響應(yīng)面法優(yōu)化辛烯基琥珀酸淀粉酯－莪術(shù)油乳液的乳化工藝研究

王 亮 呂國軍 廖 翰 趙 姍 呂 巖 劉袖洞 馬小軍

(1 中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所，大連，116023;2 中國科學(xué)院研究生院，北京，100049)

莪術(shù)油為莪術(shù)經(jīng)水蒸氣蒸餾提取的揮發(fā)油，其有效成分多為莪術(shù)醇、莪術(shù)二酮、吉馬酮、β－欖香稀等倍半萜和倍半萜烯類化合物［1－3］。莪術(shù)油用于病毒性感染及癌癥的治療，因其療效確切已廣泛應(yīng)用于臨床［4－5］。近年來，很多報(bào)道將莪術(shù)油制備成微球、乳劑等口服劑型，從而有效防止莪術(shù)油的揮發(fā)，增加穩(wěn)定性，同時(shí)能掩蓋其異味，提高生物利用度與患者順應(yīng)性［6－8］。辛烯基琥珀酸淀粉酯商品名為純膠，英文縮寫為SSOS，是一種改性淀粉，主要用于紡織、造紙、香料、制藥等輕工業(yè)。在制藥領(lǐng)域，辛烯基琥珀酸淀粉酯鈉主要應(yīng)用于乳液、微囊的制備［9］。研究表明，高取代度的辛烯基琥珀酸淀粉酯鈉有更好的乳化性和穩(wěn)定性，有利于乳液的制備和保存［10－11］。本文在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，利用響應(yīng)面分析法［12－13］的Box－Behnken(BBD)設(shè)計(jì)原理，優(yōu)化高取代度的辛烯基琥珀酸淀粉酯(SSOS)－莪術(shù)油乳液的乳化工藝。本文的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)處理及模型建立均使用Design－Expert 8.0.6軟件。

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

1.1.1 主要實(shí)驗(yàn)試劑 高取代度辛稀基琥珀酸淀粉酯SSOS(自制)，莪術(shù)油(江西省吉安市振興香料油提煉廠)，莪術(shù)醇對照品(中國藥品生物制品檢定所)，β－欖香烯對照品(中國藥品生物制品檢定所)。

1.1.2 實(shí)驗(yàn)儀器 IKA 調(diào)速電動攪拌器(德國IKA 有限公司)，調(diào)速磁力攪拌器(鞏義市予華儀器廠)，液相色譜儀(waters e2695)，色譜柱(依利特BDS，C18，4.6mm×250mm，5μm)。

1.2 方法

1.2.1 SSOS－莪術(shù)油乳液的制備室溫(約為25℃)下按照不同的芯壁比向一定量冷卻后的SSOS 糊液中加入一定量的莪術(shù)醇，在800 r/min的強(qiáng)機(jī)械攪下攪拌15 min，即可獲得莪術(shù)油為油相，SSOS 糊液為水相的乳液。同時(shí)使用原淀粉糊液同等條件下乳化進(jìn)行對比。

1.2.2 乳液中莪術(shù)醇和β－欖香稀包封率的考察選取莪術(shù)油的主要有效成分莪術(shù)醇和β－欖香稀作為考察對象，通過液相色譜法［14］考察不同取代度不同濃度的SSOS 糊液在不同的芯壁比條件下對莪術(shù)醇和β－欖香稀的包封率。按如下色譜條件并考察線性關(guān)系:流動相甲醇(A)－水(B)，梯度洗脫:0～3 min，75%A，3～14 min80%A，14～18 min90%A;流速0.8 mL/min;柱溫30℃;檢測波長210 nm;進(jìn)樣量20μL。

1.2.3 響應(yīng)曲面法考察最優(yōu)乳化條件 以SSOS的取代度、乳液濃度和芯壁比作為考察因素［15］，以穩(wěn)定性時(shí)間、莪術(shù)醇的包封率和β－欖香稀的包封率作為考察對象，設(shè)計(jì)三因素三水平正交試驗(yàn)，并使用Design－Expert 軟件，采用BBD(Box Benhnken Design)試驗(yàn)設(shè)計(jì)方案，以響應(yīng)面分析法RSA(Response Surface Analysis)來考察莪術(shù)醇的SSOS 乳液的最優(yōu)乳化條件。

2 結(jié)果

2.1 線性關(guān)系的考察 莪術(shù)醇的線性回歸方程為:y=17 768x+26 256，r=0.999 5;β－欖香稀的線性回歸方程為:y=59 888x +61 584，r=0.999 5。結(jié)果表明，莪術(shù)醇和β－欖香稀分別在63.6～445.2μg/mL 和9.342～93.420μg/mL 線性關(guān)系良好。

2.2 響應(yīng)面法對莪術(shù)醇的SSOS 乳液乳化條件優(yōu)化

2.2.1 響應(yīng)面分析因素水平的選取 根據(jù)BBD 試驗(yàn)設(shè)計(jì)原理，選取SSOS的取代度A、糊液濃度B 和芯壁比C 等三項(xiàng)對莪術(shù)油乳液影響顯著的3個因素，采用三因素三水平的響應(yīng)面分析方法。試驗(yàn)因素與水平設(shè)計(jì)見表1。

表1 Box－Behnken 試驗(yàn)因素及水平

2.2.2 響應(yīng)面分析結(jié)果 根據(jù)相應(yīng)的方案進(jìn)行試驗(yàn)，方案及結(jié)果見表2。

表2 設(shè)計(jì)方案及響應(yīng)值結(jié)果

將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行多元回歸擬合，得到莪術(shù)醇Y1 為目標(biāo)函數(shù)的二次回歸方程模型為Y1=1.00 +0.068A－0.058B－0.044C－0.012AB－1.750× 10－3AC +0.042BC－0.15A2－0.11B2－0.058C2。

β－欖香稀為目標(biāo)函數(shù)的二次回歸方程模型為Y2=0.35 +0.021A－1.250×10－3B－0.033C +0.036AB+8.250× 10－3AC+8.500× 10－3BC－0.052A2+0.012B2－0.050C2。

式中:SSOS 取代度A、糊液濃度B、芯壁比C 在設(shè)計(jì)中均經(jīng)量綱線性編碼處理，故方程中系數(shù)絕對值的大小直接反應(yīng)了各因素對指標(biāo)值的影響程度，系數(shù)的正負(fù)反映了影響的方向。

表3 優(yōu)化后的莪術(shù)醇包封率的方差分析表

對莪術(shù)油的SSOS 乳液對莪術(shù)醇和β－欖香稀的包封率數(shù)學(xué)模型進(jìn)行方差分析，以檢驗(yàn)方程的有效性和各因子的偏回歸系數(shù)。分析結(jié)果表明，該模型回歸顯著。依據(jù)Design Expert 軟件中Modified 方法將數(shù)學(xué)模型進(jìn)行優(yōu)化:即將莪術(shù)醇包封率影響不顯著的AB，AC 項(xiàng)，將β－欖香稀的包封率影響不顯著的AC，BC項(xiàng)不作為考察因素進(jìn)行優(yōu)化［16］。優(yōu)化結(jié)果如表3、4所示。

表4 優(yōu)化后的β－欖香稀包封率的方差分析表

優(yōu)化后的回歸方程為:Y1=1.00+0.068 A－0.058 B－0.044 C +0.042 BC－0.15 A2－0.11 B2－0.058 C2

Y2=0.35 +0.021 A－1.250×10－3B－0.033 C+0.036 AB－0.052 A2+0.012 B2－0.050 C2

從表3、表4 中看出應(yīng)用Modified 方法將數(shù)學(xué)模型進(jìn)行優(yōu)化后，模型回歸高度顯著，顯著性較優(yōu)化前有明顯提升，認(rèn)為模型是適合的。用此模型對莪術(shù)醇的SSOS 乳液的包封率進(jìn)行分析和預(yù)測。在所選取的因素水平范圍內(nèi)，各因素對結(jié)果的影響排序?yàn)?對莪術(shù)醇包封率的影響A＞B＞C，對β－欖香稀包封率的影響C＞A＞B。

2.3 最佳乳化條件的預(yù)測和驗(yàn)證 通過Design Expert 8.0.6 軟件對經(jīng)優(yōu)化后的回歸方程求解，在試驗(yàn)的因素水平范圍內(nèi)預(yù)測莪術(shù)油的最佳乳化條件為:SSOS取代度0.07，乳液濃度0.05，芯壁比0.17。在此條件下，莪術(shù)醇的包封率可達(dá)到102.36%，β－欖香稀的包封率可達(dá)到35.363%。按最優(yōu)條件進(jìn)行3次驗(yàn)證性試驗(yàn)，測得莪術(shù)醇的包封率為100.00%，β－欖香稀的包封率為34.891%。與理論值的相對誤差較小，說明優(yōu)化后的回歸方程對確定莪術(shù)油的SSOS 乳液的最優(yōu)乳化條件具有實(shí)際指導(dǎo)意義。

3 結(jié)論

以莪術(shù)醇和β－欖香稀的包封率為指標(biāo)，考察SSOS－莪術(shù)油的乳化效果。響應(yīng)面法預(yù)測SSOS 取代度0.07，乳液濃度0.05，芯壁比0.17 條件下，最優(yōu)結(jié)果為莪術(shù)醇的包封率可達(dá)到102.36%，β－欖香稀的包封率可達(dá)到35.363%。在此條件下進(jìn)行3次驗(yàn)證性試驗(yàn)，測得莪術(shù)醇的包封率為100.00%，β－欖香稀的包封率為34.891%。

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