响应面法优化辣椒碱β—环糊精包合物制备工艺

王华　王莹　王翼　詹长娟　徐伟　乔慧

摘要：利用饱和水溶液法制备辣椒碱β-环糊精包合物，以包合率和包合物产率为评价指标，通过对包合温度、包合时间及配料比的考察，以响应面法优选最佳工艺条件。结果表明，辣椒碱β-环糊精包合物的最佳包合条件为包合温度50℃，包合时间为3 h，配料比为1：1（摩尔比），此时包合物平均产率为53.97%，平均包合率为52.51%。采用响应面法可优化辣椒碱B一环糊精包合物的制备工艺，为辣椒碱药物制剂的研发提供借鉴。

关键词：辣椒碱；β-环糊精；包合物；响应面法

辣椒碱是从辣椒属植物中提取得到的一种天然生物碱，是辣椒中能引起辛辣味的主要成分。辣椒碱在食品、医疗、农药、化工涂料及军事等领域均有应用。由于辣椒碱具有多种生理活性，在临床上已被用于神经性疼痛、带状疱疹神经痛、骨骼肌慢性痛、神经性膀胱功能障碍、手术后恶心、手术后咽喉痛等疾病的治疗。研究表明，辣椒碱对减重、多种癌症（胰腺癌、前列腺癌、胃癌、结肠癌、乳腺癌、肺癌、肝细胞癌等）、心血管及胃肠道保护均有显著影响。由于辣椒碱在水中的溶解性差、刺激性大且首过效应明显，将辣椒碱制备成不同的剂型以降低其副作用、减少刺激性、改变给药途径、方便患者使用等成为近年来研究的热点。本试验利用饱和水溶液法制备辣椒碱β-环糊精包合物，以包合率和包合物产率为评价指标，通过对包合温度、时间及配料比的考察，以响应面法优选其最佳工艺条件，以期对辣椒碱的制剂研究提供参考。

1.材料与方法

1.1试验材料、试剂及仪器

辣椒碱（广州五味源生物科技有限公司，纯度≥98%）：甲醇（分析纯，无锡市佳妮化工有限公司）；β-环糊精（国药集团化学试剂有限公司）。

UV-2450型紫外分光光度计（日本岛津公司）：AL 104型电子天平（梅特勒-托利多国际股份有限公司）：HH-1型数显恒温水浴锅（金坛市杰瑞尔电器有限公司）：KH-400KDV型高功率数控超声波清洗仪（昆山禾创超声仪器有限公司）：TJ270-30A型红外分光光度计（天津市拓普仪器有限公司）。

1.2方法与步骤

1.2.1辣椒碱测定波长的选择 称取0.04 g辣椒碱于10mL容量瓶中，用甲醇将其溶解并定容，移取0.1 mL该溶液于10 mL容量瓶中用甲醇定容，配成终浓度为0.04 mg/mL的辣椒碱甲醇溶液，以甲醇作为空白对照，在200-400 nm的波长范围内进行紫外光谱扫描，其在230 nm和280 nm处有较大吸收，因考虑到230 nm处有末端吸收，所以选择280 nm为辣椒碱的测定波长。

1.2.2辣椒碱标准曲线的制备与方法学研究

1）标准曲线的制备：称取0.02 g辣椒碱于50 mL容量瓶中，用甲醇溶解并定容，得到贮备液。分别移取该贮备液0.4、0.6、0.8、1.0、1.2、1.4 mL到10 mL容量瓶中，用甲醇定容。以甲醇为空白对照，在280 nm处测定上述溶液的吸光度，平行测定3次。以吸光度（A）对质量浓度（c）线性回归得到标准曲线，曲线方程为A=0.14C+0.004 7，R2=0.999 4，线性范围为16-56ug/mL。

2）精密度试验：分别配制浓度为24、40、56ug/mL的辣椒碱甲醇溶液，进行日内和日间精密度测定，以甲醇为空白对照，在280 nm波长处测定吸光度，计算实际浓度，日内精密度每隔2 h测定一次，连续测3次，日间精密度连续测定3 d。

日内精密度RSD分别为1.10%、1.05%和1.53%，日间精密度RSD分别为0.79%、1.10%和1.46%，均小于2.00%，表明该测定方法的精密度良好。

3）稳定性试验：配置40 ug/mL的辣椒碱甲醇溶液，室温下放置0、2、4、6、8、10 h，以甲醇为空白对照，在280 nm处测定其吸光度，RSD为0.31%，小于2.00%，表明辣椒碱甲醇溶液在室温条件下放置10 h内稳定。

4）回收率的测定：精密称取已知含量的辣椒碱B-CD包合物4 mg，共9份，分成3组，置于10 mL容量瓶中，分别加入0.4 mg/mL的辣椒碱储备液1.2、1.6、2.0 mL，加甲醇振荡溶解至刻度线，再吸取上述溶液0.4mL置于10mL容量瓶中，加甲醇稀释至刻度，以甲醇为空白对照，在280 nm处测定吸光度，测得平均加样回收率为98.09%（95.00%<98.09%<105.00%），RSD为0.88%（<2.00%）。

1.2.3饱和水溶液法制备包合物 称取足量的B-CD于150mL具塞锥形瓶中，加入20mL的蒸馏水，将其放入恒温振荡器中加热振荡，使B-CD充分溶解，过滤，制成B-CD饱和溶液，另外称取适量辣椒碱于150 mL具塞锥形瓶中，用适量甲醇溶解，将B-CD饱和溶液缓慢加入到辣椒碱的甲醇溶液中，边加边振荡，使溶液保持澄清，滴加完毕，将该溶液放入恒温振荡器中，2 h后取出，冷却，冰箱冷藏24h，抽滤，于烘箱中干燥后即得辣椒碱B-CD包合物。

1.2.4包合物产率及包合率的测定 包合物产率的测定：将烘干后的包合物称重，得到最终包合物质量，按以下公式计算包合物产率：

包合物产率=包合物的质量/（投入的辣椒碱质量+投入的B-CD质量）×100%

包合率的测定：称取0.1 g包合物于10mL容量瓶中，加入适量甲醇，于超声仪中超声溶解，定容至10 mL，于280 nm处测定吸光度，按辣椒碱标准曲线及以下公式计算包合率：

包合率=包合物中辣椒碱质量/投入的辣椒碱质量×100%

1.2.5辣椒碱B-环糊精包合物的表征与鉴定 采用KBr压片法，将B-CD、辣椒碱、辣椒碱和B-CD的混合物（1：1的摩尔比）以及辣椒碱B-CD包合物（1：1的摩尔比）的固体粉末分别在4 000～400 cm红外光谱下扫描。

1.2.6响应面优化试验设计 根据预试验结果，选择包合温度、包合时间以及B-CD与辣椒碱的配料比（摩尔比，下同）作为研究参数，分别以A、B、C表示，以包合率及包合物产率为响应值（Y1、Y2），采用Box-Benhnken试验设计法对辣椒碱B-CD包合物的制备工艺进行优化，分析因素及水平编码见表1。

2.结果与分析

2.1辣椒碱B-环糊精包合物的制备工艺

2.1.1响应面优化试验结果 以包合温度、包合时间以及B-CD与辣椒碱的配料比为因素，以包合率及包合物产率为响应值（Y1、Y2），采用BoxBenhnken试验设计法对辣椒碱B-CD包合物的制备工艺进行优化，试验方案及结果见表2。对表2中的包合率和包合物产率进行多元回归拟合，获得包合率对编码自变量（包合时间、包合温度、配料比）的二次多项回归方程为：Y1=52.51+0.15A-0.049B+0.085C+0.032AB+0.38AC+0.26BC-3.90A²-2.49B²2.87C²。包合物产率的二次多项回归方程为：Y2=53.96+0.5A-0.13B-0.046C-0.05AB+0.13A C+0.21BC-3.28A²-2.62B²-2.37C²。

包合率及包合物产率二次多项回归模型方差分析结果见表3和表4。由表3和表4可以看出，辣椒碱B-CD包合物制备的模型中A2、B2、C2二次项对试验结果的影响极显著（P<0.001）。回归模型的相关系数R2=111.26/114.72=96.98%，方差分析数据说明该回归方程对实际情况拟合较好。

2.1.2辣椒碱包合物产率及包合率的响应面分析包合温度、包合时间以及B-CD与辣椒碱的配料比三因素对辣椒碱包合物产率及包合率的交互影响的三维曲面图如图1、图2、图3所示。由各因素交互影响的三维曲面图分析可得，3个响应曲面图均为开口向下的凸形曲面，响应值Y1、Y2随着每个因素变化而变化。比较3个不同的因素对响应值Y1、Y2的影响，包合温度对试验结果的影响较显著，其次是包合时间和配料比，与方差分析结果一致。

通过软件分析最佳包合条件为包合温度50.46℃，包合时间2.98 h，配料比1：1，得到理论包合率为52.506 6%，包合物的产率为53.973 0%。根据试验条件对拟合的参数进行优化，得到包合温度为50℃，包合时间为3 h，配料比为1：1。

2.1.3模型验证试验 考虑到仪器条件及试验操作的可控性，对上述最佳试验条件进行适当的修正，包合温度为51℃，包合时间为3 h，配料比为1：1时，进行3组平行试验，实际测得的辣椒碱包合物的平均产率及包合率分别为52.51%、53.93%，与理论值较为接近。

2.2红外光谱法验证包合物

从图4中可以看出，辣椒碱在3 503、3 274、1 272、808 cm^-1等处都有吸收峰；B-CD在3 379 cm^-1处有一宽峰，在1 635、1 466、941、752 cm^-1等处有吸收峰；在包合物中，辣椒碱在3503、3274、808 cm-1等处的吸收峰消失，与混合物及B-CD的红外光谱图比较，辣椒碱与B-CD已形成包合物。

3.小结

本研究通过Design Expert软件，将响应面法应用到辣椒碱B-环糊精包合物的制备工艺中。优化后的包合工艺参数为包合温度51℃，包合时间3 h，配料比1：1，在此条件下，辣椒碱包合物的平均产率及平均包合率分别为52.51%、53.93%。经红外光谱法鉴定，成功制备了辣椒碱B-环糊精包合物，提高了辣椒碱的水溶性，为辣椒碱新剂型的开发及应用提供了参考。