响应曲面法优化姜黄素包合物的制备

【摘要】目的:探讨姜黄素羟丙基β-环糊精包合物curcumin HP-β-cyclodextrin inclusion complex，CUR-HP-β-CD)的包合工艺。方法:以包合物的产率为考查指标，考查温度、搅拌时间、乙醇浓度对产率的影响。采用响应曲面法对实验进行设计，采用饱和水溶液法制备包合物，通过紫外扫描和差示扫描量热法对包合物进行验证。结果:制备姜黄素羟丙基β-环糊精包合物的最佳条件为乙醇浓度为40％，饱和温度50℃，反应时间4 h。紫外扫描和差示扫描量热法证明了所得产物为包合物;结论:本工艺适用于制备姜黄素羟丙基β-环糊精包合物。

姜黄素是从姜科植物的根茎中提取的一种多酚类物质，具有消炎、抗肿瘤、抗氧化等多种作用。目前为止，国内外对姜黄素制剂的研究报道中以姜黄素口服液或腹腔注射占绝大多数，而静脉应用很少［1-5］。近几年的研究显示口服的姜黄素能被吸收到血循环中的量很少。因此，有必要对姜黄素的其它剂型进行研究［6-12］。

环糊精是用嗜碱性芽孢杆菌所产生的环糊精葡萄糖转移酶与淀粉作用生成的环状低聚糖化合物，为水溶性。其非还原性的结晶性粉末是分子结构为6～12个D-葡萄糖分子以1，4-糖苷键连接的环状化合物，构成中空圆筒形，姜黄素的两个苯环结构被包嵌于环糊精的中空圆筒结构中就形成了包合物［13］。其包合过程中主分子(环糊精)和客分子(姜黄素)之间不发生任何化学反应，不存在离子键、共价键或配位键等化学键作用，包和作用是一种物理过程。包合物的形成主要取决于主客分子的立体结构和两者的极性。包合物的稳定性由分子间的范德华力强弱决定，只有当主客分子大小合适，主客分子间隙小，产生足够强度的范德华力则稳定的包合物才形成［14］。当姜黄素与环糊精形成包合物后其大致结构如图1所示。

1　材料与方法

具体有:羟丙基-β-环糊精(山东滨州智源生物科技有限公司)、无水乙醇(成都市科龙化工试剂厂)、姜黄素(西安融升生物)、差示扫描量热仪、TU-1901双光束紫外可见分光光度计(北京普系统用仪器有限责任公司)、FA1004A电子天平(上海精天电子仪器有限公司)、SHB-lll循环水式多用真空泵(巩义市英峪华科技仪器厂)、DF-101S集热式恒温加热磁力搅拌器(郑州长城科工贸有限公司)、电热恒温鼓风干燥箱、Design-Expert 7.0.0软件(State-Ease Inc，Minneapolis，USA)。

查看相关文献和单因素实验得出影响姜黄素环糊精包合物生成的因素主要有温度、乙醇浓度、搅拌时间，并使用Design-Expert 7.0.0软件，Box-Behnken响应曲面法进行实验设计［15-17］。响应曲面试验的因素水平表如表1所示。

考虑到姜黄素和环糊精的结构，即姜黄素有2个苯环，而1个环糊精的筒状结构只能与1个苯环结构相嵌合。为了使得姜黄素尽可能地被环糊精饱和所以按姜黄素与HP-β-环糊精的摩尔比1∶2分别称取姜黄素0.092 g，HP-β-环糊精0.567 5 g［19-20］。按设计试验条件，在一定温度下，在不同浓度的乙醇溶液(总体积为50 mL)中先加入HP-β-环糊精制成溶液，再加入姜黄素、电磁搅拌器搅拌一定时间(按表2操作)，冷却后，置于冰箱中冷藏过夜析出结晶，结晶抽滤后，用冷水洗涤，干燥器中干燥12 h即得姜黄素HP-β-环糊精包合物。

使用紫外分光光度计和差示扫描量热仪来扫描产物和姜黄素、羟丙基-β-环糊精单体及其物理混合物，以判断包合物是否形成。

2　结果

紫外分光光度法结果显示:姜黄素在430 nm处有较大吸收峰，羟丙基-β-环糊精(HP-β-cyclodextrin，HP-β-CD)在200 nm处有较大吸收峰，而姜黄素包合物在430 nm处没有吸收峰。这证明了姜黄素的苯环结构已经嵌合在环糊精的筒状结构中及CUR-HP-β-CD包合物已形成。

差示扫描量热分析结果表明CUR的熔点为185.7℃; HP-β-CD的熔点为131.6℃。CUR与HP-β-CD形成包合物后其扫描波形与CUR、HP-β-CD及二者的物理混合物完全不同。从图谱中可以看出CUR-HP-β-CD包合物的熔点为93.9℃，在单体物质熔点峰之外，而CUR和HP-β-CD的物理混合物则在与单体物质的熔点峰附近有熔点峰。这证明了CUR和HP-β-CD两种分子之间形成了新的物质结构，即形成了包合物(图2)。

表2为按照Design-Expert 7.0.0软件设计的实验分组实验得出的姜黄包合物产率。通过3-D效果图可以发现温度和乙醇浓度对产率的影响较大(图3)。产率在温度达到50℃，乙醇浓度最高达40％。

3　讨论

通过采用响应曲面法设计实验并分析其结果发现，该方法能非常有效地找出影响实验的关键因素及其水平范围，且结果是具有较高的可信度。

包合物的形成是主分子与客分子间的相互组装的过程。多数包合物的形成过程中，其ΔH(反应自发进行，放热)和ΔS(熵减反应，不利于反应的自发进行)都为负值。通常情况下温度的升高不利于包合物的形成，但是通过试验发现，反应温度是影响包和反应的最关键因素，如果反应温度过低，对环糊精姜黄素的溶解都不利;不过升高温度，HP-β-CD的溶解度增大有利于形成分子囊。所以，利用环糊精在高温和低温下的溶解度的差别可得到结晶产物，即包合物。

姜黄素在水中的溶解度为20.705 μg/mL，基本上不溶于水，但溶于乙醇。而β-环糊精易溶于水并且其溶解度随温度升高而增大，但在乙醇中的溶解度小，所以乙醇浓度的选择很关键。

姜黄素含有多个双键、酚羟基及羰基等，性质不稳定，遇光、热及氧气易分解变色，因此在整个操作过程中应避光。

对所制得的包合物采用了紫外光谱分析和差示扫描量热法加以验证。结果表明所制得的姜黄素羟丙基β-环糊精包合物与姜黄素、羟丙基β-环糊精的物理混合物、姜黄素、羟丙基β-环糊精相比显现出另外一种新物象性质，由此证明了包合物已形成。

工业上提高姜黄素的溶解度通常是通过加入有机溶剂、助溶剂、表面活性剂等，但其毒性、刺激性等原因限制了其在临床上的运用。将姜黄素和环糊精制成包合物后能使其更好地应用于药品、食品、化妆品等行业，从而使姜黄素的运用更加广泛。

总之，姜黄素制备成环糊精包合物后不仅安全性好，药物稳定性和增溶效果的提升改善生物利用度，而且原材料经济实惠，有利于工业化生产，有较好的市场前景。

［1］许实波，唐孝礼.姜黄素的药理作用研究概况［J］.中草药，1991，22(8):137-159.

［2］刘焕云.姜黄色素稳定性的研究［J］.食品工业，2000，21(3): 22-24.

［3］唐课文，周丹.从姜黄中提取姜黄素的研究［J］.天然产物研究与开发，2004，16(3):231-234.

［4］宿树兰，吴启南，欧阳臻，等.超临界CO2萃取测定姜黄中姜黄素的实验研究［J］.中国重要杂志，2004，29(9):857-860.

［5］宿树兰，王永珍.不同方法提取姜黄中姜黄素的工艺筛选［J］.中成药，2002，24(1):67-68.

［6］谭俊，蔡卓凡，王诗明.姜黄素制剂稳定性实验研究［J］.中药材，2002，25(8):585-586.

［7］张晴龙.姜黄素注射制剂及其制备方法:中国，1543933C［P］.2004-11-10.

［8］张振江.姜黄素软胶囊及其制备方法:中国，1579376A［P］.2005-02-16.

［9］Li L，Ahmed B，Mehta K，et al.Liposomal curcumin with and without oxaliplatin: effects on cell growth，apoptosis，and angiogenesis in colorectal cancer［J］.Mol CancerTher，2007，6 (4): 1276-1282.

［10］李香，林秀丽.β-环糊精及其衍生物对姜黄素的增溶和荧光增强作用［J］.中国医药工业杂志，2008，39(3):194-198.

［11］刘彦生，王宪利.姜黄素甲基化β-环糊精包合物制备工艺研究［J］.武警医学，2007，18(5):337-339.

［12］Maiti K，Mukherjee K，Gantait A，et al.Curcumin phospholipid complex: preparation，therapeutic evaluation and pharmacokinetic study in rats［J］.Int J Pharm，2007，330 (1-2):155-163.

［13］王秀旺，许建华，温彩霞.姜黄素聚维酮固体分散体的制备及溶出度的测定［J］.中国医院药学杂志，2008，28(21): 1819-1822.

［15］刘彦生，王宪利.姜黄素甲基化-β-环糊精包合物制备工艺研究［J］.武警医学，2007，18(5):337-339.

［16］余丽丽，李仲瑾，朱雷，等.应用响应曲面法优化N，N’-亚甲基双丙烯酰胺交联淀粉微球的合成工艺［J］.化工进展，2008，27 (3):407-411.

［17］季宏飞，许杨，李燕萍.采用响应面法优化红曲霉固态发酵产红曲色素培养条件的研究［J］.食品科技，2008，(8): 9-13，27.

Preparation of curcumin inclusion complex by respond surface methodology

【Abstract】Objective: To prepare and confirm the curcumin inclusion complex with HP-β-cyclodextrin.Methods: This experiment was designed by respond surface methodology (RSM)and the inclusion complex of curcumin with HP-β-cyclodextrin(HP-β-CD)was prepared by saturated solution method.Take the UV-scanning and differential scanning calorimetry (DSC)as the method to identify the successful formation of the inclusion complex.Results: The optimum formulation and preparation process for inclusion complex is established as follows: the inclusion temperature is 50℃，the ethanol concentration is 40％ and the mix time is 4 h.In addition，the product，curcumin HP-β-cyclodextrin inclusion complex，was verified by UV scanning and DSC.Conclusion: This method is suitable for preparing inclusion complex of curcumin HP-β-cyclodextrin.

作者简介:王健(1964-)，男，四川宣汉人，副教授，主要从事病原生物与免疫学的研究。E-mail: wj_yxx@163.com

网络出版时间: 2015-5-1 01∶33网络出版地址: http://www.cnki.net/kcms/detail/51.1254.R.20150501.1333.006.html

响应曲面法优化姜黄素包合物的制备

1 材料与方法

2 结果

3 讨论

1　材料与方法

2　结果

3　讨论