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1、第四章 天然药用高分子材料 及其衍生物 n4.1概述 n4.2多糖类天然药用高分子及其衍生物 n4.3蛋白质类天然药用高分子及其衍生 物 n天然药用高分子：自然界存在的可供药物制剂 作辅料的高分子化合物。淀粉、维生素、阿拉 伯胶、甲壳素、海藻酸、透明质酸、明胶、白 蛋白等。 n天然药用高分子衍生物：天然药用高分子通过 物理结构破坏、化学分子切断、重排、氧化或 引入取代基、生物改性加工，形成了性质发生 变化、加强或具有新的性质的天然药用高分子 衍生物。 天然药用高分子材料的定义 n化学组成：多糖类（糖基间通过苷键连接而成 的一类高分子聚合体）、蛋白质类（用动物原 料制取的一类聚L-氨基酸化合物）
2、、其它 n原料来源：淀粉、纤维素、甲壳素及其衍生物 n加工制备：天然高分子材料、天然高分子衍生 物材料、生物发酵或酶催化高分子材料 天然药用高分子材料的分类 n共性：无毒、应用安全、性能稳定、成膜性好 、生物相容性好、价格低廉 n应用：传统制剂、现代剂型和给药系统如：缓 控释制剂、纳米药物制剂、靶向给药系统和透 皮治疗系统 天然药用高分子材料的特点 返回 n多糖：多个单糖分子脱水、缩合通过苷键连接 的一类高分子聚合体。 n特点：分子量大、一般为无定性粉末或结晶， 具吸湿性，苷键可为酸或酶催化水解，无甜味 ，无还原性，有旋光性，无变旋现象 n分类 多糖类天然药用高分子及其衍生物 均多糖一种糖基、
3、中性 杂多糖两种及以上糖基、酸性 一、淀粉及其衍生物 （一）淀粉 n来源：植物的种子或块中 多糖类天然药用高分子及其衍生物 来源淀粉含量 来源淀粉含量 糙米73%豌豆58 % 高梁70 %蚕豆49 % 燕麦面 67 %荞麦面 40 % 小麦66 %甘薯19 % 大麦60 %马铃薯 16 % 谷子60 % 多糖类天然药用高分子及其衍生物 n结构蛋白包裹的颗粒。主要成分及比例： 直链淀粉(糖淀粉)：占1020 支链淀粉(胶淀粉)：占8090 n结构单元：D吡喃型葡萄糖基 多糖类天然药用高分子及其衍生物 n直链淀粉葡萄糖基以 ,苷键连接 的线性聚合物； 平均聚合度为8003000；相 对分子质量约为
4、128000480000。 v空间结构：分子内氢键作用，链卷曲成右手螺 旋形，6个葡萄糖形成一个螺旋。 多糖类天然药用高分子及其衍生物 -1，4苷键葡萄糖单元 n支链淀粉葡萄糖基单位之间以 ， 苷键连接构成主链，在主链分支处通过 ，苷键形成支链。分支点的 ， 苷键占总糖苷键的4%-5%，平均分子量1107 5108，聚合度为5万-250万 v空间结构：高度分枝的大分子，一般认为每隔 15个单元，就有一个 ，苷键接出的 分支。 多糖类天然药用高分子及其衍生物 多糖类天然药用高分子及其衍生物 多糖类天然药用高分子及其衍生物 -1,4-苷键 直链 淀粉 成键 特征 -1,6苷键 -1,4-苷键 支链
5、 淀粉 成键 特征 n淀粉粒的超大分子结构模型 局部结晶网状结构，其中起骨架作用的是巨大 的支链分子，直链分子一部分单独包含在淀粉 粒中，也有一部分分布在支链分子当中，与支 链分子的分支混合构成微晶束。 淀粉粒中的结晶区占2550，其余为无定 形区。 多糖类天然药用高分子及其衍生物 n性质 一般物理性质 形态与物性：比重约为1.5，玉米淀粉是白色 结晶粉末，球状或多角形，干燥且不受热时， 性质稳定。 溶解性：分散于水，2%水混合液pH5.5-6.5 ，与水的接触角为80.5。-85。，不溶于水、乙 醇和乙醚 吸湿性：淀粉含水（葡萄糖单元存在的众多醇 羟基与水分子相互作用形成氢键） 多糖类天然药
6、用高分子及其衍生物 淀粉的水化、膨化、糊化： 多糖类天然药用高分子及其衍生物 不离心 分离 淀粉 在水 中加 热至 60 80。C 直链淀粉脱 离支链淀粉 支链淀粉溶 胀 离心 分离 黏稠胶体溶液 突然大量膨化 破裂(一定T) 晶体结构消失 黏稠的糊糊化 无定型区吸水膨胀淀粉 水 淀粉颗粒膨胀 水 膨化 离心分离后的直链淀粉与支链淀粉 多糖类天然药用高分子及其衍生物 伸展为线性溶胀颗粒 胶体 脱水干燥粉碎脱水干燥粉碎 热水不溶加热至140 150 再冷却再冷却 凝胶结晶 冷水溶解 糊化本质：水分子进入淀粉粒中，结晶相和无定 形相的淀粉分子之间的氢键断裂，破坏了缔合 结构，分散在水中成为亲水性的
7、胶体。 影响糊化的因素：淀粉粒结构；温度高低；共存 的其它组分(糖、脂类、盐会不利糊化) ；PH 值；淀粉酶；搅拌。 多糖类天然药用高分子及其衍生物 淀粉种类 糊化温度范围（ ） 糊化开始温度（ ） 大米586158 小麦6567.565 玉米647264 高粱697569 淀粉的回生（老化、凝沉）：淀粉糊或稀溶液 在低温静置一定时间，变成不透明的凝胶或析 出沉淀，这种现象称为回生或老化。形成的淀 粉称为回生淀粉（淀粉）。 本质：温度降低，糊化淀粉分子运动速度减慢， 直、支链淀粉分子趋于平行排列，互相靠拢 氢键混合三维网状微晶束，与水亲和力降低 低浓度沉淀 高浓度氢键作用，分子自动排序致密三维
8、网 状凝胶体 多糖类天然药用高分子及其衍生物 多糖类天然药用高分子及其衍生物 淀粉颗粒在加热和冷却时的变化 影响老化的因素 温度：2-4，淀粉易老化;60或-20 ，不易老化； 含水量：30%-60%，易老化；含水量过低或过 高，均不易老化； 结构：直链淀粉易老化；聚合度中等的淀粉易 老化； pH值：7或10，因带有同种电荷，老化减 慢 多糖类天然药用高分子及其衍生物 共聚物的影响：脂类和乳化剂可抗老化；多糖 （果胶例外）、蛋白质等亲水大分子，可与淀 粉竞争水分子及干扰淀粉分子平行靠拢，从而 起到抗老化的作用； 其他因素：淀粉浓度、某些无机盐对于老化也 有一定的影响。 多糖类天然药用高分子及其
9、衍生物 (2)水解反应 酸催化水解（稀硝酸） ： 多糖类天然药用高分子及其衍生物 淀粉 糊精 低聚糖 麦芽糖 葡萄糖 酶催化水解 种类 类型 作用部位 水解产物 淀粉酶内切型酶链内部14苷键麦芽糖、葡萄糖及糊精 淀粉酶外切型酶链非还原端1,4苷键麦芽糖 葡萄糖淀粉酶外切型酶链端1，4(6)苷键葡萄糖 脱支酶内切型酶支链1，6苷键 （3）显色 原理：淀粉和糊精分子都具有螺旋结 构，每6个葡萄糖基组成的螺旋内 径与（I2.I -)直径大小匹配，当 与碘试液作用时，（I2.I-)进入螺 旋通道，形成有色包结物。螺旋结 构长，包结的（I2.I-)多，颜色加 深 直链蓝色 支链紫红 加热螺旋圈伸展成线性
10、颜色褪去 冷却螺旋结构恢复颜色重现 多糖类天然药用高分子及其衍生物 2 淀粉的来源、加工与物理改性 （1)来源 按其来源可分为：谷类淀粉、薯类淀粉、豆类 淀粉、果蔬类淀粉。 药用淀粉主要以谷类淀粉中的玉米淀粉为主。 （2）玉米淀粉的加工制备（自看) 多糖类天然药用高分子及其衍生物 （3）物理改性与预胶化淀粉 糊化可溶性淀粉 新鲜制备的糊化淀粉脱水干燥处理，可得易分 散于冷水的无定形粉末，即可溶性淀粉。 多糖类天然药用高分子及其衍生物 预胶化部分化淀粉、可压性淀粉 淀粉经物理改性，在有水存在下，淀粉粒全部 或部分破坏的产物。部分直链淀粉和支链淀粉 从淀粉粒中游离出来。 制备条件：强力压缩后解压或
11、加热其水混悬液 预胶化淀粉系无定形粉末，Starch RX含5游 离态直链淀粉，15游离态支链淀粉和80非 游离态淀粉，也可能含有处理过程中添加的少 量表面活性剂等。 多糖类天然药用高分子及其衍生物 预胶化淀粉与淀粉相比：预胶化淀粉弹性较小， 与水亲和性好，容易在水中分散；压缩性能、 干燥粘合性、流动性和润滑性良好；溶胀迅速 ；适合用作片剂和胶囊剂的填充剂和崩解剂。 （4）水解糊精（淀粉水解过程的中间产物） 制法：干燥状态下将淀粉水解与无机酸共热 根据遇碘-碘化钾溶液产生的颜色不同，分为蓝 糊精、红糊精、无色糊精 多糖类天然药用高分子及其衍生物 （5）酶解环糊精 直链淀粉在酶作用下生成的环状低
12、聚物，通常 含有6-12个葡萄糖单元，其中6、7、8个葡萄 糖单元研究最多、意义重大，分别称为alpha- 、beta-和gama-环糊精。 多糖类天然药用高分子及其衍生物 环糊精结构特点 圆筒状；外缘亲水、内腔疏水，即具有极性的 外侧和非极性的内侧；有手性。 其内腔疏水而外部亲水的特性使其可依据范德 华力、疏水相互作用力、主客体分子间的匹配 作用等与许多有机和无机分子的包合物及分子 组装体系。这种选择性的包络作用即通常所说 的分子识别，其结果是形成主客体包络物 (Host-Guest Complex)。 多糖类天然药用高分子及其衍生物 - 环糊精在中药制剂中的应用： 1.在中药制剂中，主要用
13、于包合挥发油，防止中 药挥发油在生产和贮藏过程中挥发、升华或氧 化变质。 2.增加药物溶解度，提高制剂的生物利用度，减 少服药剂量。 3.掩盖药物具有的不良臭味、苦涩味，甚至刺激 性。 4.-环糊精与药物包合可以达到药物贮存的作用 ，控制药物释放，达到靶向或控释给药的目的 。 多糖类天然药用高分子及其衍生物 3.淀粉及聚集态结构变化的淀粉在药物制剂中的 应用 （1）淀粉 崩解剂:淀粉直链分散于支链网孔中，支链遇 水膨胀，直链脱离，促进淀粉崩解；非均相结 构（晶区及无定形区）受力不平衡性；毛细吸 水作用、本身吸水膨胀作用。但仅适用于 不溶或微溶性药物的片剂 多糖类天然药用高分子及其衍生物 作为稀
14、释剂，可压缩性差，难以成型，需加适 量糖粉或糊精混合增加黏性和硬度。 吸水辅料：制备中药干浸膏成分的中药制剂， 解决稠膏干燥问题。 多糖类天然药用高分子及其衍生物 （2）预胶化淀粉 与天然淀粉和微晶纤维素相比，它具有以下特点 ： 流动性好，并有黏合作用，可增加片剂硬度， 减少脆碎度 可压性好，弹性复原率小，适用于全粉末压片 ； 具良好润滑作用，减少片剂从膜圈顶出的力量 ； 良好的崩解性质。 多糖类天然药用高分子及其衍生物 用途： 预胶化淀粉具有溶胀、变形复原作用黏合 性、可压性、促进崩解和溶出；崩解作用不受 崩解液pH影响； 改善药物溶出作用，有利于生物利用度的提 高； 改善成粒性能，加水后适
15、度黏着，适于流化 床制粒，高速搅拌制粒，并有利于均匀粒度， 成粒容易。 多糖类天然药用高分子及其衍生物 （3）糊精 片剂胶囊剂-稀释剂 片剂黏合剂释放性能差，干扰主药含量测定 口服液体制剂或混悬剂增粘剂 环糊精稳定缓释，提高溶解度，掩盖异味的作 用；增加反应的立体选择性与区域选择性被用 于有机合成中 多糖类天然药用高分子及其衍生物 (二)淀粉衍生物 n氧化淀粉-用次氯酸盐或过氧化氢等氧化剂使 淀粉氧化。 n交联淀粉-淀粉与具有两个或多个官能团的化 学试剂如环氧氯丙烷和甲醛等交联剂作用，使 不同淀粉分子的羟基间联结在一起. n淀粉酯-乙酸酯、高级脂肪酸酯、硫酸酯、硝 酸酯等。 n淀粉醚-羟丙基淀
16、粉和羧甲基淀粉等。 多糖类天然药用高分子及其衍生物 1.羧甲基淀粉钠(CMS-Na) 广泛应用的崩解剂，系淀粉的羧甲基醚。 水性羧甲基的存在，使淀粉分子内及分子间氢 键减弱，结晶性减小，轻微的交联结构降低了 它的水溶性，从而在水中易分散并具溶胀性。 吸水后体积可增加300倍。目前国内外均有商 品出售。 多糖类天然药用高分子及其衍生物 羧甲基淀粉钠(CMS-Na)的制备 多糖类天然药用高分子及其衍生物 2.羟乙基淀粉(HES) 淀粉与环氧乙烷在碱催化条件下反应制得。 糊液黏度稳定；透明性好，黏力强；醚键的化 学稳定性好 用作冷冻时血红细胞的保护剂；与二甲基亚砜 复配作为骨髓的良好冷冻保护剂 多糖类天然药用高分子及其衍生物 3.交联淀粉 （1）冷冻稳定性
