孜然挥发油β-环糊精包合物的制备与评价

裴贵珍， 陈 文 ， 马世俊， 张淑兰， 郭 鑫

(1. 新疆生产建设兵团医院药学部，新疆 乌鲁木齐830002;2. 石河子大学药学院，新疆 石河子832002;3. 哈密十三师红星医院药剂科，新疆 哈密839000;4. 新疆医科大学附属中医医院 药学部，新疆乌鲁木齐830004)

孜然是伞形科植物孜然芹Cuminum cyminum L. 的干燥成熟果实，具有芳香气味，有驱风散寒、暖胃健脾、利水逐水、散结水肿的功效［1-2］，挥发油［3］作为孜然的重要有效成分，对多种霉菌、酵母菌、细菌具有抑制作用。孜然挥发油不稳定，易挥发，为防止挥发油在制剂过程中损失，增加稳定性，提高疗效，本实验采用β-环糊精对孜然挥发油进行包合［4-7］，通过正交试验优选最佳包合工艺，并对包合物进行验证［8-10］和稳定学考察。

1 仪器与试药

分析天平(北京赛多利斯天平有限公司);JJ-4 多头磁力搅拌器(金坛市鑫鑫实验仪器厂);电热恒温水浴锅(北京市永光明医疗仪器厂);Affinity-1 傅立叶变换红外光谱仪(日本岛津公司);UV-2401 分光光度计(日本岛津公司);STA409PC 型差示-热重扫描量热分析仪(德国耐驰科学仪器商贸上海有限公司);β-环糊精(天津市光复精细化工所);孜然挥发油(石河子大学药学院提供);无水乙醇为分析纯。

2 方法与结果

2.1 孜然β-环糊精包合物的制备

2.1.1 包合物制备方法 取β-环糊精(β-CD)适量，加蒸馏水配置成饱和溶液，置于恒温磁力搅拌器上，搅拌的同时滴加无水乙醇(1 ∶1)溶解的孜然挥发油溶液，设定一定的搅拌时间，搅拌结束后，将形成的包合物混悬液置冰箱冷藏24 h 后，抽滤，弃去滤液，用蒸馏水洗涤包合物，抽干后50 ℃干燥，最后得到白色粉末状包合物。

2.1.2 包合率及包合物产率的测定 按《中国药典》2010年版一部附录挥发油测定法(甲法)进行。将孜然油包合物置圆底烧瓶中，加蒸馏水500 mL，连接挥发油测定器，使沸腾2 h 左右，直至油量不再增加后停止加热，放置至室温，读取挥发油实际含油量。并计算包合产率和包合率。衡量包合效果的主要指标是包合率，包合率越高，挥发油包合效果越好，因此权重系数定为0.7，包合物产率在实际生产中也具有重要意义，权重系数定为0.3。

包合产率(%) = W包合物/ (Wβ-CD+ W挥发油)

包合率(%) =包合物中实际含油量/ (挥发油投入量 × 空白回收率)

综合评分=70 × 包合率 + 30 × 包合产率

2.1.3 空白回收试验 精密量取3 份挥发油1 mL，分别置于500 mL 圆底烧瓶中，按“2.1.2”项下方法测定，读取油量分别为0.85、0.91、0.94 mL，挥发油空白回收率为90.0%。

2.1.4 正交试验优化包和工艺 经初步试验，选定β-CD和孜然挥发油投料比 (A)、包合温度(B)、包合时间(C)、β-CD 与水之比(D)为影响因素，每个因素选3 个水平，见表1。结果见表2，方差分析见表3。

表1 因素与水平

表2 正交试验结果

表3 方差分析

由结果可知:各因素影响作用大小为A ＞B ＞D ＞C。C的影响最小，将C 作为误差项进行方差分析，β-环糊精与孜然挥发油的比例、包合温度对包合效果有显著影响。最终选出A2B2D2C2为最佳工艺，即孜然挥发油与β-CD 投料比为1 ∶8，包合物温度40 ℃，β-CD 和水的体积比1 ∶10，包合时间2 h。

2.1.5 验证试验 取孜然挥发油3 批，按最佳包合工艺进行验证试验。包合率分别为76.64%、78.75%、78.23%，包合产率分别为82.89%、84.39%、80.67%，结果表明，该挥发油的包合工艺条件稳定，具有重复性和可操作性。

2.2 孜然挥发油包合物的表征

2.2.1 红外光谱法 取孜然挥发油1 mL，β-环糊精、包合物、孜然挥发油与β-环糊精物理混合物各2 g，采用溴化钾压片法，进行红外光谱测定，比较包合前后红外区吸收峰的变化。结果见图1。包合物中孜然挥发油的红外振动受到限制，诸多特征峰如:1 689 cm-1羰基伸缩振动;2 960 cm-1甲基不对称伸缩振动;2 820、2 721 cm-1醛基特征吸收峰;1 641、1 514 cm-1处出现芳环骨架振动;2 872、1 454 cm-1甲氧基吸收峰等在β-环糊精包合物中已经消失或者明显减弱，整个包合物主要呈现β-环糊精的红外光谱图形，说明包合物已经形成。

2.2.2 差示热扫描量热法 对孜然挥发油、β-环糊精、物理混合物、包合物进行DSC 扫描，以空坩埚为参比，另一坩埚放入样品，升温速度10 ℃/min，扫描范围20 ～800 ℃，测定气体为氮气，结果见图2。挥发油在80℃有一个显著的脱水吸热峰，100 ℃开始进行缓慢放热;物理混合物300 ～500 ℃存在明显的放热过程;β-环糊精的热流曲线与包合物两者热吸收相叠加的特征，挥发油被包裹于β-环糊精中，并呈现β-环糊精的特性，说明孜然挥发油与β-环糊精形成包合物。

图1 红外光谱法对包合物的验证

图2 差示热扫描量法对包合物的验证

2.2.3 紫外分光光度法 UV 法可以从两方面证实包合物是否形成:一方面可从吸收曲线的轮廓与吸收峰的位置和高度来判断，另一方面是最大吸收波长的位置和吸收强度。将孜然挥发油、包合物、β-环糊精分别溶于无水乙醇中，并在紫外分光光度计中进行200 ～400 nm 全波长扫描，观察吸收曲线变化(结果见图3)。由结果可知，孜然挥发油在283、260 nm 左右处有紫外吸收，而包合物在280、260 nm处无紫外吸收，且包合物与β-环糊精的吸收曲线基本吻合，其中210 nm 为溶剂吸收峰，说明孜然挥发油与β-环糊精形成包合物。

图3 紫外分光光度计法对包合物的验证

2.3 稳定性考察

2.3.1 光稳定试验 分别称取β-环糊精包合物和挥发油与β-环糊精按比例混匀所得的混合物各3 份，密封于玻璃瓶中，均照射10 d (强度4 000 Lx)，于第0、第5、第10天时取样，测定挥发油含有量，计算挥发油相对质量分数。结果包合物挥发油相对质量分数分别为100%、92.6%、84.2%，混合物挥发油相对质量分数分别为100%、72.4%、48.8%。由此可见，包合物较混合物具有良好的光稳定性，在强光下不易分解。

2.3.2 恒温试验 分别称取β-环糊精包合物和挥发油与β-环糊精按比例混匀所得的混合物各9 份，每份30 g，密封于玻璃瓶中，每3 份分别于40 ℃、60 ℃、80 ℃恒温干燥箱内放置10 d，于第0、第5、第10 天时取样，测定挥发油相对含量，计算挥发油相对质量分数，结果见表4。表明包合物的热稳定性优于混合物。

表4 恒温试验(n=3)

2.3.3 高湿试验 分别称取β-环糊精包合物和挥发油与β-环糊精按比例混匀所得的混合物各6 份，密封于玻璃瓶中，每3 份于25 ℃置于相对湿度分别为75%和90%的2个密闭容器中。于第0、第5、第10 天时取样，测定挥发油相对含量，计算挥发油相对质量分数，结果见表4。表明包合物的高湿稳定性优于混合物。

表5 高湿照试验(n=3)

2.4 包合常数的测定 包合常数［11］是表征药物与环糊精之间非共价键相互作用及其复合物稳定性的十分重要的物理化学参数。按照文献方法［12-14］，固定客体药物孜然挥发油的质量浓度为0.125 8 g/L，β-环糊精质量浓度在0 ～4.545 0 g/L 范围内分别扫描体系的紫外光谱。假设β-环糊精与挥发油形成1 ∶1 的复合物，结合常数计算公式:1/ΔA=1 / A · Ka· C0+ 1/a

式中ΔA 表示加入β-环糊精前后吸光度的改变值，C0为所加入的质量浓度，Ka为包合常数，a 为常数，以1/ΔA对1/C0作图得一直线，其截矩与斜率之比即为包合常数Ka。计算283 nm 处下加入一定质量浓度β-环糊精前后孜然挥发油体系吸收光谱变化值ΔA，结果见表6 (ΔA 为后9组吸光度数据与第一组吸光度数据之差)。以1/ΔA 对1/C0作图，得到直线:y =0.410 6x + 2.109 9，r2=0.974 9，形成1 ∶1 型包合物，Ka 值为5.36，在紫外分析中此线性较好，说明β-环糊精与挥发油的结合比是1 ∶1。

表6 不同体系下的吸光度(λ=283 nm)

3 讨论

实验前期对孜然挥发油的包合方法进行考察，分别采用研磨法、超声法、饱和水溶液法制备包合物，结果显示饱和水溶液法制备的包合物包合率和包合物产率均较高，故选择饱和水溶液法制备包合物。

采用正交试验优化了孜然挥发油包合物制备工艺处方。结果显示，优化后的孜然挥发油包合物的包合效果较好。孜然挥发油-β-环糊精包合物在热稳定性方面得到明显改善提高，且其不良气味显著下降，达到了制备包合物的目的。

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