Box-Behnken效應(yīng)面法優(yōu)化薄荷油β-環(huán)糊精聚合物微球制備的研究*

楊黎燕，章栩鋮，張雪嬌，余麗麗，李 立，劉 樂

(1.西安醫(yī)學(xué)院 藥學(xué)院，陜西 西安 710021；2.東北林業(yè)大學(xué) 生命科學(xué)學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 150040)

薄荷油是一種祛風(fēng)藥、芳香劑和調(diào)味料，為疏散風(fēng)熱常用之品。薄荷油通常用于治療各種消化不適，可以緩解消化道痙攣[1]。但薄荷油易揮發(fā)，致使進(jìn)一步的開發(fā)受到限制。環(huán)糊精包合物技術(shù)可以用于固化揮發(fā)性物質(zhì)，研究表明利用環(huán)糊精載藥可以實現(xiàn)藥物的緩釋，增加其穩(wěn)定性和生物利用度[2-3]。

作者以β-環(huán)糊精(β-CD)為原料制備β-環(huán)糊精聚合物(β-CDP)微球，飽和水溶液法制備薄荷油β-CDP微球。采用Box-Behnken效應(yīng)面法優(yōu)化薄荷油β-CDP微球的最佳制備方法，為β-CDP微球成為較好的固體香精載體材料提供理論依據(jù)。

1 實驗部分

1.1 試劑與儀器

β-CD：分析純，天津市光復(fù)精細(xì)化工研究所；薄荷油：中國醫(yī)藥集團(tuán)上?；瘜W(xué)試劑公司；環(huán)氧氯丙烷、Tween20、Span80等試劑均為分析純，市售；煤油：化學(xué)純，市售；實驗用水為蒸餾水。

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\實驗設(shè)備有限公司；揮發(fā)油提取器：500 mL，津南玻璃儀器儀表廠；JJ-1電動攪拌器：江蘇金壇市正基儀器有限公司；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 實驗方法

1.2.1 薄荷油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)[3]合成微球。60 ℃下真空干燥至質(zhì)量恒定。

1.2.1.2 薄荷油β-CDP微球包合物的制備

采用飽和水溶液法制備薄荷油β-CDP微球[4]。取一定量的β-CDP微球置于燒杯中，加入適量蒸餾水加熱溶解至過飽和溶液，冷卻至反應(yīng)溫度，加入薄荷油1 mL，密封，超聲震蕩20 min后電磁攪拌，冷卻，冰箱中冷藏過夜，取出抽濾并用少量質(zhì)量分?jǐn)?shù)95%乙醇洗滌，40 ℃下真空干燥5 h，即得薄荷油β-CDP微球。

1.2.2 評價指標(biāo)

按《中國藥典》2010年版附錄《揮發(fā)油測定法(甲法)》[1]，取薄荷油 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，以水蒸氣蒸餾法提取至油量不再增加，讀出揮發(fā)油量(mL)，按式(1)和式(2)計算產(chǎn)率Y1和包封率Y2。

(1)

(2)

2 結(jié)果與討論

2.1 因素水平確定

根據(jù)參考文獻(xiàn)及前期單因素實驗，確定m(微球)∶V(薄荷油)(A)、反應(yīng)溫度(B)、反應(yīng)時間(C)為主要影響因素，每個因素3個水平，采用效應(yīng)面法優(yōu)化，見表1。

表1 效應(yīng)面因素與水平

2.2 效應(yīng)面實驗結(jié)果及分析

以薄荷油β-CDP微球包合物的產(chǎn)率Y1和包封率Y2為評價指標(biāo)綜合考慮，根據(jù)綜合評分方法算出綜合評分值Y，以綜合評分值作為效應(yīng)值，計算出綜合評分值Y的回歸線性方程式為Y=0.750Y1+0.400Y2-73.077，把各實驗實測值代入計算得到該實驗的線性回歸綜合得分，以綜合得分作為效應(yīng)值，結(jié)果見表2。

表2 效應(yīng)曲面實驗結(jié)果

續(xù)表

表3 Box-Behnken效應(yīng)面回歸分析1)

1) **極顯著水平p<0.01；*顯著水平p<0.05;不顯著水平p>0.1。

不同因子的效應(yīng)面分析圖，即為C、B、A各因素取零水平時其它2個因素對綜合評分值的影響，見圖1。3個因素對實驗的交互影響見圖2。

從圖1a中可以看出，當(dāng)溫度一定時，綜合評分值隨m(微球) ∶V(薄荷油)的增加先急速增加后緩緩降低。從圖1b中可以看出當(dāng)m(微球) ∶V(薄荷油)一定時，綜合評分值隨時間的增加先增加后降低，整個走勢非常平緩，說明時間對實驗結(jié)果的影響程度較小。從圖1c中可以看出，當(dāng)時間較短時，剛開始時綜合評分值隨溫度升高而緩緩升高，當(dāng)時間較長時，綜合評分值隨溫度升高而降低。

圖2 等高線圖

圖2a中等高線形狀偏圓形，說明溫度和時間的交互效應(yīng)較弱，對實驗結(jié)果有影響，但不夠顯著。沿時間軸的等高線密度變化相對溫度軸大，則時間對實驗影響相對于溫度較為顯著。圖2b和圖2c中等高線形狀呈橢圓，說明m(微球) ∶V(薄荷油)和時間的交互作用以及m(微球) ∶V(薄荷油)和溫度的交互作用對實驗影響顯著，而且沿m(微球) ∶V(薄荷油)坐標(biāo)軸的等高線密度變化比時間軸和溫度軸的等高線密度變化都大，則m(微球) ∶V(薄荷油)相對溫度和時間更為顯著。

為確證最佳點的位置，對模型回歸方程的3個自變量分別取一階偏導(dǎo)，并使偏導(dǎo)方程等于零，則：

4.96+0.19X2+1.44X3-10.8X1=0

0.37+0.19X1-2.25X3-6.5X2=0

-0.59+1.44X1-2.25X2-8X3=0

代入公式得溫度為55.14 ℃，m(微球) ∶V(薄荷油)=9.54∶1 g/mL，時間3.46 h。

2.3 驗證實驗

Box-Behnken效應(yīng)軟件優(yōu)化出的最佳制備條件為：V(薄荷油)=1 mL，m(β-環(huán)糊精微球)=9.60 g，V(水)=144 mL，溫度55 ℃，時間3.41 h，和對模型回歸方程的3個自變量分別取一階偏導(dǎo)計算結(jié)果較為接近[溫度為55.14 ℃，m(微球) ∶V(薄荷油)=9.54∶1 g/mL，時間為3.46 h]。結(jié)合以上，并根據(jù)實際情況將實驗方案調(diào)整為V(薄荷油)=1 mL，m(β-環(huán)糊精微球)=9.60 g，V(水)=144 mL，溫度55 ℃，時間3.4 h。3次平行驗證實驗顯示，平均產(chǎn)率為93.14%，平均包封率為54.25%，綜合評分為18.478，與預(yù)測值相差1.21%。

3 結(jié) 論

(1) 效應(yīng)面分析得出制備薄荷油β-環(huán)糊精微球包合物的最佳條件為：V(薄荷油)=1 mL、m(β-環(huán)糊精微球)=9.60 g、V(水)=144 mL、反應(yīng)溫度55 ℃、反應(yīng)時間3.4 h。利用最佳工藝制備的微球包合物平均包封率為54.25%，平均產(chǎn)率為93.14%；

(2) 包合物效果的影響程度大小的因素次序為m(β-CDP微球) ∶V(薄荷油)>時間>溫度；

(3) 薄荷油屬于中藥揮發(fā)油，易揮發(fā)難保存，超聲和攪拌過程要密封進(jìn)行，而且干燥過程中溫度不能過高，以免薄荷油逸出。超聲更加利于薄荷油的包合效果；

(4) 制備微球時，干燥后過細(xì)研磨會影響微球的空腔結(jié)構(gòu)，影響包合效果。

參 考 文 獻(xiàn)：

[1] 國家藥典委員會.中國藥典：2010版一部[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2010:附錄.

[2] 廖正根,平其能,鄒紅,等.丹皮酚-環(huán)糊精包合物的制備工藝研究[J].中成藥,2005,26(6):842-846.

[3] 楊黎燕,楊威,劉春葉,等.茶堿β-環(huán)糊精聚合物微球的制備與緩釋性能[J].中國實驗方劑學(xué)雜志,2011,17(16):10-14.

[4] 楊黎燕,楊禮銘,楊禮誠,等.響應(yīng)曲面法優(yōu)化茴香油-環(huán)糊精微球包合物的制備工藝研究[J].食品工業(yè)科技，2013,34(7):269-272.