响应面法优化辛烯基琥珀酸淀粉酯－莪术油乳液的乳化工艺研究

王 亮 吕国军 廖 翰 赵 姗 吕 岩 刘袖洞 马小军

(1 中国科学院大连化学物理研究所，大连，116023;2 中国科学院研究生院，北京，100049)

莪术油为莪术经水蒸气蒸馏提取的挥发油，其有效成分多为莪术醇、莪术二酮、吉马酮、β－榄香稀等倍半萜和倍半萜烯类化合物［1－3］。莪术油用于病毒性感染及癌症的治疗，因其疗效确切已广泛应用于临床［4－5］。近年来，很多报道将莪术油制备成微球、乳剂等口服剂型，从而有效防止莪术油的挥发，增加稳定性，同时能掩盖其异味，提高生物利用度与患者顺应性［6－8］。辛烯基琥珀酸淀粉酯商品名为纯胶，英文缩写为SSOS，是一种改性淀粉，主要用于纺织、造纸、香料、制药等轻工业。在制药领域，辛烯基琥珀酸淀粉酯钠主要应用于乳液、微囊的制备［9］。研究表明，高取代度的辛烯基琥珀酸淀粉酯钠有更好的乳化性和稳定性，有利于乳液的制备和保存［10－11］。本文在单因素试验的基础上，利用响应面分析法［12－13］的Box－Behnken(BBD)设计原理，优化高取代度的辛烯基琥珀酸淀粉酯(SSOS)－莪术油乳液的乳化工艺。本文的实验设计、数据处理及模型建立均使用Design－Expert 8.0.6软件。

1 材料与方法

1.1 实验材料

1.1.1 主要实验试剂 高取代度辛稀基琥珀酸淀粉酯SSOS(自制)，莪术油(江西省吉安市振兴香料油提炼厂)，莪术醇对照品(中国药品生物制品检定所)，β－榄香烯对照品(中国药品生物制品检定所)。

1.1.2 实验仪器 IKA 调速电动搅拌器(德国IKA 有限公司)，调速磁力搅拌器(巩义市予华仪器厂)，液相色谱仪(waters e2695)，色谱柱(依利特BDS，C18，4.6mm×250mm，5μm)。

1.2 方法

1.2.1 SSOS－莪术油乳液的制备室温(约为25℃)下按照不同的芯壁比向一定量冷却后的SSOS 糊液中加入一定量的莪术醇，在800 r/min的强机械搅下搅拌15 min，即可获得莪术油为油相，SSOS 糊液为水相的乳液。同时使用原淀粉糊液同等条件下乳化进行对比。

1.2.2 乳液中莪术醇和β－榄香稀包封率的考察选取莪术油的主要有效成分莪术醇和β－榄香稀作为考察对象，通过液相色谱法［14］考察不同取代度不同浓度的SSOS 糊液在不同的芯壁比条件下对莪术醇和β－榄香稀的包封率。按如下色谱条件并考察线性关系:流动相甲醇(A)－水(B)，梯度洗脱:0～3 min，75%A，3～14 min80%A，14～18 min90%A;流速0.8 mL/min;柱温30℃;检测波长210 nm;进样量20μL。

1.2.3 响应曲面法考察最优乳化条件 以SSOS的取代度、乳液浓度和芯壁比作为考察因素［15］，以稳定性时间、莪术醇的包封率和β－榄香稀的包封率作为考察对象，设计三因素三水平正交试验，并使用Design－Expert 软件，采用BBD(Box Benhnken Design)试验设计方案，以响应面分析法RSA(Response Surface Analysis)来考察莪术醇的SSOS 乳液的最优乳化条件。

2 结果

2.1 线性关系的考察 莪术醇的线性回归方程为:y=17 768x+26 256，r=0.999 5;β－榄香稀的线性回归方程为:y=59 888x +61 584，r=0.999 5。结果表明，莪术醇和β－榄香稀分别在63.6～445.2μg/mL 和9.342～93.420μg/mL 线性关系良好。

2.2 响应面法对莪术醇的SSOS 乳液乳化条件优化

2.2.1 响应面分析因素水平的选取 根据BBD 试验设计原理，选取SSOS的取代度A、糊液浓度B 和芯壁比C 等三项对莪术油乳液影响显著的3个因素，采用三因素三水平的响应面分析方法。试验因素与水平设计见表1。

表1 Box－Behnken 试验因素及水平

2.2.2 响应面分析结果 根据相应的方案进行试验，方案及结果见表2。

表2 设计方案及响应值结果

将实验数据进行多元回归拟合，得到莪术醇Y1 为目标函数的二次回归方程模型为Y1=1.00 +0.068A－0.058B－0.044C－0.012AB－1.750× 10－3AC +0.042BC－0.15A2－0.11B2－0.058C2。

β－榄香稀为目标函数的二次回归方程模型为Y2=0.35 +0.021A－1.250×10－3B－0.033C +0.036AB+8.250× 10－3AC+8.500× 10－3BC－0.052A2+0.012B2－0.050C2。

式中:SSOS 取代度A、糊液浓度B、芯壁比C 在设计中均经量纲线性编码处理，故方程中系数绝对值的大小直接反应了各因素对指标值的影响程度，系数的正负反映了影响的方向。

表3 优化后的莪术醇包封率的方差分析表

对莪术油的SSOS 乳液对莪术醇和β－榄香稀的包封率数学模型进行方差分析，以检验方程的有效性和各因子的偏回归系数。分析结果表明，该模型回归显著。依据Design Expert 软件中Modified 方法将数学模型进行优化:即将莪术醇包封率影响不显著的AB，AC 项，将β－榄香稀的包封率影响不显著的AC，BC项不作为考察因素进行优化［16］。优化结果如表3、4所示。

表4 优化后的β－榄香稀包封率的方差分析表

优化后的回归方程为:Y1=1.00+0.068 A－0.058 B－0.044 C +0.042 BC－0.15 A2－0.11 B2－0.058 C2

Y2=0.35 +0.021 A－1.250×10－3B－0.033 C+0.036 AB－0.052 A2+0.012 B2－0.050 C2

从表3、表4 中看出应用Modified 方法将数学模型进行优化后，模型回归高度显著，显著性较优化前有明显提升，认为模型是适合的。用此模型对莪术醇的SSOS 乳液的包封率进行分析和预测。在所选取的因素水平范围内，各因素对结果的影响排序为:对莪术醇包封率的影响A＞B＞C，对β－榄香稀包封率的影响C＞A＞B。

2.3 最佳乳化条件的预测和验证 通过Design Expert 8.0.6 软件对经优化后的回归方程求解，在试验的因素水平范围内预测莪术油的最佳乳化条件为:SSOS取代度0.07，乳液浓度0.05，芯壁比0.17。在此条件下，莪术醇的包封率可达到102.36%，β－榄香稀的包封率可达到35.363%。按最优条件进行3次验证性试验，测得莪术醇的包封率为100.00%，β－榄香稀的包封率为34.891%。与理论值的相对误差较小，说明优化后的回归方程对确定莪术油的SSOS 乳液的最优乳化条件具有实际指导意义。

3 结论

以莪术醇和β－榄香稀的包封率为指标，考察SSOS－莪术油的乳化效果。响应面法预测SSOS 取代度0.07，乳液浓度0.05，芯壁比0.17 条件下，最优结果为莪术醇的包封率可达到102.36%，β－榄香稀的包封率可达到35.363%。在此条件下进行3次验证性试验，测得莪术醇的包封率为100.00%，β－榄香稀的包封率为34.891%。

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