魔芋葡甘聚糖-海藻酸鈉載藥凝膠微球的工藝研究

李培培，李小芳，周維，李平，向志蕓，楊露

·炮制制劑·

魔芋葡甘聚糖-海藻酸鈉載藥凝膠微球的工藝研究

李培培，李小芳，周維，李平，向志蕓，楊露

目的：以魔芋葡甘聚糖、海藻酸鈉共混體系為載體材料，制備黃連素凝膠微球。方法：采用滴制法制備凝膠微球，單因素實驗考察多糖濃度、共混比例（魔芋葡甘聚糖:海藻酸鈉）、加藥量、CaCl2溶液濃度對微球的影響，正交試驗設計優化微球制備工藝，并采用多指標綜合評分法對其進行評價。結果：優化的最佳制備工藝為多糖濃度2.5%，共混比例1:5，加藥量0.5 g，CaCl2溶液濃度3%，微球的綜合評分最高。結論：采用滴制法制備凝膠微球，方法簡便易操作，制得的微球圓整性好，載藥量和包封率均較高。

魔芋葡甘聚糖； 海藻酸鈉；黃連素；凝膠微球

魔芋葡甘聚糖（konjoc glucomannan，簡稱KGM）是從天南星科植物魔芋塊莖中提取的多糖成分，又名魔芋膠。其主鏈由D-甘露糖和 D-葡萄糖以β-1，4吡喃糖苷鍵聚合而成，在C-6 側鏈上有少量乙酰基團。研究表明［1］，魔芋膠在胃腸道上端不會被消化道酶降解，但可被小腸末端及結腸部位的β-甘露聚糖酶所降解，魔芋葡甘聚糖還具有良好的凝膠性、吸水溶脹性及生物相容性［2］，并且具有利于通便和預防直腸癌和結腸癌的功能［3］。魔芋膠的這些特性使其在結腸靶向給藥系統方面具有相當的研發前景，而魔芋葡甘聚糖與天然高分子的共混作為藥物釋放載體近年來一直都是國內外研究重點。

海藻酸鈉（sodium alginate，簡稱SA）是從褐藻類的海帶或馬尾藻中提取的一種多糖碳水化合物。海藻酸鈉是一種陰離子型天然高分子材料，由 α-L-甘露糖醛酸的鈉鹽（G）與β-D-古羅糖醛酸鈉鹽（M）通過 1，4-糖苷鍵連接組成共聚物，能與金屬離子如Ca2+、Zn2+等發生反應，將其中的Na+置換出來形成交聯網狀結構的凝膠。此凝膠具有在pH值7.4的弱堿性環境中溶脹，而在pH值1.2的酸性環境中幾乎不溶脹［4］。常作為結腸靶向給藥系統的載體材料應用于藥物科學領域。

考慮到魔芋葡甘聚糖具有結腸活性和結腸特異降解性，易生物降解，以及海藻酸鈉可與金屬離子反應凝膠化且具有pH敏感性，本文將魔芋葡甘聚糖與海藻酸鈉共混應用，利用Ca2+進行交聯制備了共混凝膠微球，以期發揮多糖共混協同增效作用，制備具有結腸酶降解性及pH敏感性結腸靶向給藥制劑。

1　儀器與試劑

UV-6100型紫外可見分光光度計（上海美普達儀器有限公司）；85-2型恒溫磁力攪拌器（江蘇金壇市金城國勝實驗儀器廠）；DZF-6050型真空干燥箱（上海瑯玕實驗設備有限公司）；BP-61電子分析天平（德國Satorius）；SB-5200DT超聲波清洗機（寧波新枝生物科技股份有限公司）；UPT-1-10T超純水機（成都超純科技有限公司）；鹽酸小檗堿對照品（批號：MUST-15010411，成都曼斯特生物科技有限公司）魔芋葡甘聚糖（Ruibio進口分裝）；海藻酸鈉（成都市科龍化工試劑廠）；黃連素提取物（實驗室自制，純度95%以上）；無水氯化鈣；磷酸二氫鈉；磷酸氫二鈉（成都市科龍化工試劑廠）

2　方法與結果

2.1黃連素標準曲線的繪制

2.1.1測定波長的選擇 取適量黃連素及空白的微球溶于pH7.4磷酸鹽緩沖液，在200～800 nm波長范圍進行紫外掃描，黃連素在345.5 nm處有最大吸收，而凝膠微球在此波長沒有吸收，故選擇345.5 nm為黃連素的檢測波長。

2.1.2對照品溶液的制備 精密稱取鹽酸小檗堿對照品5 mg，用適量pH7.4磷酸鹽緩沖液超聲溶解，定容至100 mL，得濃度為0.05 mg·mL-1的對照品溶液。

2.1.3標準曲線的繪制 精密吸取“2.1.2”項下的對照品溶液0.4、0.8、1.2、1.6、2.0、2.4 mL置10 mL容量瓶中并定容，得一系列不同濃度的標準溶液，于345.5 nm處測定吸光度，以吸光度A為橫坐標，濃度C為縱坐標，繪制標準曲線，得到標準曲線方程為：C=15.925A-0.2564，R2=0.9992。結果表明，黃連素在2～12μg·mL-1濃度范圍內與吸光度呈良好的線性關系。

2. 2 載藥量與包封率的測定

取干燥后的微球適量，置研缽中研細，精密稱定10 mg，置25 mL容量瓶中，加適量pH 7.4磷酸鹽緩沖液超聲溶解后，定容至刻度，作為樣品溶液。精密吸取適量的樣品溶液，置于10 mL容量瓶中，用pH 7.4磷酸鹽緩沖液定容至刻度，于345.5 nm處測定吸光度，計算黃連素的含量。

載藥量=微球含藥量/微球質量×100%

包封率=實際載藥量/理論載藥量×100%

2.3魔芋葡甘聚糖-海藻酸鈉載藥凝膠微球的制備

稱取一定量的黃連素，加入50 mL純化水，置恒溫磁力攪拌器中，60℃攪拌溶解后，稱取一定總量、一定比例的魔芋葡甘聚糖與海藻酸鈉，混合均勻，緩緩加入黃連素溶液中，繼續60℃磁力攪拌至溶解，靜置片刻待氣泡消除后，用針管滴加到一定濃度的CaCl2溶液中，交聯1h，取出，去離子水沖洗3遍，電吹風機吹干表面水分，放入真空干燥箱，60℃干燥至恒重。

2.4單因素實驗

按照單因素實驗方法考察多糖濃度、共混比例、加藥量、CaCl2溶液濃度對黃連素微球載藥量、包封率和微球形態的影響。

2.4.1多糖濃度對載藥量和包封率的影響 固定共混比例（KGM ：SA）1:4，加藥量0.5 g，CaCl2溶液濃度3%，改變多糖濃度，按“2.3”項下方法制備凝膠微球，多糖濃度對黃連素微球的影響見圖1 。由結果可知隨著多糖濃度的增大，微球載藥量降低，包封率增加，這是因為多糖濃度增加，相同質量的微球中含藥量降低，故載藥量減少，而隨著濃度增加，微球的結構更加致密，更容易包埋藥物，所以包封率上升。多糖濃度小于1%時，溶液過稀，不易與CaCl2溶液交聯成型，但當多糖濃度達到3%時，溶液粘稠度較大，滴制出的微球有拖尾現象。

圖1　多糖濃度對微球載藥量和包封率的影響

2.4.2共混比例對載藥量和包封率的影響 固定多糖濃度2.5%，加藥量0.5 g，CaCl2溶液濃度3%，改變共混比例（KGM ：SA），按“2.3”項下方法制備凝膠微球，共混比例對黃連素微球的影響見圖2。由結果可知，隨著多糖中海藻酸鈉比例的增大，微球的載藥量和包封率均成上升趨勢。當共混比例達到1:6時，趨勢減緩。海藻酸鈉比例越大，濃度越大，交聯作用越強，微球結構更加緊密，載藥量與包封率增大，增加到一定程度后，趨于平穩。

圖2　共混比例對微球載藥量和包封率的影響

2.4.3加藥量對載藥量和包封率的影響 固定多糖2.5%，共混比例（KGM ：SA）1:4，CaCl2溶液濃度3%，改變加藥量，按“2.3”項下方法制備凝膠微球，加藥量對黃連素微球的影響見圖3。由結果可知，加藥量增大，微球的載藥量增加，加藥量為0.9 g時，趨勢減緩，包封率先上升后下降，可能是由于多糖溶液中藥物含量大，形成微球時與溶液的接觸增加而導致藥物泄露。加入藥物量大于0.9 g時，形成的微球較軟，無彈性，一捻即碎，分析原因是藥物含量過高，阻礙了海藻酸鈉與Ca2+的交聯作用。

圖3　加藥量對微球載藥量和包封率的影響

2.4.4CaCl2溶液濃度對載藥量和包封率的影響 固定多糖濃度2.5%，（KGM ：SA）1:4，加藥量0.5 g，改變CaCl2溶液濃度，按“2.3”項下方法制備凝膠微球，CaCl2溶液濃度對黃連素微球的影響見圖4。由結果可知，隨著CaCl2溶液濃度的增大，載藥量和包封率均呈先增大后減小的趨勢。CaCl2溶液濃度較低時，Ca2+與海藻酸鈉-魔芋葡甘聚糖混合溶液中的Na+置換率低，導致載藥量和包封率低，當CaCl2溶液濃度過高時，反應較為活躍，導致藥物滲漏，載藥量和包封率降低。

圖4　CaCl2溶液濃度對載藥量和包封率的影響

2.5正交實驗設計

根據單因素實驗結果，每個因素設4個水平，根據正交試驗設計原理選用L16（45）正交表設計實驗，實驗因素水平見表1。

表1　正交實驗因素水平表

由于正交實驗中制得的部分微球有粘連、拖尾、扁平等現象，而微球是否圓整和均一對其釋藥有很大影響，因此在正交實驗中增加微球外形評分作為評價指標，評分標準見表2。

表2　微球形態評分標準

本試驗以載藥量、包封率、形態評分權重加和的綜合評價為指標，應用綜合評分法評價處方工藝［5～6］評價微球制備工藝，綜合微球特點及要求和相關文獻，權衡各指標對處方的貢獻，設定指標載藥量的權重為20%，包封率的權重為40%，微球形態評分的指標為40%。綜合評分OD=Ai/Amax×20%+Bi/ Bmax×40%+Ci/Cmax×40%。正交實驗設計與結果見表3。

表3　微球制備工藝正交實驗設計與結果

注：A：多糖濃度，B：為共混比例，C：加藥量，D：CaCl2溶液濃度，E：空白，Y1：載藥量，Y2：包封率，Y3：形態評分。

由表3直觀分析可知，各因素對微球制備影響大小順序為C＞A＞B＞D，使用SPSS軟件對實驗數據進行分析，校正模型的P＞0.05，表明此模型無統計學意義，查閱文獻［7］，若正交試驗中某些因素所對應的離差平方和與誤差平方和沒有顯著差異，應將它們合并起來作為誤差估計，這樣可使估計更為精確。因素D的離差平方與誤差項相近，因此將D合并到誤差項，再一次進行方差分析，得到結果見表4，此模型具有統計學意義，且A（多糖濃度）、C（加藥量）2個因素對微球制備有明顯影響（P＜0.05），B（共混比例）作用不顯著，影響程度大小為C＞A＞B。因素D影響可忽略，得出微球的最佳制備工藝為A4B3C3，即以多糖濃度2.5%、共混比例1:5，加藥量0.5 g 制備微球時，微球的綜合評價最高。

表4　正交實驗方差分析表

2.6優選工藝驗證

按上述優選工藝進行3批驗證實驗，包封率分別為88.43%、87.88%、88.98%，載藥分別為25.27%、25.11%、25.42%，外形評分為1.0、0.9、1.0，OD值0.804、0.762、0.807，評價較高、工藝穩定，與預期結果一致。

3　討論

魔芋葡甘聚糖與海藻酸鈉均為天然高分子多糖，來源豐富、廉價易得、安全無毒。魔芋葡甘聚糖不被上消化道消化酶降解，但可被結腸酶特異性降解，并且具有結腸活性，海藻酸鈉具有PH敏感性，在酸性溶液中不溶脹，可與金屬陽離子交聯形成凝膠，這兩種輔料常作為藥物載體應用于結腸靶向給藥系統。本文將魔芋葡甘聚糖與海藻酸鈉共混應用，發揮其協同增效的作用，本實驗采用滴制法制備魔芋葡甘聚糖-海藻酸鈉載黃連素凝膠微球，操作方法簡便。首先通過單因素實驗考察多糖濃度、復配比例、加藥量、CaCl2溶液濃度對微球載藥量和包封率的影響，在單因素實驗基礎上進一步應用正交試驗設計優化微球制備工藝，最后得出在多糖濃度2.5%、共混比例1:5，加藥量0.5 g時，微球的綜合評價最高，工藝驗證實驗表明制備工藝重現性良好，值得的凝膠微球載藥量高、包封率大、球形圓整。

本文中單因素試驗在預實驗的基礎上選擇較佳的水平進行，成球良好，大小均一，因此只選擇了載藥量和包封率為評價指標，但正交實驗過程中，由于不同因素水平的不同組合，導致有些微球形態不佳，出現拖尾、粘連、扁平等現象，而微球形態對微球釋藥有很大影響，因此，正交實驗中，在載藥量和包封率的基礎上加入微球的形態評分作為評價指標。

［1］Nakajima N，Ishihara K，MatsmLra Y.Dietary—fiberdegrading enzymes from a human intestinal Clostridium and their application to oligosaccharide production from nonstarchy polysaccharides using immobilized cells［J］. Appl Microbiol Biotehnol，2002，59（2-3）:182.

［2］Wang C，Xu M，Lv W P，el al.Study on rheological behavior of konjac glucomannan［J］.Physics Procedia，2012（33）:25.

［3］謝建華，龐杰，朱國輝，等.魔芋葡甘聚糖功能研究進展［J］.食品工業科技，2005年12期:180.

［4］張馳宇.pH敏感型海藻酸鈣多孔凝膠微球的制備及溶脹性能的研究［J］.功能材料，2010，12（41）:2153.

［5］JIANG L，GUO Y，LI S H，et al. Optimization of extraction technology for Qingfang Tongyu Powder by Multiple Guidelines Grading Method［J］.Chin J Exp Trad Med Form，2012，18（3）: 26.

［6］ SUN W J，YU S，SHAN M Q，et al. Optimization of drying technology of schizonepetae herba by Multiple- Index Grading Method［J］. Chin Pharm Aff，2012，26（6） : 577-5.

［7］王海濱. 方差分析在正交試驗誤差估計中的應用［J］.數學學習與研究，2010，23:81.

（責任編輯：傅舒）

Study on the preparation of drug-loaded gel microspheres using konjac glucomannan and sodium alginate

LI Pei-pei, LI Xiao-fang, ZHOU Wei, LI Ping, XIANG Zhi-yun, YANG Lu
(School of Pharmacy, Chengdu University of Traditional Chinese Medicine; Key Laboratory of Standardization for Chinese Herbal Medicine, Ministry of Education; National Key Laboratory Breeding Base of Systematic Research, Development and Utilization of Chinese Medicine Resources , Chengdu 611137, Sichuan)

Objective: The study is to prepare berberine gel microspheres with konjac glucomannan （KGM） and sodium alginate （SA） as carrier materials. Method: The gel microspheres were prepared by dipping method. The infl uence factors on microspheres such as polysaccharides concentration，the ration of KGM to SA，the dosage and CaCl2concentration were studied by single factor experiment. The extraction technology of microspheres preparation was optimized by orthogonal design，and evaluated by multiple index comprehensive evaluation. Result: The best conditions of berberine gel microspheres were optimized as following: 2.5% polysaccharides，the ration of KGM to SA （5:1），0.5g dosage，3%CaCl2concentration. Conclusion: The drip method of hydrogel microspheres preparation was simple and easy to operate. The microspheres have good shape，high drug loading rate and encapsulation effi ciency.

Konjac glucomannan； sodium alginate； berberine； gel microspheres

R 283.5

A

1674-926X（2015）06-007-04

成都中醫藥大學 中藥材標準化教育部重點實驗室 四川省中藥資源系統研究與開發利用重點實驗室—省部共建國家重點實驗室培育基地，四川 成都 611137

李培培，在讀碩士，從事中藥新劑型及中藥新技術研究Email: 2690506425@ qq. com

李小芳，女，教授，博士生導師，從事中藥新劑型及中藥新技術研究

Email:lixiaofang918@163.com

2015-04-27