響應(yīng)曲面法優(yōu)化丁香油聚β-環(huán)糊精微球的制備研究*

楊黎燕，楊禮誠(chéng)，楊禮銘，余麗麗

(1.西安醫(yī)學(xué)院 藥學(xué)院，陜西 西安 710021；2.西安高新唐南中學(xué)高中部，陜西 西安 710075)

丁香油(Clove oil)系由丁香的莖葉經(jīng)水蒸氣蒸餾、加工制得的揮發(fā)油，具有特殊芳香氣味，且能提神、抑菌、祛風(fēng)等[1]。但丁香油不穩(wěn)定，致使進(jìn)一步的開(kāi)發(fā)受到限制。目前把丁香油作為芯材，進(jìn)行吸附包埋的研究報(bào)道較多，其中吸附包埋的基質(zhì)以β-環(huán)糊精和淀粉微球?yàn)樽疃郲2-4]，但持香效果并不特別理想。β-環(huán)糊精(β-CD)經(jīng)高分子化后內(nèi)部結(jié)構(gòu)疏松成蜂窩狀，具有交聯(lián)三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)了β-環(huán)糊精空穴的疏水性，促進(jìn)了包合作用的進(jìn)行，作為藥物載體，可有效地應(yīng)用于藥物控制釋放[5]。作者研究以β-環(huán)糊精聚合物微球包合物(β-CDP)微球吸附包載丁香油，可以提高丁香油穩(wěn)定性，具有緩釋性。

響應(yīng)曲面法(Response Surface Methodology，RSM)是一種通過(guò)對(duì)過(guò)程的回歸擬合，對(duì)響應(yīng)曲面、等高線的繪制，對(duì)反應(yīng)條件進(jìn)行優(yōu)化的實(shí)驗(yàn)統(tǒng)計(jì)方法[6]，已廣泛應(yīng)用于化學(xué)化工、食品、生物技術(shù)等領(lǐng)域[7-8]。作者采用飽和水溶液法制備丁香油β-CDP微球包合物，通過(guò)響應(yīng)曲面法研究了丁香油β-CDP微球的制備工藝，旨在為β-CDP微球成為較好固體香精載體材料提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

β-CDP微球：自制；丁香油：中國(guó)醫(yī)藥集團(tuán)上?；瘜W(xué)試劑公司；環(huán)氧氯丙烷：天津博迪化工股份有限公司；Span80：天津化學(xué)試劑有限公司；Tween20：天津市科密歐化學(xué)試劑有限公司；鹽酸：廣州化學(xué)試劑廠；無(wú)水乙醇：天津市河?xùn)|區(qū)紅巖試劑廠；丙酮：利安隆博華醫(yī)藥化學(xué)有限公司；所有試劑均為分析純。煤油：市售；實(shí)驗(yàn)用水為蒸餾水。

85-2磁力加熱攪拌器：上海浦東物理光學(xué)儀器廠；DZF-6050真空干燥箱：上?，槴\實(shí)驗(yàn)設(shè)備有限公司；揮發(fā)油提取器：津南玻璃儀器儀表廠；JJ-1電動(dòng)攪拌器：江蘇金壇市正基儀器有限公司；VECTOR-22傅里葉紅外光譜儀：德國(guó)BRUKER公司；JSM-6460掃描電鏡：日本電子公司；XSP-XSZ光學(xué)顯微鏡：北京泰克儀器有限公司；HH-WO-501恒溫水浴鍋：江蘇省金壇市醫(yī)療儀器廠；TDL-40B離心機(jī)：上海安亭科學(xué)儀器廠。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 丁香油β-CDP微球的制備

1.2.1.1 空白β-CDP微球的制備

以β-CD為原料，環(huán)氧氯丙烷(ECH)為交聯(lián)劑，加入一定量含有乳化劑Span80和Tween20的煤油，參照文獻(xiàn)[7]合成微球。依次用稀鹽酸、乙醇、蒸餾水、丙酮充分洗滌，除去各種雜質(zhì)，60 ℃下真空干燥至質(zhì)量恒定。

1.2.1.2 丁香油環(huán)糊精微球包合物的制備

采用飽和水溶液法制備[9]。取一定量的β-CDP微球，加適量蒸餾水加熱溶解，放涼至所需溫度，加1 mL丁香油混合，密封，恒溫電磁攪拌適當(dāng)時(shí)間后取出，自然冷卻，冰箱冷藏過(guò)夜(24 h)，取出初產(chǎn)品離心，置真空干燥箱內(nèi)40 ℃下減壓干燥6 h，即得丁香油β-環(huán)糊精微球。

1.2.2 評(píng)價(jià)指標(biāo)

按《中國(guó)藥典》2010年版附錄揮發(fā)油測(cè)定法(乙法)操作[1]，取丁香油 1 mL,置250 mL圓底燒瓶中，加入蒸餾水 100 mL，連接揮發(fā)油提取器，加液體石蠟1 mL到接受器中，以水蒸氣蒸餾法提取至油量不再增加，讀出揮發(fā)油量( mL)，按照式(1)和式(2)計(jì)算揮發(fā)油包油率(Y1)和揮發(fā)油微球產(chǎn)率(Y2)。

(1)

(2)

1.2.3 因素水平確定

根據(jù)前期實(shí)驗(yàn)，選定溫度(A)、β-CDP微球與丁香油的投料比[m(β-CDP微球)∶V(丁香油)](B)、時(shí)間(C)為主要影響因素，每個(gè)因素3水平，采用響應(yīng)曲面優(yōu)化[8]，見(jiàn)表1。

表1 響應(yīng)曲面因素與水平

2 結(jié)果與討論

2.1 響應(yīng)曲面實(shí)驗(yàn)結(jié)果

以丁香油的包油率(Y1)和揮發(fā)油微球的產(chǎn)率(Y2)為指標(biāo)，綜合考慮各項(xiàng)指標(biāo)的優(yōu)劣及重要程度進(jìn)行排序，分別設(shè)定包油率、微球的產(chǎn)率最高為10分，最低為1分，按照比例關(guān)系計(jì)算出其它得分，然后相加包油率和產(chǎn)率得分，得出每號(hào)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的經(jīng)驗(yàn)得分Y0，然后運(yùn)用SPSS軟件把經(jīng)驗(yàn)得分Y0作為因變量，將各指標(biāo)經(jīng)驗(yàn)得分分別作為自變量Y1、Y2，求出線性回歸方程式Y(jié)=0.190Y1+0.262 0Y2-20.599。再把各實(shí)驗(yàn)的指標(biāo)實(shí)測(cè)值代入線性回歸方程中計(jì)算，即得該號(hào)實(shí)驗(yàn)的線性回歸綜合得分，以綜合得分作為響應(yīng)值，響應(yīng)結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 響應(yīng)曲面實(shí)驗(yàn)分析及結(jié)果

表3 回歸分析結(jié)果1)

1) **極顯著水平P<0.01；*顯著水平P<0.05。

表3表明，各因素影響大小依次為 B>A>C，即3個(gè)因素中對(duì)綜合評(píng)分影響最大的是β-CDP 微球與丁香油的投料比，包合溫度次之，包合時(shí)間影響最小。

2.2 響應(yīng)曲面分析

根據(jù)回歸方程作出不同因子的響應(yīng)曲面分析圖見(jiàn)圖1。

圖1 綜合評(píng)分的響應(yīng)曲面

圖1中A、B、C分別是包合溫度、β-CDP微球與丁香油的投料比、包合時(shí)間3因素之一取零水平時(shí)，其它2因素對(duì)綜合評(píng)分的影響。通過(guò)觀察可以發(fā)現(xiàn)：在實(shí)驗(yàn)范圍內(nèi)，綜合評(píng)分隨實(shí)驗(yàn)3因素的變化趨勢(shì)都是先增大后減小。包合溫度越高丁香油擴(kuò)散至微球內(nèi)部越充分，但隨著包合溫度的增加揮發(fā)也就加大；β-CDP 微球與丁香油的投料比增大，綜合評(píng)分隨之增大，隨微球與丁香油的投料比增大至一定程度，包合達(dá)到飽和；包合時(shí)間越長(zhǎng)，丁香油與微球接觸越充分，但受熱時(shí)間過(guò)長(zhǎng)丁香油揮發(fā)也會(huì)增加，并且長(zhǎng)時(shí)間的電磁攪拌會(huì)破壞微球結(jié)構(gòu)。

為了進(jìn)一步確證最佳點(diǎn)的準(zhǔn)確位置，對(duì)回歸方程的3個(gè)自變量分別取一階偏導(dǎo)，并令偏導(dǎo)方程等于零整理得：

-2.11+0.33X2+1.67X3-7.88X1=0；

3.76+0.33X1-0.42X3-11.76X2=0；

-0.20+1.67X1-0.42X2-8.78X3=0

代入變換公式即得包合溫度37.3 ℃，β-CDP微球與丁香油的投料比2.26∶1，包合時(shí)間1.9 h。

2.3 驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)

按實(shí)際情況調(diào)整最優(yōu)合成方案為V(丁香油)=1 mL、m(β-CDP微球)=2.3 g、V(水)=46 mL、包合溫度37 ℃、包合時(shí)間 2.0 h。為了驗(yàn)證其可靠性，按照最佳合成條件進(jìn)行3次驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，3次實(shí)驗(yàn)平均包油率為81.90%，產(chǎn)率為91.98%，綜合評(píng)分為18.6。由此可見(jiàn)該多元二次回歸模型可以較好的反映綜合評(píng)分與各影響因素的關(guān)系。

2.4 表面形態(tài)分析

丁香油β-CDP 微球的偏光顯微鏡圖見(jiàn)圖2，由圖2可看出丁香油微球表面圓滑工整，分散性較好。

圖2 丁香油β-環(huán)糊精微球偏光顯微鏡圖(放大200倍)

2.5 紅外光譜表征

σ/cm-1圖3 β-CDP微球(a)、丁香油β-CDP微球包合物(b)及丁香油(c)的紅外圖譜

3 結(jié) 論

采用響應(yīng)曲面法優(yōu)化實(shí)驗(yàn)條件，結(jié)合實(shí)際得到制備方法為V(丁香油)=1 mL、m(β-CDP微球)=2.3 g、V(水)=46 mL、包合溫度37 ℃、包合時(shí)間2.0 h。為了驗(yàn)證其可靠性，按照最佳合成條件下進(jìn)行3次驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，3次實(shí)驗(yàn)平均包油率為81.9%，產(chǎn)率為91.98%，綜合評(píng)分為18.6。所得微球分散性好，表面光滑圓整。紅外分析表明丁香油成功包合于β-CDP微球中，丁香油與β-CDP微球并不是簡(jiǎn)單的物理混合。

[ 參 考 文 獻(xiàn) ]

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