青藤堿-環糊精包合工藝的優化及包合常數測定

朱士龍，李 勇，林紅衛，段友構,*

(1.吉首大學化學化工學院，湖南 吉首 416000；2.懷化學院化學化工系，湖南 懷化 418008；3.民族藥用植物資源研究與利用湖南省重點實驗室，湖南 懷化 418008)

青藤堿-環糊精包合工藝的優化及包合常數測定

朱士龍1，李 勇1，林紅衛2,3，段友構1,*

(1.吉首大學化學化工學院，湖南 吉首 416000；2.懷化學院化學化工系，湖南 懷化 418008；3.民族藥用植物資源研究與利用湖南省重點實驗室，湖南 懷化 418008)

目的：考察青藤堿與環糊精形成包合物的最佳條件，測定青藤堿與不同環糊精的包合常數并進行體外釋放研究。方法：通過單因素及正交試驗確定青藤堿與不同環糊精形成包合物的最佳條件，并在此條件下利用相溶解度法測定青藤堿與β-環糊精、羥丙基-β-環糊精、γ-環糊精的包合常數，對包合物進行體外釋放試驗研究。結果：青藤堿與不同環糊精形成包合物的最佳條件為物質的量的1:1、包合溫度50℃、包合反應3h、包合反應時溶液pH7，青藤堿與β-環糊精、羥丙基-β-環糊精、γ-環糊精的包合常數分別為501.1、150.0、600.3L/mol。結論：青藤堿與環糊精可以形成1:1型穩定的包合物，以環糊精為載體制備的不同青藤堿-環糊精包合物相對于青藤堿具有明顯的緩釋作用。

青藤堿；環糊精；包合常數；正交試驗設計；工藝優化

環糊精是環糊精葡萄糖基轉移酶(cyclodexrtin glucosyl transferase，CGTaes)降解淀粉的產物。環糊精作為主體模型可以和不同系列的客體分子發生包合作用[1-2]，形成的包合物分子在物理、化學及生物活性等性質上會發生很大改變[3-5]，環糊精的這種包合特性已廣泛應用于食品、保健品、醫藥和化妝品等領域[6-10]。

青藤堿(sinomenine，SN)是從天然產物青風藤中提取的一種生物活性成分。具有抗炎、免疫抑制、鎮痛、降壓、抗心律失常等多種生物活性[11-13]，目前廣泛應用于保健品、醫藥工業。青藤堿本身易分解，對堿、光、熱不穩定[14]，青藤堿存在的這些缺點對其作為藥品和保健品的貯存和應用帶來了一定阻礙。本實驗嘗試利用環糊精對青藤堿分子進行包合，通過單因素及正交試驗確定青藤堿與不同環糊精形成包合物的最佳條件，在此條件下利用相溶解度法測定青藤堿與β-環糊精、羥丙基-β-環糊精、γ-環糊精的包合常數，并對包合物進行體外釋放研究，為青藤堿現有的劑型改進提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

鹽酸青藤堿(批號100802，含量99.12%) 陜西森弗生物技術有限公司；β-環糊精(β-CD)(批號090412，含量98.00%) 陜西禮泉化工有限實業公司；羥丙基-β-環糊精(HP-β-CD)(批號100201，含量99.00%)、γ-環糊精(r-CD)(批號100701，含量98.50%) 上海源葉生物科技有限公司；氯霉素對照品 湖北省藥品檢驗所提供；乳糖、微晶纖維素 天津市巴斯夫化工有限公司；羥丙基甲基纖維素(HPMC K15M) 上海卡樂康包衣技術有限公司；硬脂酸鎂 上海運宏輔料有限公司；甲醇為色譜純；實驗所用到的其他化學試劑均為分析純；實驗用水為二次蒸餾水。

1.2 儀器與設備

UV-2450紫外分光光度計、HPLC-10AT高效液相色譜儀(SPD-10AVP紫外檢測器)、AUW120D分析天平 日本島津公司；ZRD6-B藥物溶出儀 上海黃海藥檢儀器廠；ZDY單沖壓片機 上海第一制藥機械廠；KQ3200型超聲波清洗機 昆山市超聲儀器有限公司。

1.3 方法

1.3.1 青藤堿與環糊精的純化

對所購鹽酸青藤堿和環糊精分別按照文獻[15-16]進行純化處理。

1.3.2 測定波長選擇

分別取青藤堿、β-環糊精、羥丙基-β-環糊精、γ-環糊精，加蒸餾水溶解，以蒸餾水作為對照，分別在紫外分光光度計200～500nm進行掃描，β-環糊精、羥丙基-β-環糊精、γ-環糊精在此范圍內均無吸收，青藤堿在265nm處有較大吸收，所以選擇265nm為青藤堿測定波長。

1.3.3 標準曲線的制備

精密移取不同體積的青藤堿標準液至100mL容量瓶中用蒸餾水定容，配制一系列不同濃度的標準溶液。以蒸餾水為空白，在波長為265nm處測定吸光度，以吸光度(A)對青藤堿濃度(c)繪制標準曲線。所得線性回歸方程為：A＝0.8580c＋0.0062，r＝0.9999，說明青藤堿在0.2～5.0mmol/L內線性關系良好。

1.3.4 環糊精與青藤堿包合物的制備

環糊精與藥物客體分子形成包合物的制備方法有多種，本試驗利用溶液共混法制備不同環糊精與青藤堿的包合物。25℃條件下，按環糊精與青藤堿物質的量比為1:1取樣，在不斷攪拌的條件下將青藤堿粉末緩緩加入到環糊精的飽和水溶液中，50℃條件下攪拌5h以確保包合反應進行完全。溶液經0.45μm濾膜過濾冷卻至室溫后置于冰箱中4℃下放置48h，溶液底部有青藤堿環糊精的包合物結晶析出。

同時，按環糊精與青藤堿物質的比1:1進行簡單機械攪拌均勻，作為物理混合物。樣品經干燥后備用。

1.3.5 青藤堿含量測定方法

按照文獻[17]對包合物中的青藤堿含量進行測定。色譜條件：十八烷基硅烷鍵合硅膠固定相柱；流動相：甲醇-磷酸鹽緩沖液(5.0×10-3mol/L，60:40，V/V)；流速1mL/min；進樣量10μL；柱溫25℃；內標為氯霉素；靈敏度0.02AuFs；檢測波長265nm。

對照品溶液：精密稱取青藤堿適量溶于甲醇，ρ＝0.5mg/mL；包合物溶液：精密稱取不同環糊精與青藤堿包合物，溶于甲醇。溶液經0.45μm微孔濾膜過濾，取濾液。

取一定量的對照品和內標物質注入色譜儀中，測量對照品和內標物質的峰面積，計算校正因子。再取含有內標物質的青藤堿樣品溶液，注入色譜儀，計算青藤堿含量；同時，進行青藤堿空白回收率測定；在測定包合物中青藤堿含量及空白回收率的基礎上，可計算出包合物中實際含有青藤堿量，計算包合率。

式中：As為內標物質的峰面積；AR為對照品的峰面積；CR為內標物質的濃度；Cs為對照品的濃度。

式中：AX為樣品峰面積；Cx為樣品的濃度； As為內標物質峰面積；Cs為內標物質的濃度；f為校正因子。

1.4 青藤堿-環糊精包合工藝條件的單因素及正交試驗考察

因素水平的選擇：根據預試驗及文獻[18]，青藤堿與環糊精的配比、包合時間、包合溫度及溶液pH值的選擇對包合物的形成有較大影響。因此選擇上述4項為考察因素，分別進行單因素及正交試驗設計。

單因素試驗：按照1.3.3節中青藤堿與環糊精包合物的制備方法分別考察青藤堿與環糊精的配比、包合時間、包合溫度及溶液pH值等單因素對包合反應的影響。

正交試驗：在單因素試驗基礎上，以上4因素，各取3個水平，進行青藤堿-環糊精包合工藝正交試驗，因素水平見表1。

表1 青藤堿-環糊精包合工藝正交試驗因素水平Table 1 Factors and levels for orthogonal array design

1.5 環糊精對青藤堿的增溶作用

分別配制不同濃度梯度的β-環糊精溶液、羥丙基-β-環糊精溶液、γ-環糊精溶液，將純化后的青藤堿加入使之達到飽和，溶液經0.45μm微孔濾膜過濾，稀釋相同倍數后利用紫外吸收光譜在265nm處測定吸光度。通過測定青藤堿的含量考察環糊精的種類和濃度對青藤堿溶解度的影響。

1.6 青藤堿與β-環糊精、羥丙基-β-環糊精、γ-環糊精的包合常數測定

環糊精與客體分子形成包合物的包合常數計算方法有多種[19]，通過測定包合常數可以深入探討環糊精分子對青藤堿的包合作用強度，并比較不同環糊精分子對青藤堿包合的差別。經查閱相關資料結合本實驗實際情況選取相溶解度法測定青藤堿與不同環糊精包合物的包合常數。分別配制不同濃度梯度的不同環糊精溶液，加青藤堿使之達到飽和，溶液經0.45μm微孔濾膜過濾，稀釋相同倍數后利用紫外吸收光譜在265nm處測定其吸光度。

1.7 不同青藤堿-環糊精包合物的釋放度測定

為了更進一步探究不同青藤堿-環糊精包合物與青藤堿的性質差別，按照緩釋片制備處方分別制備了不同樣品的緩釋片并進行體外釋放試驗研究。體外釋放試驗按照緩釋劑指導原則[17]進行。精密稱取含相同青藤堿量的不同包合物與環糊精物質的量比1:1的物理混合物以及青藤堿按β-CD包合物緩釋片處方制備緩釋片，所有樣品緩釋片均按照釋放度測定法參考文獻[17]方法，溶出介質為磷酸鹽緩沖液，溫度(37.5℃±0.5℃)，攪拌轉速100r/min，分別在 5、10、15、20、30、60、120、180、300min時定位取樣5mL(同時補充等量相同溶出介質)，經0.45μm微孔濾膜過濾后取續濾液適當以磷酸鹽緩沖液稀釋，在波長265nm處測定吸光度(A)，通過標準曲線計算不同樣品中青藤堿含量并計算青藤堿的累計釋放率。

2 結果與分析

2.1 不同條件對青藤堿-環糊精包合工藝的影響

2.1.1 單因素試驗結果

圖1 環糊精與青藤堿的配比對包合率的影響Fig.1 Effect of molar ratio of cyclodextrins to sinomenine on inclusion rate

由圖1可知，隨著環糊精比例的升高，青藤堿包合率也隨著升高。開始階段包合率上升速度很快，當青藤堿與環糊精物質的量的比達到1:1左右時，再增加環糊精的比例，包合率不再增加，推測其可能原因是環糊精對青藤堿分子進行包合時，青藤堿分子進入環糊精分子的空穴中，環糊精和客體分子青藤堿之間需保持一定的主客體比，當青藤堿與環糊精物質的量的比達到1:1時，青藤堿分子基本上已經被包合。

圖2 包合溫度對包合率的影響Fig.2 Effect of inclusion temperature on inclusion rate

由圖2可知，在一定范圍內，隨著溫度的上升包合率呈上升趨勢。這是因為升高溫度可以加快青藤堿分子和環糊精分子的運動頻率，加快包合反應的速度，但由于青藤堿分子不穩定，超過80℃后青藤堿分子易發生分子重排，溶液變成黃色，故包合反應時溫度一般不高于60℃。

圖3 包合時間對包合率的影響Fig.3 Effect of inclusion time on inclusion rate

由圖3可知，增加反應時間可以提高青藤堿分子與環糊精分子的包合率，但時間超過300min時，包合率反而下降，推測其可能原因是青藤堿分子與環糊精分子進行包合時是在電磁攪拌的狀態下進行的，需要經過一定時間才會反應完全。包合物分子大多以分子間作用力結合，這種結合力比較弱，當大多數青藤堿分子已經被包合，繼續增加攪拌時間的話可能會破壞青藤堿-環糊精包合物分子間的作用力，使已經包合的青藤堿-環糊精分子發生離解，降低包合率。

圖4 溶液pH值對包合率的影響Fig.4 Effect of medium pH on inclusion rate

由圖4可知，酸性條件和堿性條件對青藤堿與環糊精的包合作用均不利，原因是酸性或堿性條件下青藤堿分子中的羧基和羥基會發生電離，影響了與環糊精分子的包合作用。當溶液pH7左右時，包合率達到最大值，說明青藤堿與環糊精分子的包合反應適宜在中性條件下進行。

2.1.2 正交試驗結果與分析

表2 青藤堿-環糊精包合工藝正交試驗設計及結果Table 2 Orthogonal array design and experimental results

表3 方差分析Table 3 Analysis of variance for the experimental results of orthogonal array design

由表2、3可知，影響青藤堿與環糊精包合因素大小依次為A＞C＞B＞D；方差分析表明，A因素對青藤堿的包合影響最大。由直觀分析和效應曲線圖可得最佳工藝條件為A2B2C2D2，即青藤堿與環糊精配比為1:1、恒溫40℃、電磁攪拌3h、pH7。

2.2 環糊精對青藤堿的增溶作用

將1.5節中不同樣品經紫外分光光度計檢測后所得環糊精對青藤堿的增溶作用的光譜如圖5所示。

圖5 β-環糊精(a)、羥丙基-β-環糊精(b)、γ-環糊精(c)分別對青藤堿增溶的光譜圖Fig.5 UV absorption spectra showing the solubilizing effect of cylcodextrins on sinomenine

由圖5可知，隨著環糊精濃度的增加，青藤堿的溶解度逐漸增大，β-環糊精、羥丙基-β-環糊精、γ-環糊精對青藤堿均有明顯的增溶作用，β-環糊精、γ-環糊精對青藤堿的增溶作用明顯好于羥丙基-β-環糊精。

2.3 青藤堿與β-環糊精、羥丙基-β-環糊精、γ-環糊精的包合常數測定

由圖6可知，青藤堿的溶解度隨環糊精的加入呈線性增加，根據Benesi-Hildebrand公式，確定青藤堿與環糊精的包合計量比為1:1，則相溶解度方程為：

式中：[CD]為環糊精的總濃度；Y為CD存在下客體青藤堿的總濃度；S0為客體青藤堿分子的固有溶解度(曲線的截距)；K為包結物的形成常數。以客體濃度對CD濃度作圖，如圖6所示，由圖中斜率和截距可獲得包結物的形成常數K。K＝斜率/截距(1－斜率)。

圖6 青藤堿在不同環糊精溶液中的相溶解度圖(25℃)Fig.6 Effect of different cyclodextrins on the solubility of sinomenine in water at 25 ℃

青藤堿與不同環糊精形成的包合常數由表4給出，青藤堿與β-環糊精、羥丙基-β-環糊精、γ-環糊精的包合常數分別為501.1、150.0、600.3。

表4 青藤堿與不同環糊精的包合常數Table 4 Inclusion constants of sinomenine complexes with different cylcodextrins

2.4 包合物的釋放度測定

將青藤堿、不同物理混合物、不同環糊精包合物按照1.7節中體外釋放方法進行實驗后，所得青藤堿的累計釋放率按下式計算：

式中：w0為藥物含量/mg；Vt為介質體積/mL；Vs為取樣體積/mg；ρn為t時間第n次測定時青藤堿的質量濃度/(mg/mL)；∑ρn－1為前n－1次測出的青藤堿質量濃度之和。體外釋放測定結果如圖7所示。

圖7 青藤堿、不同物理混合物及不同包合物的累計釋放度Fig.7 Cumulative releases (%) of sinomenine, physical mixtures and inclusion complexs

由圖7可以看出：在300min內的9個時間點，不同環糊精包合物緩釋片的累計釋放率均比青藤堿顯著降低，青藤堿緩釋片在30min時已經基本累計釋放完全，但含有相同量青藤堿的環糊精包合物緩釋片的累計釋放時間遠大于青藤堿緩釋片的累計釋放時間，同樣比例的青藤堿與環糊精的物理混合物雖然在一定程度上也能改善青藤堿的釋放度，但其釋放度效果遠不及包合物。實驗結果表明以環糊精為載體制備的不同青藤堿-環糊精包合物相對于青藤堿具有明顯的緩釋作用。

3 結 論

通過單因素及正交試驗確定了青藤堿與不同環糊精形成包合物的最佳條件為青藤堿與環糊精的配比1:1、包合溫度50℃、包合反應3h、包合反應時溶液pH7，并在上述最佳工藝條件下進行重復性和穩定性實驗，平行試驗5次，平均包合率為83.2%。利用相溶解度法測定了青藤堿與β-環糊精、羥丙基-β-環糊精、γ-環糊精的包合常數分別為501.1、150.0、600.3。制備了青藤堿、不同物理混合物及不同包合物的緩釋片并進行體外釋放研究。結果表明在此條件下青藤堿與環糊精可以形成較穩定的包合物，β-環糊精、羥丙基-β-環糊精、γ-環糊精均可顯著增加青藤堿的溶解度，以β-環糊精、羥丙基-β-環糊精、γ-環糊精為載體制備的不同青藤堿-環糊精包合物均具有明顯的緩釋作用。本實驗結論可為現有含青藤堿制劑的改進提供參考。

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Optimization of Preparation Process for Sinomenine-Cylcodextrin Inclusion Complex and Its Inclusion Constant

ZHU Shi-long1，LI Yong1，LIN Hong-wei2,3，DUAN You-gou1,*
(1. College of Chemistry and Chemical Engineering, Jishou University, Jishou 416000, China；
2. Department of Chemistry and Chemical Engineering, Huaihua University, Huaihua 418008, China；
3. The Critical Laboratory of Hunan Province on Research and Utilization of Ethnomedicinal Plant Resources, Huaihua 418008, China)

Objectives: To investigate optimal conditions for inclusion complex formation between sinomenine and cylcodextrins and determine the inclusion constants and release in vitro of inclusion complexes prepared with different cyclodextrins. Methods:One-factor-at-a-time and orthogonal array design methods were employed for the optimization of inclusion complex formation conditions. The inclusion constants of sinomenine complexes with β -cylcodextrin (β -CD), hydroxypropyl-β -cyclodextrin(HP-β -CD) and γ -cyclodextrin (γ -CD) formed under optimal conditions were determined by the phase solubility method.Moreover, their release in vitro was tested. Results: The optimal conditions for forming sinomenine-cylcodextrins inclusion complexes were 1:1 of sinomenine-to-cylcodextrin molar ratio, 50 ℃ of temperature, and 3 h of reaction duration at pH 7. The inclusion constants of sinomenine-β-CD, sinomenine-HP-β-CD and sinomenine-γ-CD formed under these conditions were calculated as 501.1, 150.0, 600.3 L/mol, respectively. Conclusion: sinomenine and cylcodextrins can form stable inclusion complexes at a molar ratio of 1:1. Various inclusion complexes show remarkable sustained release effect on sinomenine.

sinomenine；cylcodextrins；inclusion constant；orthogonal array design；process optimization

TQ464.4

A

1002-6630(2012)08-0054-06

2011-03-24

國家自然科學基金面上項目(30870230)；湖南省自然科學基金項目(06JJ50020)；湖南省教育廳項目(09C760)；民族藥用植物資源研究與利用湖南省重點實驗室開放基金項目(HHUW2010-68)；吉首大學研究生校級科研項目(11JDY052)

朱士龍(1986—)，男，碩士研究生，研究方向為藥物化學分離分析及應用。E-mail：elicss@163.com

*通信作者：段友構(1954—)，男，教授，研究方向為天然產物分離分析。E-mail：dyg110125@163.com