孜然揮發(fā)油β-環(huán)糊精包合物的制備與評價

裴貴珍， 陳 文 ， 馬世俊， 張淑蘭， 郭 鑫

(1. 新疆生產(chǎn)建設兵團醫(yī)院藥學部，新疆 烏魯木齊830002;2. 石河子大學藥學院，新疆 石河子832002;3. 哈密十三師紅星醫(yī)院藥劑科，新疆 哈密839000;4. 新疆醫(yī)科大學附屬中醫(yī)醫(yī)院 藥學部，新疆烏魯木齊830004)

孜然是傘形科植物孜然芹Cuminum cyminum L. 的干燥成熟果實，具有芳香氣味，有驅(qū)風散寒、暖胃健脾、利水逐水、散結(jié)水腫的功效［1-2］，揮發(fā)油［3］作為孜然的重要有效成分，對多種霉菌、酵母菌、細菌具有抑制作用。孜然揮發(fā)油不穩(wěn)定，易揮發(fā)，為防止揮發(fā)油在制劑過程中損失，增加穩(wěn)定性，提高療效，本實驗采用β-環(huán)糊精對孜然揮發(fā)油進行包合［4-7］，通過正交試驗優(yōu)選最佳包合工藝，并對包合物進行驗證［8-10］和穩(wěn)定學考察。

1 儀器與試藥

分析天平(北京賽多利斯天平有限公司);JJ-4 多頭磁力攪拌器(金壇市鑫鑫實驗儀器廠);電熱恒溫水浴鍋(北京市永光明醫(yī)療儀器廠);Affinity-1 傅立葉變換紅外光譜儀(日本島津公司);UV-2401 分光光度計(日本島津公司);STA409PC 型差示-熱重掃描量熱分析儀(德國耐馳科學儀器商貿(mào)上海有限公司);β-環(huán)糊精(天津市光復精細化工所);孜然揮發(fā)油(石河子大學藥學院提供);無水乙醇為分析純。

2 方法與結(jié)果

2.1 孜然β-環(huán)糊精包合物的制備

2.1.1 包合物制備方法 取β-環(huán)糊精(β-CD)適量，加蒸餾水配置成飽和溶液，置于恒溫磁力攪拌器上，攪拌的同時滴加無水乙醇(1 ∶1)溶解的孜然揮發(fā)油溶液，設定一定的攪拌時間，攪拌結(jié)束后，將形成的包合物混懸液置冰箱冷藏24 h 后，抽濾，棄去濾液，用蒸餾水洗滌包合物，抽干后50 ℃干燥，最后得到白色粉末狀包合物。

2.1.2 包合率及包合物產(chǎn)率的測定 按《中國藥典》2010年版一部附錄揮發(fā)油測定法(甲法)進行。將孜然油包合物置圓底燒瓶中，加蒸餾水500 mL，連接揮發(fā)油測定器，使沸騰2 h 左右，直至油量不再增加后停止加熱，放置至室溫，讀取揮發(fā)油實際含油量。并計算包合產(chǎn)率和包合率。衡量包合效果的主要指標是包合率，包合率越高，揮發(fā)油包合效果越好，因此權重系數(shù)定為0.7，包合物產(chǎn)率在實際生產(chǎn)中也具有重要意義，權重系數(shù)定為0.3。

包合產(chǎn)率(%) = W包合物/ (Wβ-CD+ W揮發(fā)油)

包合率(%) =包合物中實際含油量/ (揮發(fā)油投入量 × 空白回收率)

綜合評分=70 × 包合率 + 30 × 包合產(chǎn)率

2.1.3 空白回收試驗 精密量取3 份揮發(fā)油1 mL，分別置于500 mL 圓底燒瓶中，按“2.1.2”項下方法測定，讀取油量分別為0.85、0.91、0.94 mL，揮發(fā)油空白回收率為90.0%。

2.1.4 正交試驗優(yōu)化包和工藝 經(jīng)初步試驗，選定β-CD和孜然揮發(fā)油投料比 (A)、包合溫度(B)、包合時間(C)、β-CD 與水之比(D)為影響因素，每個因素選3 個水平，見表1。結(jié)果見表2，方差分析見表3。

表1 因素與水平

表2 正交試驗結(jié)果

表3 方差分析

由結(jié)果可知:各因素影響作用大小為A ＞B ＞D ＞C。C的影響最小，將C 作為誤差項進行方差分析，β-環(huán)糊精與孜然揮發(fā)油的比例、包合溫度對包合效果有顯著影響。最終選出A2B2D2C2為最佳工藝，即孜然揮發(fā)油與β-CD 投料比為1 ∶8，包合物溫度40 ℃，β-CD 和水的體積比1 ∶10，包合時間2 h。

2.1.5 驗證試驗 取孜然揮發(fā)油3 批，按最佳包合工藝進行驗證試驗。包合率分別為76.64%、78.75%、78.23%，包合產(chǎn)率分別為82.89%、84.39%、80.67%，結(jié)果表明，該揮發(fā)油的包合工藝條件穩(wěn)定，具有重復性和可操作性。

2.2 孜然揮發(fā)油包合物的表征

2.2.1 紅外光譜法 取孜然揮發(fā)油1 mL，β-環(huán)糊精、包合物、孜然揮發(fā)油與β-環(huán)糊精物理混合物各2 g，采用溴化鉀壓片法，進行紅外光譜測定，比較包合前后紅外區(qū)吸收峰的變化。結(jié)果見圖1。包合物中孜然揮發(fā)油的紅外振動受到限制，諸多特征峰如:1 689 cm-1羰基伸縮振動;2 960 cm-1甲基不對稱伸縮振動;2 820、2 721 cm-1醛基特征吸收峰;1 641、1 514 cm-1處出現(xiàn)芳環(huán)骨架振動;2 872、1 454 cm-1甲氧基吸收峰等在β-環(huán)糊精包合物中已經(jīng)消失或者明顯減弱，整個包合物主要呈現(xiàn)β-環(huán)糊精的紅外光譜圖形，說明包合物已經(jīng)形成。

2.2.2 差示熱掃描量熱法 對孜然揮發(fā)油、β-環(huán)糊精、物理混合物、包合物進行DSC 掃描，以空坩堝為參比，另一坩堝放入樣品，升溫速度10 ℃/min，掃描范圍20 ～800 ℃，測定氣體為氮氣，結(jié)果見圖2。揮發(fā)油在80℃有一個顯著的脫水吸熱峰，100 ℃開始進行緩慢放熱;物理混合物300 ～500 ℃存在明顯的放熱過程;β-環(huán)糊精的熱流曲線與包合物兩者熱吸收相疊加的特征，揮發(fā)油被包裹于β-環(huán)糊精中，并呈現(xiàn)β-環(huán)糊精的特性，說明孜然揮發(fā)油與β-環(huán)糊精形成包合物。

圖1 紅外光譜法對包合物的驗證

圖2 差示熱掃描量法對包合物的驗證

2.2.3 紫外分光光度法 UV 法可以從兩方面證實包合物是否形成:一方面可從吸收曲線的輪廓與吸收峰的位置和高度來判斷，另一方面是最大吸收波長的位置和吸收強度。將孜然揮發(fā)油、包合物、β-環(huán)糊精分別溶于無水乙醇中，并在紫外分光光度計中進行200 ～400 nm 全波長掃描，觀察吸收曲線變化(結(jié)果見圖3)。由結(jié)果可知，孜然揮發(fā)油在283、260 nm 左右處有紫外吸收，而包合物在280、260 nm處無紫外吸收，且包合物與β-環(huán)糊精的吸收曲線基本吻合，其中210 nm 為溶劑吸收峰，說明孜然揮發(fā)油與β-環(huán)糊精形成包合物。

圖3 紫外分光光度計法對包合物的驗證

2.3 穩(wěn)定性考察

2.3.1 光穩(wěn)定試驗 分別稱取β-環(huán)糊精包合物和揮發(fā)油與β-環(huán)糊精按比例混勻所得的混合物各3 份，密封于玻璃瓶中，均照射10 d (強度4 000 Lx)，于第0、第5、第10天時取樣，測定揮發(fā)油含有量，計算揮發(fā)油相對質(zhì)量分數(shù)。結(jié)果包合物揮發(fā)油相對質(zhì)量分數(shù)分別為100%、92.6%、84.2%，混合物揮發(fā)油相對質(zhì)量分數(shù)分別為100%、72.4%、48.8%。由此可見，包合物較混合物具有良好的光穩(wěn)定性，在強光下不易分解。

2.3.2 恒溫試驗 分別稱取β-環(huán)糊精包合物和揮發(fā)油與β-環(huán)糊精按比例混勻所得的混合物各9 份，每份30 g，密封于玻璃瓶中，每3 份分別于40 ℃、60 ℃、80 ℃恒溫干燥箱內(nèi)放置10 d，于第0、第5、第10 天時取樣，測定揮發(fā)油相對含量，計算揮發(fā)油相對質(zhì)量分數(shù)，結(jié)果見表4。表明包合物的熱穩(wěn)定性優(yōu)于混合物。

表4 恒溫試驗(n=3)

2.3.3 高濕試驗 分別稱取β-環(huán)糊精包合物和揮發(fā)油與β-環(huán)糊精按比例混勻所得的混合物各6 份，密封于玻璃瓶中，每3 份于25 ℃置于相對濕度分別為75%和90%的2個密閉容器中。于第0、第5、第10 天時取樣，測定揮發(fā)油相對含量，計算揮發(fā)油相對質(zhì)量分數(shù)，結(jié)果見表4。表明包合物的高濕穩(wěn)定性優(yōu)于混合物。

表5 高濕照試驗(n=3)

2.4 包合常數(shù)的測定 包合常數(shù)［11］是表征藥物與環(huán)糊精之間非共價鍵相互作用及其復合物穩(wěn)定性的十分重要的物理化學參數(shù)。按照文獻方法［12-14］，固定客體藥物孜然揮發(fā)油的質(zhì)量濃度為0.125 8 g/L，β-環(huán)糊精質(zhì)量濃度在0 ～4.545 0 g/L 范圍內(nèi)分別掃描體系的紫外光譜。假設β-環(huán)糊精與揮發(fā)油形成1 ∶1 的復合物，結(jié)合常數(shù)計算公式:1/ΔA=1 / A · Ka· C0+ 1/a

式中ΔA 表示加入β-環(huán)糊精前后吸光度的改變值，C0為所加入的質(zhì)量濃度，Ka為包合常數(shù)，a 為常數(shù)，以1/ΔA對1/C0作圖得一直線，其截矩與斜率之比即為包合常數(shù)Ka。計算283 nm 處下加入一定質(zhì)量濃度β-環(huán)糊精前后孜然揮發(fā)油體系吸收光譜變化值ΔA，結(jié)果見表6 (ΔA 為后9組吸光度數(shù)據(jù)與第一組吸光度數(shù)據(jù)之差)。以1/ΔA 對1/C0作圖，得到直線:y =0.410 6x + 2.109 9，r2=0.974 9，形成1 ∶1 型包合物，Ka 值為5.36，在紫外分析中此線性較好，說明β-環(huán)糊精與揮發(fā)油的結(jié)合比是1 ∶1。

表6 不同體系下的吸光度(λ=283 nm)

3 討論

實驗前期對孜然揮發(fā)油的包合方法進行考察，分別采用研磨法、超聲法、飽和水溶液法制備包合物，結(jié)果顯示飽和水溶液法制備的包合物包合率和包合物產(chǎn)率均較高，故選擇飽和水溶液法制備包合物。

采用正交試驗優(yōu)化了孜然揮發(fā)油包合物制備工藝處方。結(jié)果顯示，優(yōu)化后的孜然揮發(fā)油包合物的包合效果較好。孜然揮發(fā)油-β-環(huán)糊精包合物在熱穩(wěn)定性方面得到明顯改善提高，且其不良氣味顯著下降，達到了制備包合物的目的。

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