中心組合效應面設計優化鹽酸小檗堿包合物的制備

徐 霞，李 收

藥學

中心組合效應面設計優化鹽酸小檗堿包合物的制備

徐 霞，李 收

目的 探討中心組合效應面設計在優化鹽酸小檗堿-β-環糊精包合物過程中的應用。方法以鹽酸小檗堿為模型藥物，應用中心點效應面實驗設計（central composite design，CCD），采用飽和水溶液法制備鹽酸小檗堿-β-環糊精包合物，通過相溶解度圖法，溶出速度及飽和溶解度的測定對所制備的包合物進行驗證。結果通過CCD設計建立二項式數學模型所優化包合物的處方為藥物與包合材料的比例為1∶2.03，包合時間為2.29 h。包合常數為263.01 L/mol。與鹽酸小檗堿相比較，溶解度可以提高2.98倍。結論CDD設計可認為是尋求鹽酸小檗堿-β-環糊精包合物的最佳制備工藝，形成包合物后可顯著提高藥物的溶解度。

鹽酸小檗堿；β-環糊精；包合物；中心組合效應面設計

小檗堿（Berberine）為從黃連、黃柏等中藥中分離的喹啉類生物堿，以鹽酸鹽的形式用藥，主要治療腸道感染、菌痢等疾病。但鹽酸小檗堿味道極苦、水溶性差導致生物利用度低的特點，限制了其在臨床中的應用［1，2］。因而有必要通過制劑方法掩蓋藥物的苦味以增加其順應性，同時改善或提高藥物的溶解度和生物利用度。文獻報道采用將鹽酸小檗堿與β-環糊精或羥丙基-β-環糊精飽和水溶液法制備成的包合物的方法可以實現上述目的［3，4］。

中心組合設計（central composite design，CCD）是國內外近年來應用較多的一種實驗優化方法，為制劑制備工藝建立設計空間，通過非線性數學模型進行擬合，評價產品質量的輸入變量和工藝參數之間的多維組合與相互作用，具有實驗次數少、精度高、預測性好等優點［5］。故本次實驗采用中心組合設計優化鹽酸小檗堿包合物的制備工藝。

1 儀器與試劑

磁力攪拌器 （上海司樂儀器有限公司）；UV-2550紫外分光光度計（日本島津）；電子天平（上海精科天平）；鹽酸小檗堿（東北制藥廠，純度：98.7%，批號20141218）；β-環糊精 （安徽山河藥用輔料有限公司）；其余試劑均為分析純。

2 方法與結果

2.1 鹽酸小檗堿β-環糊精包合物的制備 將β-環糊精加熱溶解在適量水中，將溶解在少量無水乙醇中的鹽酸小檗堿緩緩滴入冷卻至40℃的β-環糊精水溶液中，在400 r/min磁力攪拌不同時間后，冷卻至室溫，置冰箱中冷藏12 h，減壓濾過，分別用蒸餾水和丙酮洗滌，將濾渣30℃真空干燥，得到固體包合物。

采用紫外分光光度法測定包合物中鹽酸小檗堿的含量。精密稱取鹽酸小檗堿對照品14.3mg，用70%的乙醇為溶劑配制成系列濃度的溶液，以70%的乙醇作為空白對照，在200～700 nm波長范圍內進行紫外掃描，結果表明鹽酸小檗堿在230 nm，266 nm及342 nm處有最大吸收值，而環糊精在該波長范圍內無吸收，考慮近紫外區的末端吸收影響，故選擇342 nm作為檢測波長。以吸光度（A）為縱坐標，濃度（C）為橫坐標進行線性回歸，得標準曲線方程為C=0.0709A－0.006，r=0.9998，表明鹽酸小檗堿在2.86～14.30 μg/ml范圍內線性關系良好，精密度、回收率等符合方法學考察要求。精密稱取干燥后的包合物0.05 g，加70%乙醇超聲溶解后按紫外分光光度法測定鹽酸小檗堿含量，采用下列公式計算包封率和載藥量。

2.2 處方優化設計 在單因素考察實驗的基礎上，選擇對包合物制備工藝影響顯著的兩個因素，即藥物與β－環糊精/比例（m/m）（X1）、包合時間（X2）為因素，以所制備包合物的包合率（Y1）和載藥量（Y2）為指標，分別采用CCD設計安排實驗［6］。見表1、2。

表1 CCD實驗設計因素水平安排表

表2 CCD設計實驗結果表（n=3）

按照CCD實驗設計統計學要求，將因素與響應值進行方程擬合，并以置信度（P）作為模型判定標準。實驗模型擬合二次多項式方程表達式為：

其中Y為響應值（包封率、載藥率），A為方程系數，X為各自變量編碼值。

經F值檢驗顯示方程顯著（P=0.0006＜0.05），表明該回歸模型的擬合情況良好，能準確預測實際包封率。

經F值檢驗顯示方程顯著 （P=0.01937＜0.05），表明該回歸模型的擬合情況良好，能準確預測實際載藥量。

圖1 不同因素對響應值影響的效應曲面圖

從效應曲面圖中可以看出，隨藥物與β－環糊精用量比例增加時，包封率呈先增加后降低趨勢，意味著在包合鹽酸小檗堿的過程中，所選擇的藥物與環糊精比例存在一個極值，通過對效應面的分析能判斷各因素對響應值的影響。隨包合時間的延長，包封率呈現降低趨勢，另從包封率的回歸方程來看，經F值檢驗顯示方程顯著，說明所選擇的兩個因素的不同水平在該范圍內對包合率影響有顯著性影響。從載藥量的回歸方程來看，經F值檢驗顯示方程顯著，表明該回歸模型的擬合情況良好，代表性較好，能準確地預測實際情況。隨藥物與β－環糊精用量比例增加時，載藥量呈降低趨勢且變化趨勢較大；在包合時間對載藥量的影響過程中，載藥量也呈減少趨勢，提示在最佳處方附近，效應與因素之間的關系變得非常敏感，實驗條件的微小變化會造成指標的較大改變，效應和因素在此區域內的關系一般表現為非線性，因此可通過預先設定目標對處方進行優化。

在包合物制備過程中，希望所制備包合物的包封率和載藥量值越大越好，即希望兩者存在著極大值；采用Design Expert 8.06軟件對處方進行優化，得出最優處方為鹽酸小檗堿∶β－CD用量比例為1∶2.03，包合時間為2.29小時為最佳制備工藝。

2.3 包合物的驗證

2.3.1 相溶解度圖法 精密稱取β－環糊精0.75 g置于50 ml容量瓶中，加蒸餾水溶解并稀釋至刻度。然后將β－環糊精溶液以蒸餾水稀釋成濃度分別為1.5×10－3、3.0×10－3、4.5×10－3、6.0×10－3、7.5×10－3mol/L的溶液。取上述β－環糊精溶液各4.0 ml分別置具塞玻璃管中，均加入過量小檗堿，在25℃下振搖72h，8000 r/min離心10 min，用0.22 μm的微孔濾膜過濾，紫外分光光度法測定鹽酸小檗堿的濃度。以β－環糊精溶液的濃度為橫坐標，小檗堿的濃度為縱標做相溶解度圖，并求出回歸方程。根據回歸方程，計算包合常數K，計算公式為其中b為回歸方程的斜率，S0為截距。結果見圖2。

圖2 鹽酸小檗堿在β-環糊精溶液中的相溶解度圖

結果表明在0～7.5×10－3mol/L濃度范圍內，隨著β－環糊精溶液濃度的增加，小檗堿的濃度也相應增大，兩者呈線性關系，回歸方程為Y＝0.3698X＋0.0022（r2＝0.9998）的AL型，并且曲線的斜率b= 0.3698，b值＜1，說明有藥物與環糊精之間按1∶1摩爾的結合比形成［7］。計算所得到的包合常數K值為263.01 L/mol。

2.3.2 溶出速率法 稱取制得的包合物、物理混合物、小檗堿原料適量（相當于小檗堿100 mg）置于溶出杯中，以900 ml蒸餾水作為溶出介質，設定溫度為37℃，攪拌轉速為100 r/min，分別于2、5、10、15、20、30、45 min定時取樣5 ml，同時補充同溫同體積的蒸餾水。取出的液體用0.22 μm微孔濾膜濾過，濾液在342 nm的波長處測定吸光度，根據標準曲線回歸方程，計算累積溶出度［3］。以時間為橫坐標，累積溶出度為縱坐標，繪制藥物累計釋放曲線，結果見圖3。包合物的累積溶出度明顯高于混合物和鹽酸小檗堿，并在短時間內達到平衡，混合物的累積溶出度稍高于小檗堿，說明包合物的制備能夠提高藥物的溶出度。

圖3 鹽酸小檗堿包合物、物理混合物及原料藥的溶出度測定結果

2.3.3 飽和溶解度測定 分別稱取鹽酸小檗堿、包合物、物理混合物適量置10 ml容量瓶中，加蒸餾水制成飽和溶液，然后置于25℃恒溫振蕩器中振蕩72 h。將溶液在10000 r/min離心，取上清液用0.22 μm的微孔濾膜濾過，棄去初濾液，續濾液以紫外分光光度法測定吸光度，根據標準曲線計算飽和溶解度，結果見表3。

表3 鹽酸小檗堿飽和溶解度測定結果

由表3可知，鹽酸小檗堿形成包合物后其飽和溶解度可提高2.98倍。說明通過β－環糊精的包合作用，小檗堿的親水性顯著提高。而飽和溶解度的增加不僅僅是由于環糊精的加入引起，與物理混合物相比，形成包合物后的溶解可以提高1.6倍。

3 討論

藥物與載體的投料比直接影響藥物的包合率及載體材料的利用率。主、客分子之間的比例大，會造成載藥量小，藥物的有效濃度低；主、客分子之間的比例小，會使藥物未能全部被包合，游離藥物多，造成包合率較低。因而本試驗中采用CCD效應曲面模型進行分析，基于非線性模式進行設計，將復雜的未知的函數關系在小區域內用二次多項式模型來擬合，以優化最佳處方。

該實驗采用飽和水溶液法制備小檗堿-β-環糊精包合物，并采用CCD設計對處方進行了優化，通過相溶解圖、藥物溶出速率及飽和溶解度的測定對是否形成包合物進行了驗證。通過制備成包合物，能顯著提高藥物的溶解度和溶出速度。因此在此基礎上，可將包合物作為中間體，進一步制備成其他制劑，擴大鹽酸小檗堿的應用范圍。關于掩蓋味道方面，由于缺少相應的合理的檢測方法，需在以后的工作中進一步完善。

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［2016－02－19收稿，2016－03－13修回］ ［本文編輯：劉一洋］

Optimization of berberine and β-cyclodextrin inclusion compound preparation by central composite design

XV Xia①，LI Shou.①Dept.of Pharmacy，No.401 Hospital of Jinan Military Command of Chinese PLA，Qingdao，Shandong 266071，China

Objective To investigate application of central composite design（CCD）to optimize berberineβ-cyclodextrin inclusion compound.MethodsCCD optimization method was performed during the preparation of berberine-β-cyclodextrin inclusion compound.The inclusion compound was tailored according to saturated aqueous solution method.The product was validated via phase solubility diagram，dissolution rate and saturated solubility. The binding constant at 25℃ was calculated．ResultsThe optimal conclusion can be inferred from CCD. Multivariate quadratic equations were used to analyze interaction effects between the multivariate factors.The ratio of drug∶β-cyclodextrin served as 1∶2.03，and the including period was 2.29 h，respectively. The binding constant was 263.01 L/mol at 25℃．The solubility of inclusion compound was 2.98 times compared with raw berberine.ConclusionCCD was suitable to optimize the formulation of preparation of inclusion compound.The berberineβ-cyclodextrin inclusion compound exerts superior performance in improving dissolution properties.

Berberine；β-cyclodextrin；Inclusion compound；Central composite design

R918

A

10.14172/j.issn1671-4008.2016.09.025

266071山東青島，解放軍401醫院藥劑科 （徐霞）；277500山東棗莊，山東棗莊科技職業學院（李收）