高壓均質(zhì)法制備薄荷揮發(fā)油純膠包合物

謝 媛， 王洛臨， 施之琪， 周 蓉

(1. 廣州中醫(yī)藥大學(xué)，廣東 廣州510405;2. 廣東省中醫(yī)藥工程技術(shù)研究院，廣東 廣州510095)

薄荷為唇形科植物薄荷Mentha haplocalyx Briq的干燥地上部分，其莖葉經(jīng)水蒸氣蒸餾、加工制得的揮發(fā)油具有清涼、鎮(zhèn)痛抗炎、殺菌止癢等較強(qiáng)的藥理作用。薄荷揮發(fā)油普遍廣泛應(yīng)用于中醫(yī)方藥中，由于揮發(fā)油具有較強(qiáng)的揮發(fā)性，在制劑中存在容易揮發(fā)損失、攜帶不方便、穩(wěn)定性差等缺點，一般采用包合技術(shù)將其制成包合物。雖然目前對薄荷揮發(fā)油的包合研究報道較多，但其中報道較多集中于β-環(huán)糊精和β-環(huán)糊精衍生物［1-3］，其它包合材料尚未見報道，本試驗采用食品添加劑辛烯基琥珀酸淀粉鈉(starch sodium octenyl succinate)，其商品名為純膠(SSOS)，對薄荷揮發(fā)油進(jìn)行包合，并進(jìn)行包合工藝條件優(yōu)選，使揮發(fā)油固體粉末化，為中藥制劑工業(yè)化提供參考。

1 實驗材料

1.1 藥品與試劑 薄荷揮發(fā)油(廣東一方制藥廠提供，批號TL120549);純膠(德清三富有限公司，批號20132016);β-環(huán)糊精(孟州市華興生物化工有限公司，批號20130107);其余試劑均為分析純。

1.2 實驗儀器 JB300-D 型強(qiáng)力電動攪拌機(jī)(上海標(biāo)本模型廠);HH-6 型數(shù)控恒溫水浴箱(上海梅香儀器有限公司);HDM-500B 型電子調(diào)溫電熱套(上海比朗儀器有限公司);DHG -9070A 型電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱 (上海精宏實驗設(shè)備有限公司);SRH60-70 高壓均質(zhì)機(jī)(上海申鹿均質(zhì)機(jī)有限公司);DC-1500 實驗型噴霧干燥機(jī)(上海達(dá)程試驗設(shè)備有限公司);Nicolet6700 傅里葉變換紅外光譜儀(美國賽默飛世爾有限公司);DSC-60 差示熱掃描儀(日本島津公司)。

2 實驗方法與結(jié)果

2.1 薄荷揮發(fā)油比重測定 取薄荷揮發(fā)油，用無水硫酸鈉脫水，采用比重瓶法測得揮發(fā)油的密度為0.878 6 g/mL。

2.2 揮發(fā)油空白回收率的測定 按《中國藥典》2010 年版一部附錄XD 揮發(fā)油測定法甲法測定揮發(fā)油空白回收率。取薄荷揮發(fā)油1 mL，置圓底燒瓶中，加入蒸餾水100 mL 及少許沸石，用揮發(fā)油測定器提取揮發(fā)油，以水蒸氣蒸餾法提取至油量不再增加為止，放冷，讀取體積數(shù)，計算揮發(fā)油空白回收率?？瞻谆厥章? (回收的揮發(fā)油體積/加入的揮發(fā)油體積) ×100%，計算薄荷揮發(fā)油的空白回收率為93.12%。

2.3 揮發(fā)油包合率、包合物收率的測定 稱取適量包合物，精密稱重，置于500 mL 圓底燒瓶中，加入250 mL 蒸餾水，按“2.2”項下方法測定包合物中的揮發(fā)油，并按下式分別計算包合物收率、包合物揮發(fā)油包合率;其計算方法如下:包合物收率(%) =包合物重量/ (純膠加入量+揮發(fā)油加入量) ×100%;揮發(fā)油包合率(%) =包合物中揮發(fā)油量/ (投油量 × 揮發(fā)油空白回收率)×100%。

2.4 包合工藝的綜合評價指標(biāo) 包合率為衡量包合效果的主要指標(biāo)，包合率越高，揮發(fā)油包合效果越好，因而將其作為主要指標(biāo)，權(quán)重系數(shù)定為0.6;收率在實際生產(chǎn)中具有重要意義，但是片面的最求包合率會導(dǎo)致輔料的用量增多，不利于生產(chǎn)，故將收率作為次要指標(biāo)，權(quán)重系數(shù)定為0.4。綜合評分=60 × (包合率/包合率max) +40 × (包合物收率/包合物收率max)。

2.5 不同包合材料的比較

2.5.1 β-CD 包合物的制備 參考文獻(xiàn)選取β-CD包合薄荷揮發(fā)油的最佳工藝［4］，稱取40 g 的β-CD，加入6 倍量蒸餾水，于45 ℃水浴攪拌均勻，制成飽和溶液。緩緩加入薄荷揮發(fā)油5 mL，室溫攪拌2 h，靜置，冰箱中冷藏24 h，抽濾，用適量石油醚洗去附著在β-CD 包合物表面的揮發(fā)油，置40 ℃減壓干燥5 h，即得β-CD 包合物，稱定質(zhì)量。

2.5.2 純膠包合物的制備 稱取40 g 的純膠，根據(jù)預(yù)試驗加3 倍量蒸餾水，緩緩加入薄荷揮發(fā)油5 mL，室溫攪拌2 h，乳液噴霧干燥，控制進(jìn)風(fēng)溫度180 ℃，出風(fēng)溫度90 ℃，即得純膠包合物，稱定質(zhì)量。

2.5.3 兩種包合材料包合效果比較 取“2.5.1”項和“2.5.2”項下制備的兩種包合物，以包合物的收率和揮發(fā)油包合率的綜合評分作為指標(biāo)進(jìn)行評價，結(jié)果見表1。

表1 不同包合材料包合物比較(n=3)Tab.1 Comparison between different inclusion materials(n=3)

由表1 可知，純膠包合的效果明顯優(yōu)于β-環(huán)糊精包合，因此將對純膠包合進(jìn)行進(jìn)一步研究。

2.6 包合工藝的比較［5］

2.6.1 飽和水溶液法 稱取純膠40 g，加蒸餾水制成飽和溶液。取5 mL 薄荷揮發(fā)油，緩慢加入純膠飽和溶液中，室溫攪拌0.5 h，乳液進(jìn)行噴霧干燥，稱定質(zhì)量，即得薄荷純膠包合物。

2.6.2 磁力攪拌器法 稱取純膠40 g，加3 倍量蒸餾水，一邊攪拌一邊緩慢加入5 mL 薄荷揮發(fā)油，攪拌至均勻。在恒溫磁力攪拌器上以500 r/min，35 ℃攪拌0.5 h，取出，放置室溫，乳液進(jìn)行噴霧干燥，稱重，即得薄荷純膠包合物。

2.6.3 高壓均質(zhì)機(jī)法［6］稱取純膠40 g，加3 倍量蒸餾水，一邊攪拌一邊緩慢加入5 mL 薄荷揮發(fā)油，攪拌至均勻。采用高壓均質(zhì)機(jī)均質(zhì)壓力30 MPa，循環(huán)次數(shù)10 次，所得乳液進(jìn)行噴霧干燥，稱重，即得薄荷純膠包合物。

2.6.4 分別稱取飽和水溶液法、磁力攪拌器法、高壓均質(zhì)機(jī)法制得的包合物。按“2.2”項下方法測定包合物中揮發(fā)油含有量，并計算包合物收率和揮發(fā)油包合率。結(jié)果見表2。

表2 不同包合工藝包合物比較(n=3)Tab.2 Comparison among different inclusion technology(n=3)

由表2 可知，高壓均質(zhì)機(jī)的包合效果優(yōu)于超聲法和磁力攪拌法，因此對高壓均質(zhì)法包合進(jìn)行進(jìn)一步研究。

2.7 高壓均質(zhì)法包合工藝的優(yōu)化 根據(jù)預(yù)試驗結(jié)果，主要影響包合的因素是純膠和揮發(fā)油比例、循環(huán)次數(shù)、均質(zhì)壓力，采用L9(34)進(jìn)行正交實驗，因素水平表見表3，結(jié)果見表4，方差分析見表5。F0.01(2，2)=99.00 F0.05(2，2)=19.00

表3 高壓均質(zhì)法包合工藝的考察因素及水平Tab.3 Levels and factors for the inclusion of volatile oil by high pressure homogenization

表4 高壓均質(zhì)包合工藝L9(34)正交實驗Tab.4 L9(34)orthogonal design for the inclusion of volatile oil by high pressure homogenization

表5 高壓均質(zhì)包合揮發(fā)油工藝方差分析Tab.5 Variance analysis for the inclusion of volatile oil by high pressure homogenization

2.7.1 包合工藝方差分析 由極差分析結(jié)果表明各因素對包合效果的影響程度為:揮發(fā)油與純膠比例(A) ＞均質(zhì)壓力(C) ＞循環(huán)次數(shù)(B)。方差分析結(jié)果表明:揮發(fā)油與純膠的比例對包合的影響有極顯著意義(P ＜0.01)，均質(zhì)壓力對包合也有顯著意義，而循環(huán)次數(shù)對包合沒有統(tǒng)計學(xué)意義，考慮節(jié)約能源等因素，減少循環(huán)次數(shù)，故本試驗薄荷揮發(fā)油純膠包合物的最佳包合工藝為A3B1C2;即薄荷揮發(fā)油(mL)∶純膠(g)為1 ∶8，循環(huán)次數(shù)10 次，均質(zhì)壓力40 MPa。

2.7.2 驗證實驗 按優(yōu)選的包合工藝，取80 g 純膠，加入240 mL 蒸餾水，一邊攪拌一邊緩慢加入10 mL 薄荷揮發(fā)油，攪拌至均勻。采用高壓均質(zhì)機(jī)均質(zhì)壓力40 MPa，循環(huán)次數(shù)10 次，所得乳液進(jìn)行噴霧干燥，稱定質(zhì)量，即得包合物。3 批包合物的收率、揮發(fā)油包合率結(jié)果見表6。結(jié)果表明薄荷揮發(fā)油包合物平均收率為80.35%，平均包合率為73.06%，綜合評分平均為97.07，驗證結(jié)果與正交試驗優(yōu)選結(jié)果相符，表明正交試驗優(yōu)選確定的工藝條合理、穩(wěn)定、可行。

表6 揮發(fā)油優(yōu)選包合工藝驗證試驗(n=3)Tab.6 Validation for inclusion of volatile oil (n=3)

2.8 包合物的表征

2.8.1 薄層色譜驗證 分別量取包合前的揮發(fā)油和包合物中提取出來的揮發(fā)油各0.5 mL 置于10 mL量瓶中，用無水乙醇稀釋至刻度。分別吸取上述樣品5 μL 點于同一硅膠G 薄層板上，以甲苯-乙酸乙酯(19 ∶1)為展開劑，展開、取出、晾干，噴以香草醛硫酸試液-乙醇(1 ∶4)的混合溶液，在100 ℃加熱至斑點顯色清晰。觀察所呈現(xiàn)斑點，包合前、后揮發(fā)油在相同位置上顯相同顏色斑點。結(jié)果表明包合前、后揮發(fā)油組成分基本無影響。薄層色譜圖見圖1。

圖1 薄層色譜圖Fig.1 Chromatogram of TLC

2.8.2 傅里葉紅外光譜法 采用溴化鉀壓片法測定純膠、揮發(fā)油、物理混合物(揮發(fā)油體積與純膠質(zhì)量比為1 ∶8)、包合物的紅外光譜圖，其紅外光譜圖見圖2。由紅外光譜圖可以看出物理混合圖譜與包合物圖譜有明顯不同，薄荷揮發(fā)油的特征吸收峰C=O、-CH3-、-CH2-的伸縮振動1 715 cm-1、2 924 cm-1、2 854 cm-1在物理混合物中仍存在，物理混合圖譜是由純膠和薄荷揮發(fā)油圖譜的簡單疊加，也就是說物理圖譜中既顯示了薄荷揮發(fā)油的性質(zhì)，又顯示了純膠的性質(zhì)，而在包合物中揮發(fā)油的特征峰則消失，提示薄荷揮發(fā)油純膠包合物已經(jīng)形成。

圖2 紅外光譜圖Fig.2 Chromatogram of IR spectra

2.8.3 差示掃描量熱法 分別取薄荷揮發(fā)油、純膠、物理混合物 (揮發(fā)油體積與純膠質(zhì)量比為1 ∶8)、薄荷揮發(fā)油純膠包合物樣品進(jìn)行測定，測定條件:測定溫度范圍為50 ～550 ℃，升溫速率為15 ℃/min，氣氛為高純度氮，體積流量為50 mL/min，其DSC 分析圖見圖3。從測定的DSC 圖譜可以看出薄荷揮發(fā)油在69.14 ～186.25 ℃之間有一個吸熱峰，純膠在311.23 ～355.10 ℃、390.19 ～442.07 ℃之間有兩個吸熱峰，二者物理混合物的圖譜既有揮發(fā)油又有純膠的吸熱峰，出現(xiàn)的是二者吸熱峰的疊加特征，但薄荷揮發(fā)油被純膠包合后，只在344.22 ～456.39 ℃之間有一個吸熱峰，揮發(fā)油的吸熱峰消失。物理混合物與包合物的DSC 圖譜有明顯的不同，表明包合物中已形成新的物相，并非物理混合，證明薄荷揮發(fā)油已與純膠形成分子間包合，包合物確以生成。

圖3 差示熱掃描圖Fig.3 Chromatogram of DSC

3 討論

目前中藥制劑中常用的揮發(fā)油包合材料為β-環(huán)糊精及其衍生物，但前提條件是包合的分子需幾何形狀、尺寸、極性與環(huán)糊精空腔尺寸和性質(zhì)相匹配，才可以包合，包合物的制備過程需要冷藏過夜、過濾、低溫或真空干燥，操作繁瑣且耗時長，不太適宜工業(yè)生產(chǎn)。本實驗首次使用純膠包合薄荷揮發(fā)油，揮發(fā)油包合率較高，并經(jīng)過驗證該工藝穩(wěn)定可行。純膠是變性淀粉，傳統(tǒng)變性淀粉大多只具有單一的親水性，而純膠具有親水的羧酸基團(tuán)和親油的烯基長鏈，因此具有親水親油的兩親性［7］，目前已經(jīng)廣泛應(yīng)用于食品、化工、紡織等領(lǐng)域［8］。其溶解性好，在冷水中稍做攪拌即可徹底溶解，可以在較低的均質(zhì)壓力或較低剪切條件下制備出非常細(xì)微的穩(wěn)定乳狀液［9］。純膠分子中含有多糖長鏈，在用于油/水乳狀液時，親水的羧酸基團(tuán)伸入水中，親油的烯基長鏈伸入油中，使多糖長鏈在油/水界面處形成較強(qiáng)的微膜［10］，降低表面張力，能夠穩(wěn)定油/水型乳濁液，不會出現(xiàn)沉淀、油分離或分層現(xiàn)象［11］，因此所形成的乳液乳化狀態(tài)很穩(wěn)定［12-13］。對乳液進(jìn)行噴霧干燥時，可立即在介質(zhì)表面凝聚固化，其包埋效率很高［14］，可用于揮發(fā)油的包合。

本研究采用高壓均質(zhì)法制得的純膠包合物收率和揮發(fā)油包合率均較飽和水溶液法、磁力攪拌法高。高壓均質(zhì)乳化具有乳化效率高，乳狀液粒徑小，分布均勻，穩(wěn)定性好的優(yōu)點，是目前最主要的乳狀液制備技術(shù)［15］，與傳統(tǒng)工藝相比，高壓均質(zhì)更自動化，操作簡單，更易于實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。但是均質(zhì)機(jī)也存在一些缺點，如要求投料量大、會產(chǎn)熱，該實驗中發(fā)現(xiàn)在60MPa 時乳液溫度會升高，為不影響揮發(fā)油理化性質(zhì)因此包合時在考察壓力水平時不超過60MPa。本試驗中純膠包合物已經(jīng)形成，為揮發(fā)油包合提供新的輔料參考，但其長期穩(wěn)定性與包合機(jī)理有待于進(jìn)一步研究。

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