Box-Behnken效应面法优化薄荷油β-环糊精聚合物微球制备的研究*

杨黎燕，章栩铖，张雪娇，余丽丽，李 立，刘 乐

(1.西安医学院 药学院，陕西 西安 710021；2.东北林业大学 生命科学学院，黑龙江 哈尔滨 150040)

薄荷油是一种祛风药、芳香剂和调味料，为疏散风热常用之品。薄荷油通常用于治疗各种消化不适，可以缓解消化道痉挛[1]。但薄荷油易挥发，致使进一步的开发受到限制。环糊精包合物技术可以用于固化挥发性物质，研究表明利用环糊精载药可以实现药物的缓释，增加其稳定性和生物利用度[2-3]。

作者以β-环糊精(β-CD)为原料制备β-环糊精聚合物(β-CDP)微球，饱和水溶液法制备薄荷油β-CDP微球。采用Box-Behnken效应面法优化薄荷油β-CDP微球的最佳制备方法，为β-CDP微球成为较好的固体香精载体材料提供理论依据。

1 实验部分

1.1 试剂与仪器

β-CD：分析纯，天津市光复精细化工研究所；薄荷油：中国医药集团上海化学试剂公司；环氧氯丙烷、Tween20、Span80等试剂均为分析纯，市售；煤油：化学纯，市售；实验用水为蒸馏水。

85-2磁力加热搅拌器：上海浦东物理光学仪器厂；DZF-6050真空干燥箱：上海琅玕实验设备有限公司；挥发油提取器：500 mL，津南玻璃仪器仪表厂；JJ-1电动搅拌器：江苏金坛市正基仪器有限公司；HH-WO-501恒温水浴锅：江苏省金坛市医疗仪器厂；TDL-40B离心机：上海安亭科学仪器厂。

1.2 实验方法

1.2.1 薄荷油β-CDP微球的制备

1.2.1.1 空白β-CDP微球的制备

以β-CD为原料，环氧氯丙烷为交联剂，加入一定量含有乳化剂Span80和Tween20的煤油，参照文献[3]合成微球。60 ℃下真空干燥至质量恒定。

1.2.1.2 薄荷油β-CDP微球包合物的制备

采用饱和水溶液法制备薄荷油β-CDP微球[4]。取一定量的β-CDP微球置于烧杯中，加入适量蒸馏水加热溶解至过饱和溶液，冷却至反应温度，加入薄荷油1 mL，密封，超声震荡20 min后电磁搅拌，冷却，冰箱中冷藏过夜，取出抽滤并用少量质量分数95%乙醇洗涤，40 ℃下真空干燥5 h，即得薄荷油β-CDP微球。

1.2.2 评价指标

按《中国药典》2010年版附录《挥发油测定法(甲法)》[1]，取薄荷油 1 mL，置250 mL圆底烧瓶中，加入蒸馏水100 mL，连接挥发油提取器，以水蒸气蒸馏法提取至油量不再增加，读出挥发油量(mL)，按式(1)和式(2)计算产率Y1和包封率Y2。

(1)

(2)

2 结果与讨论

2.1 因素水平确定

根据参考文献及前期单因素实验，确定m(微球)∶V(薄荷油)(A)、反应温度(B)、反应时间(C)为主要影响因素，每个因素3个水平，采用效应面法优化，见表1。

表1 效应面因素与水平

2.2 效应面实验结果及分析

以薄荷油β-CDP微球包合物的产率Y1和包封率Y2为评价指标综合考虑，根据综合评分方法算出综合评分值Y，以综合评分值作为效应值，计算出综合评分值Y的回归线性方程式为Y=0.750Y1+0.400Y2-73.077，把各实验实测值代入计算得到该实验的线性回归综合得分，以综合得分作为效应值，结果见表2。

表2 效应曲面实验结果

续表

表3 Box-Behnken效应面回归分析1)

1) **极显著水平p<0.01；*显著水平p<0.05;不显著水平p>0.1。

不同因子的效应面分析图，即为C、B、A各因素取零水平时其它2个因素对综合评分值的影响，见图1。3个因素对实验的交互影响见图2。

从图1a中可以看出，当温度一定时，综合评分值随m(微球) ∶V(薄荷油)的增加先急速增加后缓缓降低。从图1b中可以看出当m(微球) ∶V(薄荷油)一定时，综合评分值随时间的增加先增加后降低，整个走势非常平缓，说明时间对实验结果的影响程度较小。从图1c中可以看出，当时间较短时，刚开始时综合评分值随温度升高而缓缓升高，当时间较长时，综合评分值随温度升高而降低。

图2 等高线图

图2a中等高线形状偏圆形，说明温度和时间的交互效应较弱，对实验结果有影响，但不够显著。沿时间轴的等高线密度变化相对温度轴大，则时间对实验影响相对于温度较为显著。图2b和图2c中等高线形状呈椭圆，说明m(微球) ∶V(薄荷油)和时间的交互作用以及m(微球) ∶V(薄荷油)和温度的交互作用对实验影响显著，而且沿m(微球) ∶V(薄荷油)坐标轴的等高线密度变化比时间轴和温度轴的等高线密度变化都大，则m(微球) ∶V(薄荷油)相对温度和时间更为显著。

为确证最佳点的位置，对模型回归方程的3个自变量分别取一阶偏导，并使偏导方程等于零，则：

4.96+0.19X2+1.44X3-10.8X1=0

0.37+0.19X1-2.25X3-6.5X2=0

-0.59+1.44X1-2.25X2-8X3=0

代入公式得温度为55.14 ℃，m(微球) ∶V(薄荷油)=9.54∶1 g/mL，时间3.46 h。

2.3 验证实验

Box-Behnken效应软件优化出的最佳制备条件为：V(薄荷油)=1 mL，m(β-环糊精微球)=9.60 g，V(水)=144 mL，温度55 ℃，时间3.41 h，和对模型回归方程的3个自变量分别取一阶偏导计算结果较为接近[温度为55.14 ℃，m(微球) ∶V(薄荷油)=9.54∶1 g/mL，时间为3.46 h]。结合以上，并根据实际情况将实验方案调整为V(薄荷油)=1 mL，m(β-环糊精微球)=9.60 g，V(水)=144 mL，温度55 ℃，时间3.4 h。3次平行验证实验显示，平均产率为93.14%，平均包封率为54.25%，综合评分为18.478，与预测值相差1.21%。

3 结 论

(1) 效应面分析得出制备薄荷油β-环糊精微球包合物的最佳条件为：V(薄荷油)=1 mL、m(β-环糊精微球)=9.60 g、V(水)=144 mL、反应温度55 ℃、反应时间3.4 h。利用最佳工艺制备的微球包合物平均包封率为54.25%，平均产率为93.14%；

(2) 包合物效果的影响程度大小的因素次序为m(β-CDP微球) ∶V(薄荷油)>时间>温度；

(3) 薄荷油属于中药挥发油，易挥发难保存，超声和搅拌过程要密封进行，而且干燥过程中温度不能过高，以免薄荷油逸出。超声更加利于薄荷油的包合效果；

(4) 制备微球时，干燥后过细研磨会影响微球的空腔结构，影响包合效果。

参 考 文 献：

[1] 国家药典委员会.中国药典：2010版一部[M].北京:化学工业出版社，2010:附录.

[2] 廖正根,平其能,邹红,等.丹皮酚-环糊精包合物的制备工艺研究[J].中成药,2005,26(6):842-846.

[3] 杨黎燕,杨威,刘春叶,等.茶碱β-环糊精聚合物微球的制备与缓释性能[J].中国实验方剂学杂志,2011,17(16):10-14.

[4] 杨黎燕,杨礼铭,杨礼诚,等.响应曲面法优化茴香油-环糊精微球包合物的制备工艺研究[J].食品工业科技，2013,34(7):269-272.