超临界CO2萃取柏子仁油的β-环糊精包合工艺

汤须崇,肖美添,叶静

(华侨大学化工学院,福建泉州362021)

超临界CO2萃取柏子仁油的β-环糊精包合工艺

汤须崇,肖美添,叶静

(华侨大学化工学院,福建泉州362021)

采用超临界CO2萃取法提取柏子仁油,然后采用β-环糊精饱和水溶液法制备柏子仁油/β-环糊精包合物.以包合物产率为主要筛选指标,考察影响包合工艺的主要因素,并用正交试验优化最佳包合条件.结果表明,在β-环糊精与柏子仁油的质量体积比为10∶1,包合温度为70℃,包合时间为60 min,水与β-环糊精的体积质量比为12∶1的最优条件下,包合物的平均产率为82.13%,变异系数为1.37%.紫外扫描与红外光谱分析表明,β-环糊精能够对柏子仁油进行有效包合.

柏子仁油;β-环糊精;包合工艺;超临界萃取

柏子仁为柏科植物侧柏(Platycladus orientalis(Linn.)Franco)的成熟种仁[1],富含脂肪油,具有润肠通便[2]、滋养肝肾[3]、促智[4]、镇静[5]等作用的有效成分.采用超临界CO2萃取法提取出的柏子仁油不稳定、易氧化、酸败,影响了其疗效.利用β-环糊精(β-CD)具有环状中空筒形,环外亲水,环内疏水的特殊结构,以及特别容易与挥发性成分形成较稳定的包合物的性质[6-7].在实验室制备柏子仁油/β-环糊精包合物,使柏子仁油被键合或被吸附在空腔结构中,使油粉末化,增加药物稳定性,为制备含有柏子仁油的中成药的各种剂型提供依据.本文对β-环糊精包合超临界CO2萃取柏子仁油的工艺进行优化.

1 仪器和材料

1.1 仪器

C-MAGHS7型加热磁力搅拌器,ETS-D4型接触式温度计(德国IKA公司);DHG-9246A型电热恒温鼓风干燥箱(上海精宏实验设备有限公司);HD-221-50-06型超临界萃取装置(江苏南通华安超临界萃取装置有限公司);FTIR 8400-S型傅里叶变换红外光谱仪(日本岛津Shimadz公司);UV-1800pc型紫外可见分光光度计(上海美谱达仪器有限公司);SHB-ⅢT型循环水真空泵(河南郑州长城科工贸仪器有限公司);JY5002型电子天平(上海精密科学仪器有限公司).

1.2 材料

柏子仁(优质,产地山东,安徽亳州市中药饮片厂,批号100322);β-环糊精粉末(纯度>99%)(天津市光复精细化工研究所);其余所用试剂均为分析纯.

2 柏子仁油/β-环糊精包合物的制备

取柏子仁药材,净制,于50℃干燥10 h,粉碎至20目,放入超临界萃取釜中进行萃取.萃取釜萃取压力为25 M Pa,萃取温度为50℃,萃取时间为120 min,CO2流量为18～20 L·h-1.经分离,可得到金黄色的柏子仁油,萃取率为33.61%.分离釜I压力控制在6 M Pa,温度控制在45℃;分离釜Ⅱ压力控制在5 M Pa,温度控制在35℃.

将适量β-环糊精粉末溶于水中,加热溶解制成饱和水溶液,降至规定温度;然后,滴入柏子仁油,置规定温度的加热磁力搅拌器,在200 r·min-1搅拌速度下搅拌至规定时间,取出,放入4℃的冰箱中冷藏24 h.抽滤得白色结晶,用30 m L无水乙醇洗涤滤渣,置于60℃烘箱中干燥5 h,粉碎后即可得最终产物——柏子仁油/β-环糊精包合物.

3 包合物制备单因素分析

3.1 β-环糊精与柏子仁油质量体积比

β-环糊精与柏子仁油质量体积比(m(β-CD)∶V(油))对包合物产率(η)的影响,如图1所示.从图1可以看出,当β-环糊精与柏子仁油质量体积比小于10∶1时,包合物产率随着β-环糊精的增加而显著升高;当β-环糊精与柏子仁油质量体积比大于10∶1时,包合物的产率随着β-环糊精的增加而降低.这是由β-环糊精分子外部亲水、内部疏水的特殊结构决定的.

在水溶液中,当β-环糊精的疏水中心遇到疏水基且分子大小、形状与之相适应的外来分子时,就会借助疏水基之间的亲和力与之结合.因此,在β-环糊精与柏子仁油质量体积比小于10∶1时,随着β-环糊精的增加,逐渐被包合完全,包合物产率也随着升高;当β-环糊精与柏子仁油质量体积比等于10∶1时,柏子仁油被完全包合,包合物产率达到最大值;再继续增加β-环糊精,有部分β-环糊精没有起到包合效果,包合物产率又降低.因此,β-环糊精与油质量体积比的适宜比例为10∶1.

3.2 包合温度

包合温度(θ)对包合物产率的影响,如图2所示.从图2可以看出,包合温度增加对柏子仁油包合物产率产生不同的影响.在60℃,80℃时,均达到了最佳包合效率,但包合温度过高会影响柏子仁油的稳定性,故选择包合的适宜温度为60℃.

图1 β-环糊精与柏子仁油质量体积比对包合物产率的影响Fig.1 Effects of the m/V ratio ofβ-CD and seman platycladi oil on the yield of inclusion

图2 包合温度对 包合物产率的影响Fig.2 Effects of inclusion temperature on the yield of inclusion

3.3 包合时间

包合时间(t)对包合物产率的影响,如图3所示.从图3可知,随着包合时间的增加,包合物产率呈下降趋势.这是因为搅拌时间过久,形成的包合物被破坏了.因此,确定适宜的包合时间为30 m in.

3.4 水与β-环糊精体积质量比

图3 包合时间对包合物产率的影响Fig.3 Effects of inclusion time on the yield of inclusion

水与β-环糊精体积质量比(V(H2O)∶m(β-CD))对包合物产率的影响,如图4所示.从图4可以看出,随着加水量的增加,包合物产率呈先显著下降后上升的趋势.这是因为β-环糊精对有效分子的包埋只有在水存在时才能进行.

β-环糊精分子中被水分子占据的非极性基团可以被非极性的柏子仁油快速置换下来,但过多的水分子与β-环糊精的非极性部位结合,阻碍柏子仁油进入疏水基团中[8],并且会使柏子仁油的浓度降低,不利于包合,所以包合物产率会降低.因此,确定水与β-环糊精适宜的体积质量比为12∶1.

4 包合物制备正交试验

图4 水与β-环糊精体积质量比对包合物产率的影响Fig.4 Ratio of water toβ-CD on the yield of inclusion

4.1 正交试验设计及结果

由预实验可知,影响包合物产率的主要因素有β-环糊精与柏子仁油的质量体积比、包合温度、包合时间和β-环糊精与水的体积质量比.以柏子仁油包合物产率为指标,采用L9(34)对4个因素进行考察.正交试验设计及结果如表1所示,方差分析结果如表2所示.

4.2 数据处理与结果分析

比较表1的4个因素极差值(R)可知,影响包合物产率的因素大小顺序为A>D>C>B.从表2可看出,因素A,D的P值分别为0.005和0.006,均小于0.01,说明因素A,D有统计学意义;因素B,C的P值分别为0.316和0.299,均大于0.10,说明因素B,C无统计学意义,即因素A,D对实验指标有显著影响,而因素B,C对实验指标的影响不显著,其影响的大小顺序为A>D>C>B.

表1 正交试验设计及结果Tab.1 Resultsof orthogonal experiment

表2 包合物产率方差分析结果Tab.2 Variance analysisof inclusion rate

优化结果表明:β-环糊精包合柏子仁油最佳包合工艺条件为A3B3C2D1,即β-环糊精和柏子仁油的质量体积比为10∶1,包合温度为70℃,包合时间为60 min,水和β-环糊精的体积质量比为12∶1.

对正交试验优选出的最佳工艺进行验证,可得到3批验证性试验的平均产率为82.13%,变异系数为1.37%,表明包合工艺稳定、可行.

5 包合物的光谱分析

5.1 红外光谱分析

图5为柏子仁油、β-环糊精和柏子仁油/β-环糊精包合物的红外光谱(IR)图.从图5(a)可看出,柏子仁油在781,1 496 cm-1处有特征吸收峰.从图5(b)可看出,β-环糊精在742,1 220,1 540,1 770,3 010 cm-1处有特征吸收峰.从图5(c)可看出,包合物的红外光谱图整体显示β-环糊精红外谱图的特征,在742,827,1 220,1 540,2 996 cm-1处有特征吸收峰.虽然峰形有微弱的红移,峰强度有稍微减弱,但峰形与峰强度和β-环糊精的基本一致,而柏子仁油的特征峰基本上消失了,说明柏子仁油已经被β-环糊精包合,且形成新的物相.这与文献[9]的试验研究结果一致.

图5 红外光谱谱图Fig.5 IR spectra

5.2 紫外光谱分析

图6 紫外可见光谱图Fig.6 UV spectra

采用紫外分光光度法,以吸收曲线与吸收峰的位置和强度来判断包合物形成的情况,结果如图6所示.从图6(a),(b)对比可以看出,柏子仁油乙酸乙酯溶液与β-环糊精包合物乙酸乙酯提取液所得紫外扫描图形成的吸收光谱峰形类似,说明包合物已经形成.

6 结束语

超临界CO2萃取制备的柏子仁油呈金黄色油状透明液体,流动性较好,具独特的柏子仁香气和苦味,经β-环糊精包合后,由油状液态变为固态,掩盖气味,避免了挥发,增加其有效成分的稳定性.又因为β-环糊精立体结构外部有很多亲水性醇羟基,可增大脂肪油在水中的溶解度和溶解速率,从而可提高其生物利用度,为制备中成药的各种制剂特别是片剂、颗粒剂等固体剂型创造了先决条件.采用饱和水溶液法进行包合实验,工艺简单、科学,便于工业化生产.

[1]国家药典委员会.中国药典[M].北京:化学工业出版社,2005.

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[3]叶水泉.防老驻颜柏子仁[J].药膳食疗,2005(4):45.

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[6]曾俊,杨宗发.环糊精及其衍生物在中药领域中的研究进展[J].现代医药卫生,2008,24(2):229.

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[8]吴彩娥,许克勇,李元瑞,等.气流式锐孔法制作猕猴桃籽油微胶囊的研究[J].农业工程学报,2006,22(3):133-137.

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(责任编辑:钱筠英文审校:刘源岗)

Preparation ofβ-Cyclodextrin Inclusion Com plex for Seman PlatycladiOil Extracted from CO2Supercritical Fluid

TANG Xu-chong,XIAO Mei-tian,YE Jing
(College of Chemical Engineering,Huaqiao University,Quanzhou 362021,China)

In thiswork,seman platycladioilwas extracted by the method of supercritical CO2extraction firstly.Thenβcyclodextrin inclusion compound of seman platycladi oil was prepared by the way of saturated solution.During the process,the inclusion yield was selected as the main screening index and the op timum conditions were investigated using o rthogonal test.The proportion between quality ofβ-cyclodextrin and volume of seman platycladioil was 10∶1;the proportion between volume of water and quality ofβ-cyclodextrin was 12∶1;inclusion temperature was 70℃;inclusion time was 60 min;the mean inclusion property rates was 82.13%,coefficient of variation was 1.37%in the best condition. Furthermo re,UV and IR spectra showed thatβ-cyclodextrin could effectively include seman platycladi oil.

seman platycladioil;β-cyclodextrin;including methods;supercritical fluid extraction

O 641.4;R 284.2

A

1000-5013(2011)03-0304-05

2010-09-07

汤须崇(1985-),男,助理实验师,主要从事中药成分提取和分离的研究.E-mail:tangxuchong035022@ 163.com.

华侨大学科研基金资助项目(09HZR08)