生姜揮發(fā)油β-環(huán)糊精微球的制備*

鄭夢迪，張 彥，楊黎燕，宋 靜，李 卓，翟西峰，張 迎，楊燕妮

(西安醫(yī)學(xué)院 藥學(xué)院，陜西 西安 710021)

揮發(fā)油在大健康領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，主要用于心腦血管、中樞神經(jīng)、呼吸、胃腸道等疾病治療。揮發(fā)油也用于化學(xué)工業(yè)中，是天然香精香料的重要原料[1-2]。7個分子D-葡萄糖所組成的β-環(huán)糊精(β-CD)完全無毒、對熱穩(wěn)定、廉價易得，有外部親水內(nèi)腔疏水的特殊結(jié)構(gòu)，能使難溶性藥物基團嵌入其空腔進而改善藥物的分散度，提高難溶性物質(zhì)溶解度[3-4]，其環(huán)狀中空圓桶形立體結(jié)構(gòu)使中藥揮發(fā)油進入其中形成溶解度較大的包合物[4]。前人已將揮發(fā)油制成β-CD包合物[5-6]，但包合率不高，且穩(wěn)定性及機械強度不佳[7-8]。生姜是姜科多年生草本植物姜(ZingiberofficinaleRoscoe)的新鮮根莖，辛微溫，歸肺脾胃經(jīng)，具有發(fā)汗解表、溫中止嘔、溫肺止咳等作用[9-11]。其揮發(fā)油質(zhì)量分數(shù)為1%～3%，是一種天然抗氧化劑，主要含有姜黃烯、姜烯、姜油酮、姜醇等成分，但生姜揮發(fā)油無法應(yīng)用于固體制劑生產(chǎn)[10-11]。

在生姜揮發(fā)油β-CD微球的制備過程中，先將β-CD聚合成微球，經(jīng)高分子化后形成交聯(lián)三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，以增加其物理強度、克服上述缺點；后用β-CD聚合所得的微球包合生姜揮發(fā)油，可提高其穩(wěn)定性和生物利用率，降低刺激性，擴大其在大健康領(lǐng)域的應(yīng)用，前景廣闊[12]。

1 實驗部分

1.1 原料、試劑與儀器

生姜：購自西安市西三環(huán)農(nóng)產(chǎn)品批發(fā)市場，由西安醫(yī)學(xué)院申旭霽老師鑒定為姜(ZingiberofficinaleRoscoe)的新鮮根莖。

β-CD：山東濱州智源生物科技有限公司；環(huán)氧氯丙烷(ECH)：濟南世紀(jì)通達化工有限公司；Span-80、Tween-20：北京索萊寶科技有限公司；以上試劑均為化學(xué)純。

磁力攪拌器：DF-101S，上海力辰科技有限公司；顯微鏡：CX31，日本奧林巴斯公司；差分掃描量熱儀：METTLER STAR，瑞士梅特勒-托利多公司；傅里葉紅外光譜儀：BRUKER T-27，德國布魯克公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 生姜揮發(fā)油β-CD微球包合物的制備

1.2.1.1 生姜揮發(fā)油的提取

取新鮮生姜60 g，切成2 cm3小塊置1 000 mL圓底燒瓶中，加入500 mL的水，浸泡12 h，水蒸氣蒸餾法提取8～10 h，收集揮發(fā)油，放置24 h后，再提取6 h，合并2次提取收集到的揮發(fā)油[4,7-8,12]。

1.2.1.2β-CD微球的制備

將β-CD完全溶解于35 ℃質(zhì)量濃度為0.4 g/mL的氫氧化鈉水溶液中，恒溫攪拌加入ECH，轉(zhuǎn)速約750 r/min 恒溫30 ℃攪拌1.5 h，后邊攪拌邊加入含有雙乳化劑[m(Span-80)∶m(Tween-20)=3∶1]的煤油，升溫至60 ℃反應(yīng)6 h，真空抽濾后，依次用稀鹽酸、無水乙醇、蒸餾水、丙酮洗滌，60 ℃烘干24 h，研磨，即得到β-CD微球[12]。

1.2.1.3 生姜揮發(fā)油β-CD微球的包合

將按1.2.1.2制備得到的β-CD微球加入蒸餾水中，按照m(β-CD微球)∶V(水)=1∶15 g/mL溶解成熱飽和溶液，冷卻至室溫后，按照V(生姜揮發(fā)油)∶m(β-CD微球)=1∶10 mL/g加入生姜揮發(fā)油，密封后41 ℃下攪拌3 h，降溫至2 ℃放置24 h后取出抽濾，用石油醚洗滌，40 ℃干燥至質(zhì)量恒定，制得生姜β-CD微球包合物[4-8,12]，平行操作3次。

1.2.1.4 生姜揮發(fā)油β-CD微球包合物的包合率與產(chǎn)率

依據(jù)2015年版《中國藥典》附錄，取生姜揮發(fā)油1 mL和蒸餾水100 mL，按揮發(fā)油測定甲法水蒸氣蒸餾提取至油量不再增加，停止反應(yīng)，計算空白回收率。按公式(1)計算揮發(fā)油包合率Y1和按公式(2)計算揮發(fā)油微球的得率Y2[4,12]。

Y1=V(包合物中油)V(加入揮發(fā)油)×空白回收率×100%

(1)

Y2=m(干燥后包合物)m(β-環(huán)糊精微球)+m(加入揮發(fā)油)×100%

(2)

1.2.2 生姜揮發(fā)油β-CD微球包合物檢測表征

1.2.2.1 顯微表征

將β-CD、β-CD微球和生姜揮發(fā)油β-CD微球包合物樣品顯微鏡下觀察特征。

1.2.2.2 紅外表征

將各樣品分別KBr壓片后在400～4 000 cm-1范圍內(nèi)，設(shè)分辨率為4 000 cm-1，使用傅里葉變換紅外光譜儀掃描12次[12]。

1.2.2.3 DSC表征

用差示熱重分析儀對各樣品在30～280 ℃掃描，空鋁坩堝作為參比物，N2保護，升溫速率10 ℃/min[12]。

2 結(jié)果與討論

2.1 生姜揮發(fā)油產(chǎn)率與包合率

按1.2.1.3制得生姜揮發(fā)油2.350 5 g，得率為3.9%。按照1.2.1.4方法重復(fù)操作3次，計算生姜揮發(fā)油β-CD微球包合物的包合率為31.38%±9.07%，產(chǎn)率為72.97%±1.55%。

2.2 揮發(fā)油β-CD微球包合物檢測比較

2.2.1 顯微表征

在顯微鏡下觀察到各樣品的特征，結(jié)果見圖1。

a β-CD

由圖1可知，β-CD微球呈圓球形空腔，說明制備成功。生姜β-CD微球包合物體積明顯大于β-CD和β-CD微球，且明顯見到生姜揮發(fā)油被嵌在β-CD微球的內(nèi)腔中[12]。

2.2.2 紅外比較

樣品傅里葉變換紅外光譜儀測定結(jié)果見圖2。

σ/cm-1

由圖2可知，b與a比較發(fā)現(xiàn)900 cm-1處環(huán)氧基的吸收峰消失，證明交聯(lián)劑已和β-CD發(fā)生反應(yīng)；b在3 400 cm-1處出現(xiàn)強—OH的吸收峰，在2 900 cm-1處有—CH2—的吸收峰且峰加強，可能因β-CD交聯(lián)后—CH2增多所致；1 300～1 000 cm-1出現(xiàn)醚鍵特征峰，聚合后峰明顯變寬加強，進一步證明了β-CD有明顯的交聯(lián)。以上均說明β-CD微球制備成功。b中β-CD微球的特征吸收峰完全體現(xiàn)，且沒有其他的峰[4，12]。

c與e比較，c沒有e在1 300～1 000 cm-1處的β-CD微球特征吸收峰和明顯的揮發(fā)油的特征吸收峰，證明生姜揮發(fā)油已被β-CD微球包合[12]。c與d比較，生姜揮發(fā)油的特征吸收峰已消失，進一步可說明生姜揮發(fā)油已被β-CD微球包合。

2.2.3 DSC比較

樣品差示熱重分析儀測定結(jié)果見圖3。

由圖3可知，β-CD在80 ℃有一尖銳熔融峰，β-CD微球尖銳熔融峰消失變?yōu)橐粚挿?，說明制備的β-CD微球不含有其他雜質(zhì)，β-CD微球制備成功。生姜揮發(fā)油與生姜揮發(fā)油與β-CD微球的物理混合物在 100～120 ℃均出現(xiàn)一加強寬峰，且所呈現(xiàn)的峰型與生姜揮發(fā)油β-CD微球包合物的截然不同，說明生姜揮發(fā)油β-CD微球包合物制備成功[12]。

t/℃

2.2.4 穩(wěn)定性實驗

分別精密稱取β-CD微球與揮發(fā)油的物理混合物、生姜揮發(fā)油β-CD微球，置于精密稱量的容量瓶內(nèi)，總質(zhì)量為m1。80 ℃水浴，分別在4、8、12、16、20和24 h后，再次精密稱取容量瓶及內(nèi)容物，總質(zhì)量為m2。平行操作3次，按照公式(3)計算揮發(fā)油平均保留率[4，12]，結(jié)果見圖4。

保留率=m2m1×100%

(3)

t/h

由圖4可知，混合物中揮發(fā)油含量比微球中揮發(fā)油含量下降幅度大，說明微球的熱穩(wěn)定性明顯優(yōu)于物理混合物。

3 結(jié) 論

攪拌法制得β-CD微球、生姜揮發(fā)油β-CD微球。通過顯微、紅外、熱重差示掃描比較可知，制備均成功，且生姜揮發(fā)油β-CD微球的穩(wěn)定性明顯優(yōu)于其物理混合物[12]。

該工藝解決了生姜揮發(fā)油難溶且刺激性大的技術(shù)難題，可提高生姜揮發(fā)油的溶解性，遮蓋不良臭味減輕其刺激性。將β-CD先交聯(lián)為微球再去包合揮發(fā)油，增加了機械強度與穩(wěn)定性，實現(xiàn)了揮發(fā)油的微粉化，可將其作為固體原料添加到化妝品和藥品中，極大提高了生姜揮發(fā)油的適用范圍，為生姜揮發(fā)油在大健康相關(guān)領(lǐng)域拓寬了思路，具有一定的意義與價值[4-8,12]。

雖該工藝的產(chǎn)率較前人有明顯提高，但包合率仍有可提高的空間。下一步將用響應(yīng)曲面設(shè)計或正交實驗設(shè)計來優(yōu)化工藝，有望將揮發(fā)油包合工藝進一步提升、改進與推廣，以實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)提升。