薄荷油的β-環(huán)糊精包合物的制備、表征及性能研究

范光龍

（煙臺市北海醫(yī)院，山東煙臺265700）

0 引言

薄荷油具有多種藥理功能，能夠消炎鎮(zhèn)痛、止癢安神，可用于風(fēng)熱感冒、風(fēng)濕初起、頭痛、目赤、喉痹、咽喉腫痛、口舌生瘡、牙痛等病癥[1-4]。其常溫下易揮發(fā)，可溶于乙醇和大多數(shù)有機(jī)溶劑，但幾乎不溶于水，遇光和熱不穩(wěn)定。β-環(huán)糊精（β-CD）是一種理想的包合材料，采用β-CD 包合后可形成穩(wěn)定的包合物，增加薄荷油的穩(wěn)定性，降低其揮發(fā)性，減少刺激，降低毒副作用，在掩蓋藥物味道等方面有良好效果[4-7]。且β-CD 包合物與纖維復(fù)合制備成的藥物功能織物可在體表緩釋藥效[8-9]。

在溶液法制備β-CD 包合物過程中，采用適量的無水乙醇溶解薄荷油可使其分散得更加均勻，便于β-CD 與薄荷油的相互作用[10-11]。本實(shí)驗(yàn)采用飽和溶液法制備薄荷油的β-CD 包合物，通過差示掃描量熱法（differential scanning calorimetry，DSC）、熱重分析法（thermogravimetric analysis，TGA）、掃描電子顯微鏡（scanning electron microscope，SEM）及傅里葉變換紅外吸收光譜儀（Fourier transform infrared spectrometer，F(xiàn)TIR）分析產(chǎn)物，以證實(shí)該產(chǎn)物即是包合物。另外，采用粒度分析法分析生成的包合物是否達(dá)到制備功能紡織品的粒徑要求，并測試包合物的熱穩(wěn)定性能、溶解速率及附載后的緩釋性能。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 實(shí)驗(yàn)試劑

β-CD（生化試劑BR，天津市科密歐化學(xué)試劑有限公司）；薄荷油（吉安市恒誠天然香料油提煉廠，批號：20180916）；無水乙醇（分析純，天津市江天化工技術(shù)有限公司）；對-二甲基苯甲醛（分析純，天津市天新精細(xì)化工開發(fā)中心）；濃硫酸（分析純，廣州市東紅化工廠）。

1.2 實(shí)驗(yàn)儀器

BME-10L-E 高剪切混合乳化機(jī)（上海環(huán)保設(shè)備總廠，新瑞機(jī)電有限公司）；JB50-D 型增力電動攪拌器（上海標(biāo)本模型廠）；HH-S 型水浴鍋（鞏義市予華儀器有限責(zé)任公司）；VIS-7220 紫外可見分光光度計(jì)（北京瑞利分析儀器公司）；DT2100 型分析天平（北京光學(xué)儀器廠）；DL-1G1-1 電熱鼓風(fēng)干燥機(jī)（天津市中環(huán)實(shí)驗(yàn)電爐有限公司）；SHZ-DⅢ循環(huán)水真空泵（鞏義市予華儀器有限責(zé)任公司）；CQX-25-06 超聲波清洗器（上海必能信超聲有限公司）；TL80-1 型醫(yī)用離心機(jī)（姜堰市天力醫(yī)療器械有限公司）。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

1.3.1 包合物的制備

制備薄荷油的β-CD 包合物的方法主要有勻質(zhì)法、飽和溶液法、研磨法及超聲法[8，11]等，其中飽和溶液法制得的包合物包埋效率較高，且重復(fù)性好、操作簡單。本實(shí)驗(yàn)采用飽和溶液法制備薄荷油的β-CD 包合物，有助于提高實(shí)驗(yàn)效率及結(jié)果的穩(wěn)定性。具體方法為：稱取10 g β-CD 加入100 ml 乙醇水溶液（乙醇∶水為1∶3）中攪拌，保持40 ℃恒溫。將2 g 薄荷油溶于無水乙醇中制成體積分?jǐn)?shù)為10%的薄荷油乙醇溶液，待β-CD 完全溶解后緩緩加入，以5 000 r/min 均質(zhì)乳化5 min。40 ℃下水浴攪拌2 h，冰浴攪拌冷卻，靜置冷藏20 h，過濾洗滌后置于40 ℃烘箱內(nèi)干燥1 h。

1.3.2 樣品薄荷油含量的測定

精確量取0.1 mg 薄荷油溶液，用去離子水定容于200 ml 容量瓶，搖勻后取2、4、6、8 和10 ml 溶液至50 ml 容量瓶中定容，在439.5 nm 處測定吸光度。以濃度（X）為橫坐標(biāo)、吸光度（Y）為縱坐標(biāo)，繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線，得到線性回歸方程Y=0.000 8+0.002 35X，r=0.998 72。

精確稱取包合物20 mg 于容量瓶中，加入20 ml去離子水，水浴超聲處理30 min，離心10 min 后取5 ml 上清液定容至10 ml 容量瓶，在439.5 nm 處測定其吸光值，代入線性回歸方程，計(jì)算包合物中薄荷油的含量。再根據(jù)公式（1）、（2）計(jì)算包合物含油量及薄荷油包埋效率：

1.3.3 包合物的物相鑒定及質(zhì)量評價

1.3.3.1 DSC 分析

采用德國NETZSCH DSC 200 F3 Maia 差示掃描量熱儀對薄荷油、β-CD、β-CD 與薄荷油的混合物、薄荷油的β-CD 包合物4 種樣品進(jìn)行分析：以空坩鍋為參比，準(zhǔn)確稱取微量樣品于另一坩鍋，升溫范圍為25～350 ℃（薄荷油為25～120 ℃），升溫速率10 ℃/min，氣氛為N2。

1.3.3.2 TGA 分析

采用德國NETZSCH STA 409 PC/PG 熱分析儀對薄荷油、β-CD、薄荷油與β-CD 的混合物及薄荷油的β-CD 包合物進(jìn)行分析，稱取適量包合物（約30 mg）置于熱重儀器的樣品池中，氣氛為N2，流量為20 cm3/min，升溫速率為10 ℃/min，在室溫至1 000 ℃的溫度范圍內(nèi)進(jìn)行熱重分析。

1.3.3.3 包合物形態(tài)觀察

采用日本OLYMPUS BX51 型研究級顯微鏡及捷克FEI Quanta 200 型掃描電子顯微鏡觀察包合物的形態(tài)。

1.3.3.4 FTIR 分析

采用FTIR 分析薄荷油、β-CD、β-CD 與薄荷油的混合物、薄荷油的β-CD 包合物4 種樣品，并進(jìn)行比較。

1.3.3.5 粒度分析

采用日本Horiba la-300 顆粒粒度分布分析儀分析反應(yīng)結(jié)束后的包合乳液，繪制包合物的粒度分析圖。

1.3.4 熱穩(wěn)定性

分別稱取包合物及β-CD 與一定比例的薄荷油混合物（薄荷油體積∶β-CD 質(zhì)量為1∶4）置于培養(yǎng)皿中加蓋，并置于60 ℃的烘箱中，分別于0、1、2、3、4、5、7、9 d 時從中取樣品20 mg，按1.3.2 章節(jié)測試樣品中薄荷油的剩余含量，并以每20 mg 樣品中薄荷油的剩余含量列表分析。

1.3.5 包合物的釋放測定

按2005 年版《中國藥典》附錄“溶出度測定法”第二法（漿法）[1]，測試薄荷油的β-CD 包合物中薄荷油的釋放度：量取100 ml 去離子水作為溶出介質(zhì)，取0.1 g 薄荷油的β-CD 包合物同溶出介質(zhì)共同置于250 ml 具塞三口燒瓶中，保持（37±0.5）℃，轉(zhuǎn)速100 r/min，即刻開始計(jì)時。分別在5、10、15、20、30、40、55、70、85、100、130、160 min 時從中吸取溶出液1 ml，置于10 ml 試管中同時補(bǔ)充等量的溶出介質(zhì)，在439.5 nm 處測定吸取液的吸光值，并計(jì)算其累計(jì)釋放度。

1.3.6 包合物在附載纖維中的釋放測定

在5%的海藻酸鈉[12]紡絲原液中分別添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%、10%的包合物，成纖過程中包合物均勻地分布于纖維中制得載藥纖維，并測試其釋放度：分別稱取原液質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%、10%的載藥纖維0.1 g置于250 ml 具塞三口燒瓶中，即刻開始計(jì)時。分別在5、10、15、20、30、40、55、70、85、100、130、160 min時從中吸取溶出液1 ml，置于10 ml 試管中同時補(bǔ)充等量的溶出介質(zhì)，在439.5 nm 處測定吸取液的吸光值，并計(jì)算其累計(jì)釋放度。

2 結(jié)果

2.1 包合物的物相鑒定及質(zhì)量評價

2.1.1 包合物含油量及揮發(fā)油的包埋效率

本實(shí)驗(yàn)在乙醇∶水為1∶3、β-CD∶薄荷油為5∶1、40 ℃、5 000 r/min 條件下制得薄荷油的β-CD 包合物，測得其含油量為13.6%，薄荷油包埋效率為77.5%，證明了制備工藝的可行性。

2.1.2 包合物的TGA 分析結(jié)果

4 種樣品的TGA 曲線如圖1 所示。由圖1 可知，薄荷油在不到100 ℃時就開始揮發(fā)，在100～200 ℃出現(xiàn)了顯著失重；而β-CD 在35～130 ℃有微小的失重，對應(yīng)了吸附水與結(jié)晶水的失去，在此之后至300 ℃左右，TGA 曲線較為平穩(wěn)；薄荷油與β-CD 的混合物中薄荷油在130 ℃之前已基本揮發(fā)殆盡，之后與β-CD 的TGA 曲線基本一致；薄荷油的β-CD 包合物在280 ℃處開始出現(xiàn)明顯失重，這是被包合的薄荷油從β-CD 空腔中釋放所致。由此可見薄荷油與β-CD 之間確實(shí)形成了包合物，在被包合后，其熱穩(wěn)定性有了顯著提升。

圖1 4 種樣品的TGA 曲線

2.1.3 包合物的DSC 分析結(jié)果

4 種樣品的DSC 曲線如圖2 所示。β-CD 在115.1 及221.6 ℃處出現(xiàn)吸收峰；β-CD 與薄荷油的混合物在105.5 及222.2 ℃處出現(xiàn)吸收峰；薄荷油的β-CD 包合物在82.5 和300 ℃左右出現(xiàn)2 處吸收峰?？梢钥闯靓?CD、薄荷油與β-CD 的混合物的DSC 曲線相似，β-CD 在115.1 ℃的吸收峰為脫水峰，混合物中薄荷油的吸熱使β-CD 的特征峰遷移至105.5 ℃，這是因?yàn)榛旌衔镏斜『捎蛢H附著于β-CD 的表面，未能進(jìn)入其空腔中。而薄荷油的β-CD包合物圖譜在250 ℃后差別很大，這是由于薄荷油已進(jìn)入β-CD 的空腔，穩(wěn)定性提高，證明薄荷油與β-CD 的包合物已經(jīng)形成。

圖2 4 種樣品的DSC 曲線

2.1.4 包合物形態(tài)

薄荷油的β-CD 包合物表面無薄荷味，將微粉潤濕于水中呈均勻分散的微細(xì)晶粒，置于光學(xué)顯微鏡下觀察沒有明顯板塊結(jié)晶或油狀物。β-CD 微粉、薄荷油的β-CD 包合物微粉的SEM 圖像如圖3 所示。從圖中可以看出，包合物微粉形態(tài)為菱形結(jié)晶，而β-CD 微粉呈不規(guī)則結(jié)晶且粒徑較大，二者存在明顯差異，這是因?yàn)楸『捎团cβ-CD 形成了包合物，晶格排列發(fā)生變化所致，與TGA 分析結(jié)果一致。

圖3 β-CD 微粉及薄荷油的β-CD 包合物微粉的SEM 圖像

2.1.5 FTIR 分析

薄荷油、β-CD、β-CD 與薄荷油的混合物、薄荷油的β-CD 包合物的FTIR 譜圖如圖4 所示。比較包合物形成前后1 000～2 000 cm-1紅外區(qū)間透射峰的變化發(fā)現(xiàn)，包合物與混合物有較大差異，混合物中薄荷油在1 709.39、1 454.24、1 373.23 cm-13 處的特征峰在形成包合物后消失，包合物在1 000～1 300 cm-1C-H 基團(tuán)伸縮振動峰有明顯差異，進(jìn)一步證明經(jīng)過包合后薄荷油已進(jìn)入β-CD 的空腔。

圖4 4 種樣品的FTIR 譜圖

2.1.6 粒度分析

乙醇∶水為1∶3、β-CD∶薄荷油為5∶1、溫度50 ℃、4 000 r/min 條件下反應(yīng)結(jié)束后的包合乳液的粒度分布如圖5 所示。由圖5 可知，包合乳液中值粒徑為2.9 μm，線性平均粒徑為4.1 μm。薄荷油的β-CD 包合物中值粒徑在3 μm 左右，粒徑在5 μm 以下占至75%左右，10 μm 以下為95%左右，粒徑分布良好。

圖5 薄荷油的β-CD 包合物的粒度分析

2.2 熱穩(wěn)定性

從表1 可以看出，混合物中的薄荷油在60 ℃下9 d 內(nèi)基本上揮發(fā)殆盡，而包合后的薄荷油在此期間雖有揮發(fā)，但損失量較少。由此可知，經(jīng)包合后的薄荷油相比混合物的熱穩(wěn)定性明顯提高，因此薄荷油的β-CD 包合物的熱穩(wěn)定性較為優(yōu)良，貯藏性能良好。

表1 包合物及β-CD 與薄荷油的混合物中薄荷油的熱穩(wěn)定性mg

2.3 包合物的釋放測定

如圖6 所示，以包合物中包埋的薄荷油含量為100%，并以薄荷油釋放度為標(biāo)準(zhǔn)，薄荷油的β-CD包合物的最終釋放度達(dá)到了95%以上，20 min 內(nèi)薄荷油的β-CD 包合物的釋放率超過了80%，能夠取得較好的效果。與薄荷油難溶于水相比，采用β-CD包合可顯著提高薄荷油的釋放效率，這是由于β-CD 具備較高的溶解度、潤濕性和包合能力。Loftsson等[13]研究發(fā)現(xiàn)，在包合物水溶液中，藥物處于包合絡(luò)合物、非包合絡(luò)合物共存的平衡狀態(tài)中。在這種平衡狀態(tài)中，藥物的溶解度得到顯著提高。

圖6 薄荷油及其β-CD 包合物釋放曲線

2.4 包合物在附載纖維中的釋放測定

包合物屬于難溶性物質(zhì)，在水中存在解離平衡，溶于紡絲原液時由于β-CD 空腔中的薄荷油分子與原液水分子發(fā)生競爭作用，部分會從中解離釋放，造成一定量的損失。從圖7 的釋放數(shù)據(jù)中可知，在包合物含量較少時，釋放度較大，當(dāng)含量較多超出其離解平衡時會抑制薄荷油的釋放，因此其釋放度以最終釋放量為100%計(jì)。從海藻酸鈉纖維溶液釋放曲線中可見，隨著包合物含量的增多，溶出液中藥物的最終釋放度也相應(yīng)增加，在1 h 內(nèi)基本上能達(dá)到80%以上。相比膠囊或包合物在溶液中的直接溶出過程，包合物添加至纖維內(nèi)其薄荷油的釋放減緩，顯著延緩了釋放程度，具有較為良好的緩釋效果。

圖7 附載薄荷油的β-CD 包合物的海藻酸鈉纖維釋放曲線

3 結(jié)語

飽和溶液法制得的薄荷油的β-CD 包合物通過TGA 曲線、SEM 圖像及FTIR 等表征方法可有效表征其生成，包合物的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定且在水溶液中分散良好，形態(tài)多為菱形晶體，粒徑多小于5 μm；包合物中的薄荷油經(jīng)包埋后，其揮發(fā)性降低，熱穩(wěn)定性提高，具備良好的緩釋性能，而在水溶液里包合物中的薄荷油釋放速率較快，這是由于β-CD 具備較高的溶解度、潤濕性和包合能力。將包合物附載至海藻酸鈉纖維后，相比未附載前薄荷油的釋放速率得以延緩，1 h 內(nèi)的釋放度可達(dá)到最終釋放度的80%以上，藥物釋放量隨著附載的薄荷油成比例變化。

本研究采用多種方法表征了薄荷油的β-CD 包合物的生成，但在將包合物附載至海藻酸鈉纖維并進(jìn)行緩釋實(shí)驗(yàn)中，采用的方法及材料都較為單一，量化分析手段簡單，準(zhǔn)確性和科學(xué)性或有欠缺。為達(dá)到制備薄荷油包合物附載纖維織物的目的，后期應(yīng)篩選部分適宜材料對包合物進(jìn)行附載，進(jìn)一步選取并論證附載纖維中薄荷油緩釋的量化方法，設(shè)計(jì)科學(xué)方案用于確定更為適合包合物的附載材料及附載比例。