星点设计－效应面法优化香附挥发油的β－环糊精包合物制备工艺

★ 杨松涛 苏丹 宋永贵＊＊ (1．辽宁省抚顺市药品检验所 抚顺113006;2．江西中医学院 南昌330006;3．中药固体制剂制造技术国家工程研究中心 南昌330006)

香附为莎草科植物莎草Cyperus rotundus L．的干燥根茎，具有疏肝解郁、理气宽中、调经止痛的功效，临床常用于肝郁气滞、胸胁胀痛、疝气疼痛、乳房胀痛、脾胃气滞、月经不调、经闭痛经［1］。香附中所含挥发油具有抗肿瘤、降血压、雌激素样以及抗炎作用［2－5］。但挥发油成分容易损失，且气味不良，不易贮存，水溶性差，直接使用生物利用度低，此外，香附挥发油具有一定的刺激性和辛辣感，直接服用不易接受。目前主要采用环糊精对香附挥发油进行包合，然后制成相应的制剂。本研究采用操作简单，试验次数少，精度高，预测性好星点设计法［6，7］(central composite design，CCD)设计实验，其结果采用集数学和统计学方法于一体的效应面法(response surface methodology，RSM)进行优化，得到香附挥发油－β－环糊精包合物制备工艺。

1 仪器与试药

挥发油测定仪(上海玻璃仪器厂);SHZ－DIII型循环水式真空泵(浙江黄岩求精真空泵厂);85－1型恒温磁力搅拌器(江苏金坛市国旺实验仪器厂);BT125D电子分析天平(赛多利斯科学仪器(北京)有限公司);香附挥发油(自制);β－环糊精(沈阳试剂三厂，纯度＞98%，批号:20060125);水、乙醇等其余试剂均为分析纯。

2 方法与结果

2．1 试验方法和结果 选取包合时间、β－环糊精∶挥发油(m/v)以及包合温度这3个对包合工艺影响较大的因素，根据预实验单因素法考察结果及在最高和最低水平制备挥发油β－CD包合物的可行性，将上述3种因素的水平设置为:β－环糊精∶挥发油(m/v)为2－10，包合温度为30℃ －555℃，包合时间为1－4小时。分别用X1、X2、X3来表示包合时间、β－环糊精∶挥发油(m/v)以及包合温度，并以1．682，1、0、－1 和 －1．682 分别代表变量的水平，按方程Xi=(Xi－X0)/ΔX对自变量进行编码，其中，Xi为变量的编码值，Xi为变量的真实值，X0为实验中心点变量的真实值，ΔX为变量的变化步长，进行三因素五水平的试验设计(见表1)。

表1 试验因素水平编码表

按表1试验因素水平安排试验，对香附挥发油进行饱和水溶液包合，以挥发油包合率为指标。结果如表2所示。

表2 Central Composite Design试验结果

2．2 响应面法分析方案与结果 采用Design Expert 7．0软件对表2实验数据进行多元回归拟合，经过运算后分别得到挥发油包结率(%)对包合时间(Xl)、挥发油∶β－环糊精(X2)和 包合温度(X3)的模型，其拟合二次多项回归模拟方程为:

Y=9．79+7．11X1－ 2．13X2+3．54X3+0．14X1X2+0．95X1X3－ 0．35X2X3－ 10．71X1X1－ 0．98X2X2－0．1X3X3(R2=0．7217)。拟合方程的相关系数说明设计模型拟合程度良好，可以用此模型对香附挥发油的β－环糊精包合制备工艺进行分析和预测。分析上述回归模型的方差，结果见表3。

表3 回归模型方差分析

从表3中可以看出，模型中一次项Xl，X2，X3不显著;X1X2交互项显著;二次项X1^2极显著，X2^2，X3^2不显著。说明挥发油包合模型中各因素对包合率(%)的影响不是简单的线性关系。

2．3 包合工艺的效应面法优选 采用Design Expert 7．0实验设计软件绘制指标与自变量的三维曲面图(图1)，得到最优包合工艺条件:β－CD:挥发油(w/v)为6，包合温度为42．5℃，包合时间为2．5小时。

图1 挥发油∶β－CD、包合时间以及包合温度交互作用对挥发油包结率的影响

3 讨论

(1)星点设计(central composite design，CCD)法在试验设计上，较正交设计和均匀设计多采用的线性数学模型，精度不如星点设计，预测性较差。星点设计方法简便，且在模型建立上采用非线性数学模型拟合，复合相关系数较高，预测值更接近真实值。

(2)应用响应面法得到最佳的包合工艺为:β－CD:挥发油(w/v)为6，包合温度为42．5℃，包合时间为2．5小时。按上述最佳工艺，进行3次重复试验，测得挥发油包结率与预测值基本相同。说明用星点设计－效应面法进行的工艺优选方法简便，拟合结果合理、可靠。

［1］国家药典委员会编·中华人民共和国药典［S］．第1部北京:中国医药科技出版社，2010:241．

［2］黄剑锋，彭国平．香附的化学成分及药理研究进展［J］．中药材，2003，26(1):65 －68．

［3］温东婷，张蕊，陈世忠．香附化学成分的分离及对未孕大鼠离体子宫肌收缩的影响［J］．北京大学学报(医学版)，2003，35(1):110－111．

［4］解宇环，沈映君，纪广亮，等．香附、藿香挥发油抗炎、镇痛、解热作用的实验研究［J］．四川生理科学杂志，2005，27(3):731．

［5］刘国卿，王秋娟，谢卓丘．香附挥发油药理研究［J］．中国药科大学学报，1989，20(1):48 －50．

［6］吴伟，崔光华．星点设计－效应面法及其在药学中的应用［J］．国外医学药学分册，2000，27(5):292 －298．

［7］刘艳杰，项荣武．星点设计效应面法在药学试验设计中的应用［J］．中国现代应用药学，2007，24(6):455 －457．