合正交實驗方法確定其最優(yōu)制備工藝為：殼聚糖濃度為2.0 mg/mL、營養(yǎng)劑用量為1 g，體系反應(yīng)溫度為40?℃，反應(yīng)pH為5，10%戊二醛用量為30 mL。在此條件下制得的微膠囊相對圓整、粒度分布均勻，其包封率達69.31%、載藥量達14.35%。

王津等[16]以海藻酸鈉和殼聚糖為基質(zhì)材料制備布洛芬緩釋微球，藥物包封率為64.6%。孟慶廷等[26]用殼聚糖-海藻酸鈉微囊技術(shù)制備一系列葉綠素亞鐵微膠囊，包封率為30.4%～79.1%，載藥量為13.9%～35.5%。金言[27]以殼聚糖和海藻酸鈉為壁材，采用改良的復(fù)合法制備丁香酚微囊，微囊包封率為89.18%。南艷微等[28]以海藻酸鈉和殼聚糖溶液為囊材，對牛血清白蛋白（BSA）進行反復(fù)包裹，得到載藥量為16.47%～17.97%，包封率為55.00%～65.78%不等的微膠囊。余曉華等[29]以海藻酸鈉/殼聚糖為載體包覆尿素，制備的微球尿素含量為10%～20%。賈利娜等[30]采用乳化交聯(lián)法制備負(fù)載5-氟尿嘧啶的殼聚糖-海藻酸鈉磁性載藥微球，載藥量為6.69%，包封率為22.00%。王召等[31]采用復(fù)凝聚法制備阿維菌素B2海藻酸鈉-殼聚糖包埋顆粒劑，其載藥量為22.38%，包封率為95.26%。由此可見，不同芯材由于其物化性能的差異，其包封效果會有所差異。本研究所制備的海藻酸鈉/殼聚糖基橡膠樹死皮康復(fù)營養(yǎng)劑微膠囊包封率、載藥量分別為69.31%和14.35%，包封效果與前人研究相當(dāng)。因此采用本方法制備橡膠樹死皮康復(fù)微膠囊是比較可靠的。

通過極差分析及方差分析顯示各因素對微膠囊綜合指標(biāo)的影響大小依次為：殼聚糖濃度>戊二醛用量>反應(yīng)溫度>反應(yīng)pH>營養(yǎng)劑用量;其中殼聚糖濃度、反應(yīng)溫度、戊二醛用量影響顯著。王岸娜等[32]研究顯示壁材（殼聚糖/海藻酸鈉）濃度對微膠囊的包埋率和載藥量影響最大。因此，控制壁材濃度是微膠囊制備的關(guān)鍵。分析pH對包封率的影響表明，在一定范圍內(nèi)包封率隨反應(yīng)體系pH增大先略微降低，然后小幅上升。于煒婷等[33]的研究表明，當(dāng)殼聚糖溶液的pH由3.5增加到6.5時，殼聚糖與海藻酸鈉絡(luò)合深度呈現(xiàn)高-低-高的趨勢，與本結(jié)果相似。另外，整個反應(yīng)體系pH不宜過低，也不宜過高;pH過低殼聚糖容易降解[16];對于海藻酸鈉，pH過高也會發(fā)生降解[34]。于煒婷等[33]采用殼聚糖/海藻酸鈉復(fù)凝聚法制備微囊化大腸桿菌時，反應(yīng)溶液的最佳pH為5.0;王岸娜等[32]對殼聚糖-海藻酸鈉復(fù)凝聚法制備微膠囊的研究表明最佳pH為5.5?？梢妏H在5左右，比較有利于海藻酸鈉/殼聚糖體系發(fā)生復(fù)凝聚反應(yīng)，形成微膠囊。

本研究將課題組前期開發(fā)的橡膠樹死皮康復(fù)營養(yǎng)劑制備成微膠囊劑型，擬結(jié)合樹干木質(zhì)部埋植技術(shù)對橡膠樹死皮進行防治。通過樹干木質(zhì)部埋植技術(shù)將藥劑一次性埋入木質(zhì)部，相對省工省時;因藥物直接埋植在樹干木質(zhì)部，避免了樹干周皮的阻隔及天氣的干擾，藥劑被樹體直接吸收，藥效快，且藥劑利用率高;同時通過微膠囊技術(shù)實現(xiàn)藥劑的緩慢釋放，以期實現(xiàn)藥劑釋放與樹體對藥劑的需求同步，避免藥劑直接施用局部藥量過大傷樹。本研究的開展為研發(fā)輕簡、高效的橡膠樹死皮康復(fù)綜合技術(shù)提供技術(shù)支持，為研發(fā)新型的橡膠樹死皮康復(fù)技術(shù)提供了新的思路。

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