溶剂对大麻二酚广谱油溶解性和抗聚并稳定性的影响

马永强

唐可欣1

王 鑫1

罗 钰1

彭 禹2

(1. 哈尔滨商业大学，黑龙江 哈尔滨 150028; 2. 哈尔滨汉博科技开发有限公司，黑龙江 哈尔滨 150028)

大麻二酚(CBD)，几乎不溶于水，具有保护神经、抗痉挛、抗焦虑等多种生物活性功能[1-3]，食用含有CBD的食品能够给人带来愉悦感[4]。CBD广谱油是一种将全谱油CBD中的致幻成分四氢大麻酚(THC)经过特别工艺去除后的油状物质，常温下为固态。CBD广谱油的成分主要为CBD，占CBD广谱油含量的56%；其次为大麻萜酚(CBG)和大麻环萜酚(CBC)，分别占CBD广谱油含量的24%和20%。

中国对于CBD研究偏向于其功效[5]、提取[6]和检测[7]方面，而在如何克服CBD疏水性从而拓宽其应用范围方面的研究有所欠缺，对CBD溶解性方面的研究尚未见报道。国外在增强CBD溶解性方面的研究偏向于药用治疗领域，通过创建自乳化药物递送系统、制备改进的晶体制剂和其他固态递送制剂等潜在途径以提高CBD的溶解性和生物利用率[8]，但在筛选合适的食品级溶剂来提高CBD溶解度方面的研究鲜有报道。Nathan等[9]通过对CBD环糊精制剂进行冷冻干燥、喷雾干燥处理和对CBD介孔二氧化硅制剂进行亚临界CO2浸渍处理后，显著增加了CBD的水溶性。Helene等[10]以超临界二氧化碳为溶剂，在315，326，334 K的温度下测定了CBD的溶解度，溶解度数据使用Peng-Robinson状态方程结合Van der Waals方程进行关联，计算结果与试验数据之间的偏差范围为0.81%～6.35%。

由于CBD广谱油的疏水性，无法将其直接加入到食品中，因此选择合适的溶剂将其溶解并使溶液处于稳定状态尤为重要。研究拟选用常应用于食品中的表面活性剂辛癸酸甘油酯(CCT)、大豆磷脂、蔗糖酯、甘油及1,2-丙二醇作为溶剂，利用其具有固定的亲水亲油基团且在溶液表面能定向排列的特点来溶解CBD广谱油，通过对广谱油在不同溶剂中溶解性的研究，筛选出溶解度最高的溶剂。在此广谱油—溶剂体系中，利用Apelblat模型对试验数据进行关联，并进行抗聚并稳定性质的研究，以克服CBD广谱油疏水性和因油脂聚并导致稳定性差的缺点，以期为CBD在食品中的应用研究如CBD口服液的制备、CBD保健品的开发和CBD微胶囊的制备提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

1.1.1 材料与试剂

CBD广谱油：武汉中昌国标物科技有限公司；

辛癸酸甘油酯(纯度≥98%)、甘油(纯度≥97%)、1,2-丙二醇(纯度≥97%)：上海麦克林生化科技有限公司；

大豆磷脂(纯度≥97%)、蔗糖酯(纯度≥97%)、吐温20(纯度90%)、吐温40(纯度90%)、吐温80(纯度90%)、辣椒红素(纯度60%)：浙江一诺生物科技有限公司。

1.1.2 主要仪器设备

紫外/可见分光光度计：721S-50型，上海元析仪器有限公司；

数控超声波清洗器：KQ-250DE型，昆山市超声仪器有限公司；

电热恒温水浴锅：HWS-26型，济南启科仪器设备有限公司；

旋转流变仪：Haake Rheo Stress 6000型，美国Thermo Fisher Scientific公司；

磁力搅拌器：HJ-8A型，武汉科尔仪器有限公司；

激光粒度测定仪：Zetasizer NanoZS90型，英国Malvern公司。

1.2 方法

1.2.1 溶剂初步筛选 分别取10 mL辛癸酸甘油酯、大豆磷脂、蔗糖酯、1,2-丙二醇、甘油加入1 g CBD广谱油，在60 ℃、超声功率80 W下辅助溶解1 min，通过观察溶液的外观初步判定所选用溶剂的溶解性。

1.2.2 CBD方谱油溶解度测定 紫外分光光度法[11]。

(1) 溶液的制备：取1.2.1中初步判定溶解性较好的溶剂10 mL置于小烧杯中备用，精密称取1.5 g CBD广谱油加入其中，在60 ℃、超声功率80 W下辅助溶解1 min， 得到CBD广谱油样品溶液，备用。

(2) 最大吸收波长的确定及标曲绘制：根据文献[12]的方法并修改，精密移取2 mL CBD广谱油样品溶液于5 mL 容量瓶，用溶剂定容，在60 ℃、功率为80 W下超声辅助溶解1 min，200～1 000 nm范围内进行扫描，确定最大吸收波长。配置质量浓度为50，100，150，200，250 mg/mL 的CBD广谱油样品溶液。在60 ℃、功率为80 W下超声辅助溶解1 min，于最大吸收波长处测定吸光度，以溶液质量浓度为横坐标，吸光度为纵坐标绘制标准曲线。

(3) 溶解度测定：根据文献[13]修改如下：取10 mL溶剂于小烧杯中，将烧杯置于恒温水浴锅内，在设置的温度(313，323，333，343，353，363 K)下分批加入少量(≤0.02 g)CBD广谱油，并同时进行磁力搅拌，直至某批次加入固体搅拌2 h后仍未完全溶解，超声3 h直至样品不再溶解，静置，则认为溶液达到饱和。测定最大吸收波长处吸光度，将其代入标准曲线得出溶解度。

1.2.3 CBD广谱油相对分子质量测定 按式(1)估算CBD广谱油的相对分子质量[14]。

M=MaPa+MbPb+McPc，

(1)

式中：

Ma——CBD的相对分子质量；

Pa——对应CBD的相对含量，%；

Mb——CBG的相对分子质量；

Pb——对应CBG的相对含量，%；

Mc——CBC的相对分子质量；

Pc——对应CBC的相对含量，%。

1.2.4 CBD广谱油摩尔溶解度测定 按式(2)计算CBD广谱油在CCT中的摩尔溶解度。

XRA=(m1/M1)/(m1/M1+m2/M2)，

(2)

式中：

XRA——CBD广谱油在CCT中的摩尔溶解度，mol/kg；

m1——饱和溶液中溶质的质量，g；

m2——饱和溶液中溶剂的质量，g；

M1——饱和溶液中溶质的相对分子质量(M1等于CBD、CBG和CBC的相对分子质量之和)；

M2——饱和溶液中溶剂的相对分子质量。

1.2.5 溶解度数学模型 Apelblat溶解度方程建立在理想溶液平衡方程的基础之上，由Clausius-Clapeyron方程推导出来的简化方程[式(3)]，应用于溶解度的数据关联[15-16]。利用相对偏差(RD)[式(4)]、平均相对偏差(ARD)[式(5)]及均方差(RSMD)[式(6)]来评估模型计算值与试验值之间的偏差。

lnXRA=A+B/T+ClnT，

(3)

式中：

A、B、C——经验常数；

XRA——摩尔溶解度，mol/kg；

T——温度，K。

(4)

(5)

(6)

式中：

Xi，MOD——模型计算值；

Xi，EXP——试验值。

1.2.6 CBD-CCT抗聚并稳定性 分别配置质量浓度为130，140，150，160，170，180 mg/mL的CBD-CCT样品溶液，准确称取少量的辣椒红素于样品溶液中，保证辣椒红素的质量分数为2.0%，待辣椒红素溶解后，于室温下用移液管分别吸取5 mL的CBD-CCT样品溶液，注入100 mL 超纯水中，观察0.0，0.5，1.0，1.5，2.0，2.5，3.0 min时水面油滴的聚并情况，采用肉眼计数法记录不同时间下直径≤5.5 mm的游离油滴数量[17]。向抗聚并稳定性最好的样品溶液中分别加入体积分数为5%的不同分散剂(吐温20、吐温40、吐温80)，探究相同浓度下不同分散剂对CBD广谱油聚并的影响；选出最优分散剂，添加体积分数1%，2%，5%，10%，15%的最优分散剂，探究相同分散剂在不同体积分数下对CBD广谱油聚并的影响。

1.2.7 数据处理 利用Origin 2018进行绘图及Apelblat模型试验数据的拟合。

2 结果与分析

2.1 溶剂初步筛选结果

通过观察溶解CBD广谱油后溶液的外观，初步判定溶解性较好的溶剂为辛癸酸甘油酯和1,2-丙二醇，如表1所示。

表1 CBD广谱油溶于不同溶剂的初步筛选Table 1 Preliminary screening of CBD broad spectrum oil soluble in different solvents

2.2 最大吸收波长及标曲

结果表明，CBD-CCT和CBD-1,2-丙二醇这两种溶液体系的最大吸收波长均为210～232 nm，取中间值220 nm 作为最大吸收波长。

图1 CBD广谱油在2种溶剂中的标准曲线Figure 1 Standard curve of CBD broad spectrum oil in two solvents

2.3 温度对溶剂溶解度的影响

由表2可知，随着温度升高，CBD广谱油在2 种溶剂中的溶解度逐渐增大，353 K时达最大，温度高于353 K后，溶解度不再增加。在353 K时，CBD广谱油在CCT中的溶解度较313 K时的增大了近1.66倍，且在相同温度下，CBD广谱油在CCT中的溶解度高于1,2-丙二醇中的，因此，选择CCT作为最终溶剂进行后续试验。

表2 不同温度下CBD广谱油在2种溶剂中的溶解度Table 2 Solubility of CBD broad spectrum oil in two solvents at different temperatures

2.4 CBD广谱油相对分子质量和摩尔溶解度

根据式(1)求得CBD广谱油的相对分子质量为314.77。

不同温度下，CBD广谱油在CCT中的摩尔溶解度XRA数据结果见表3。

表3 不同温度下CBD广谱油在CCT中的摩尔溶解度Table 3 Molar solubility of CBD broad spectrum oil in CCT at different temperatures

结果表明，在313～353 K范围内，CBD广谱油的摩尔溶解度具有很高的温度敏感性，即随着温度的升高，CBD广谱油在CCT中的摩尔溶解度逐渐增大。

2.5 Apelblat模型关联数据

温度为313～353 K时，CBD广谱油在CCT中摩尔溶解度的试验值、模型计算值及试验值与模型计算值之间的偏差结果见表4。

结果表明，该模型能够很好地关联不同温度下CBD广谱油在辛癸酸甘油酯中的摩尔溶解度数据，且R2在0.98 以上， RD小于2.78%， RSMD为4.1×10-3，证明Apelblat模型与CBD广谱油在CCT中的溶解特性有较好的相关性[18]，后续可根据模型直接得出不同温度下CBD广谱油在CCT中的溶解度数据。

表4 CBD广谱油在CCT中溶解度的试验值与模型值对比

2.6 CBD广谱油-CCT抗聚并稳定性研究

2.6.1 CBD-CCT质量浓度对油脂抗聚并的影响 由图2可知，当CBD-CCT质量浓度为170～180 mg/mL

图2 CBD-CCT质量浓度对水中油滴个数的影响Figure 2 Effect of mass concentration of CBD-CCT onthe number of oil droplets in water

时，油滴的数量随CBD-CCT质量浓度的减少而增多。当CBD-CCT质量浓度为170 mg/mL时，油滴数量达到最大。当CBD-CCT质量浓度<170 mg/mL时，油滴数量随CBD-CCT质量浓度减少而减少。综上，CBD-CCT质量浓度为170 mg/mL时，油滴抗聚并稳定性更好，体系溶解性呈最稳定的状态。

2.6.2 分散剂对油脂抗聚并的影响 由图3可知，加入分散剂的CBD-CCT较未加入分散剂的油滴数量均有所增加，说明分散剂有助于增强油滴间的抗聚并稳定性，可能是非离子表面活性剂吐温的加入降低了油—水间的表面张力，界面的能量减少使油滴能更稳定地存在于体系中[19-20]。相比吐温20和吐温40，加入吐温80后CBD-CCT在水中的油滴数量最多，体系呈更加稳定的状态。因此，选择吐温80作为最佳分散剂。

图3 分散剂对CBD-CCT在水中油滴个数的影响Figure 3 Effect of different dispersants on the numberof oil drops of CBD-CCT in water

2.6.3 吐温80体积分数对油脂抗聚并的影响 由图4可知，当吐温80体积分数<10%时，随吐温80体积分数的增加，油滴数量增加，油滴的抗聚并稳定性增强。当吐温80体积分数>10%时，随吐温80体积分数的增加，油滴数量减少，油滴的抗聚并稳定性反而减弱，可能是因为体系中胶束数量逐渐达到极限，胶束间互相靠近到一定程度时，各自界面上的扩散电层发生重叠，胶束间的静电斥力增加，加速油滴聚并[21-22]。综上，吐温80体积分数为10%时， CBD-CCT体系抗聚并效果最好，溶液相对稳定。

图4 吐温80体积分数对CBD-CCT在水中油滴个数的影响

3 结论

通过溶剂极性、溶解CBD广谱油后溶液的外观得到溶解性较好的2种溶剂——辛癸酸甘油酯(CCT)和1,2-丙二醇，相同温度下，溶解度最高的溶剂为CCT。在CBD-CCT下，摩尔溶解度和温度之间符合Apelblat模型，模型的相关系数(R2)在0.98以上，相对偏差(RD)小于2.78%，均方根误差(RSMD)为4.1×10-3。CBD-CCT质量浓度为170 mg/mL并在其中加入体积分数为10%的吐温80分散剂时，抗聚并稳定性最好，说明CBD在CCT中溶解度高且能够很好地处于稳定状态。在已有的CBD功效、提取及检测方面研究的基础上筛选合适的溶剂溶解CBD广谱油，虽拓宽了CBD应用范围，但研究未将CBD-CCT应用于食品中，在实践性方面有所欠缺，食品加工过程中添加剂的加入可能会对CBD在CCT中的溶解度产生影响，需进一步研究。