噴霧干燥法制備水溶性白藜蘆醇/HP- β-CD微膠囊

唐宏偉 曠春桃 向 舒 李湘洲 楊 婷 易祥光

(中南林業科技大學材料科學與工程學院，湖南 長沙 410004)

β-環糊精(β-CD)是淀粉生物降解得到的由7個D-吡喃葡萄糖單元通過α-1,4糖苷鍵形成的環狀低聚糖[1]。β-CD可通過羥基的化學反應，選擇性地進行化學修飾制備各種衍生物，提高其性能，其中羥丙基-β-環糊精(HP-β-CD)是應用最為廣泛的β-CD衍生物之一。由于β-CD及其衍生物的“內腔疏水、外腔親水”錐形空腔結構，具有提高脂溶性物質的穩定性、生物利用度以及控制藥物釋放等作用，常用作脂溶性物質的增溶劑，穩定劑以及靶向制劑的載體等[2]。Duarte等[3]采用甲基化-β-CD包埋白藜蘆醇，白藜蘆醇水溶性提高400倍；Hsu等[4]研究表明，HP-β-CD包埋大黃乙醇提取物可提高其水溶性和生物利用度。

白藜蘆醇(Resveratrol，Res)是廣泛存在于虎杖、葡萄、花生、桑葚[5-7]等植物中的多酚類化合物，被喻為繼紫杉醇之后的又一天然抗癌藥物。Res具有抗癌[8-9]、抗氧化[10]、促進傷口愈合[11]和減輕神經痛[12]等生物活性。然而，Res水溶性和穩定性差，見光易分解等缺點限制了它的應用[13-14]。Zhang等[15]將抗溶劑沉淀法制備的Res納米分散體和Res原料直接暴露于陽光下，Res納米分散體中Res僅減少的質量分數為14%，而Res原料減少的質量分數80%；高欣等[16]研究表明，采用共研磨技術制備的納米級Res的水溶性顯著增加，吸收速率和生物利用度也明顯提高。但是，采用噴霧干燥法制備水溶性Res/HP-β-CD微膠囊尚未有文獻報道。

本研究擬采用噴霧干燥法制備水溶性Res/HP-β-CD微膠囊，優化其制備工藝，并采用紫外光譜(UV)、紅外光譜(IR)、掃描電鏡(SEM)對微膠囊進行結構表征，以期獲得水溶性白藜蘆醇，拓寬其應用領域。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

1.1.1 材料與試劑

白藜蘆醇(Res)：花垣恒遠植物生化有限公司；

羥丙基-β-環糊精(HP-β-CD)：生物試劑(BR)，美國Sigma-aldrich公司；

無水乙醇：分析純，天津市富宇精細化工有限公司。

1.1.2 主要儀器設備

小型噴霧干燥儀：B-290型，瑞士BUCHI實驗室儀器公司；

掃描電鏡：JSM-6380LV型，日本電子株式會社；

傅立葉紅外光譜儀：Affinity-I型，日本島津有限公司；

紫外可見分光光度計：UV-2600型，上海天美科學儀器有限公司；

化學合成反應儀：PPS-1511-CE型，日本東京理化器械株式會社。

1.2 方法

1.2.1 Res標準曲線的測定 準確移取10.8 mg/L 的Res貯備液0.5，1.0，2.0，3.0，4.0，5.0 mL加入10 mL的棕色容量瓶內，用蒸餾水定容至10 mL，以蒸餾水為參比于307 nm處測其吸光度，以吸光度對Res濃度進行線性回歸，得標準曲線方程。

1.2.2 噴霧干燥法制備水溶性Res/HP-β-CD微膠囊

準確稱取一定量的HP-β-CD，加30 mL蒸餾水溶解，轉移至化學合成反應儀中，然后緩慢滴加用5 mL無水乙醇溶解的Res，在設定溫度下攪拌，最后將溶液在試驗設定條件下噴霧干燥，得到水溶性Res/HP-β-CD微膠囊。

1.2.3 Res/HP-β-CD微膠囊溶解度的測定 在離心管中加入2.0 mL蒸餾水，加入過量的Res/HP-β-CD微膠囊，25 ℃超聲震蕩24 h后，5 000 r/min離心10 min，過濾，取濾液用蒸餾水稀釋，于307 nm處測定吸光度，計算Res的溶解度[17]。

1.2.4 Res/HP-β-CD微膠囊載藥量的測定 準確稱取Res/HP-β-CD微膠囊一定量(m2)，用蒸餾水充分溶解，5 000 r/min 離心10 min，過濾，取濾液用蒸餾水稀釋，于307 nm處測定吸光度，計算樣品中Res的質量(m1)，Res/HP-β-CD微膠囊中載藥量按式(1)計算：

(1)

式中：

L——微膠囊中Res載藥量，%；

m1——樣品中Res的質量，g；

m2——樣品的質量，g。

1.2.5 紫外吸收光譜(UV)的測定 準確稱取一定量Res和Res/HP-β-CD微膠囊，用蒸餾水充分溶解，5 000 r/min離心10 min，過濾，取濾液用蒸餾水稀釋，以蒸餾水為參比在250～400 nm進行掃描。

1.2.6 紅外光譜(IR)的測定 分別取Res、HP-β-CD、Res和HP-β-CD的物理混合物，以及Res/HP-β-CD微膠囊，KBr 壓片后進行IR測定，掃描范圍400～4 000 cm-1。

1.2.7 掃描電鏡(SEM)的測定 取適量Res和HP-β-CD 的物理混合物以及Res/HP-β-CD微膠囊，對其表觀形貌進行觀測。金/鈀合金為鍍靶，真空噴金鍍膜，電壓：15 kV。

1.2.8 正交試驗優化Res/HP-β-CD微膠囊的制備工藝

在預試驗考察了芯壁比、攪拌溫度、進料流量和進風溫度的基礎上，采用四因素三水平正交試驗設計優化Res/HP-β-CD微膠囊的制備工藝。

1.2.9 綜合評分的確定 采用綜合評分法對Res/HP-β-CD微膠囊的制備工藝進行綜合評定，將多指標轉化為單指標，綜合考慮載藥量和溶解度在Res/HP-β-CD微膠囊中的重要性，將試驗組中最大Res載藥量設定為100分，權重系數40，最大Res溶解度設定為100分，權重系數60，綜合評分按式(2)計算[18]。

(2)

式中：

Y——綜合評分；

L——試驗組的Res載藥量，%；

Lmax——試驗組中最大Res載藥量，%；

S——試驗組的Res溶解度，g/L；

Smax——試驗組中最大Res溶解度，g/L。

1.3 數據處理

每個試驗重復3次試驗，取平均值。采用Excel 2010進行統計分析，Origin 8.5軟件繪圖。

2 結果與分析

2.1 Res的標準曲線

Res的標準曲線見圖1。線性回歸方程為A=0.285 6CRes+0.018 8(R2=0.999 8)，結果表明，在0.54～5.40 mg/L時線性關系良好。

2.2 預試驗結果

Res/HP-β-CD微膠囊的化學計量比為1∶1[19]，HP-β-CD作為Res增溶劑的同時，HP-β-CD可對進入其空腔的Res起到保護作用，提高Res的穩定性，因此，試驗中物料摩爾比nRes∶nHP-β-CD為1∶1左右，即質量比wRes∶wHP-β-CD為1∶4～1∶6。預試驗表明，進料流量過大，料液霧化后不能完全干燥，出現粘壁現象以及一部分料液以液滴形式進入噴霧圓筒，因此進料流量在3.0 mL/min左右；此外，由于Res的熱不穩定性，進風溫度過低，干燥速率太慢，甚至干燥不完全，進風溫度太高，不利于Res的穩定，因此，進風溫度選擇150 ℃左右。

圖1 Res的標準曲線Figure 1 The standard curve of Res

2.3 Res/HP-β-CD微膠囊制備工藝的優化

在預試驗的基礎上，確定正交試驗的因素和水平取值見表1，結果見表2。

表1 因素水平表Table 1 Factors and levels

表2 正交試驗結果Table 2 Results of orthogonal test

表2極差分析表明，攪拌溫度對綜合評分影響最大，因為HP-β-CD與Res的包合作用為放熱反應，隨溫度的升高，包合形成常數減少，包合物趨向于解離，因此，適當降低溫度有利于微膠囊的形成[20]，其次為進風溫度，進風溫度太高，會導致Res降解，再次為進料流量和物料比，進料流量太大，容易出現粘壁現象。因此，優化工藝條件為A2B1C1D1，即wRes∶wHP-β-CD1∶5(g/g)，攪拌溫度30 ℃，進料流量2.1 mL/min，進風溫度140 ℃。在優化工藝條件下進行3次重復驗證實驗，所得Res/HP-β-CD微膠囊的載藥量為15.18%，溶解度為12.75 g/L。

2.4 Res/HP-β-CD微膠囊的UV分析

Res和Res/HP-β-CD微膠囊的UV光譜圖見圖2。

圖2 Res,and Res/HP-β-CD微膠囊的紫外吸收光譜Figure 2 UV spectra of Res,and Res/HP-β-CD microcapsule

從圖2可知，Res的最大吸收峰位于305 nm，而Res/HP-β-CD的最大吸收波長從305 nm紅移到307 nm，因為Res進入HP-β-CD及其衍生物空腔后，HP-β-CD內部高能水分子移出，Res進入HP-β-CD分子空腔內，Res與HP-β-CD存在氫鍵、疏水作用力、范德華力等多種作用力，對白藜蘆醇的電子云產生干擾，從而使得最大吸收波長發生紅移[21-23]。

2.5 Res/HP-β-CD微膠囊的IR分析

Res、HP-β-CD、Res和HP-β-CD物理混合物及Res/HP-β-CD微膠囊的紅外光譜圖見圖3。

從圖3可知，Res和HP-β-CD的物理混合物[圖3(c)]的IR譜圖是Res的IR譜圖[(圖3(a)]和HP-β-CD的IR譜圖[圖3(b)]的疊加，出現了Res和HP-β-CD的特征吸收峰，波數沒有明顯變化。

在Res/HP-β-CD微膠囊的IR譜圖[圖3(d)]中，HP-β-CD 的O─H伸縮振動吸收峰3 383 cm-1覆蓋了Res[圖3(a)]的O─H伸縮振動峰，并且紅移到3 338 cm-1，可能是Res苯環上酚羥基與HP-β-CD端口的OH形成氫鍵所致[23]。Res的IR譜圖[圖3(a)]中位于1 585，1 510，1 443 cm-1處的苯基骨架振動峰，在Res/HP-β-CD微膠囊的IR譜圖中分別移到1 602，1 516，1 456 cm-1，并且吸收強度減弱，因為Res苯環進入了HP-β-CD的疏水空腔，與HP-β-CD的疏水空腔發生疏水作用，起到保護Res的作用，說明Res/HP-β-CD微膠囊可以提高Res的穩定性。Res的IR譜圖[圖3(a)]的烯烴面外C─H彎曲振動吸收峰(962 cm-1)在Res/HP-β-CD微膠囊的IR譜圖中消失，說明Res分子進入了HP-β-CD的空腔，形成了微膠囊[24]。

圖3 Res、HP-β-CD、Res和HP-β-CD物理混合物及Res/HP-β-CD微膠囊的紅外光譜的紅外光譜圖Figure 3 Infrared spectra of Res,HP-β-CD,physical mixture of Res and HP-β-CD,and Res/HP-β-CD microcapsules

2.6 Res/HP-β-CD微膠囊的SEM分析

Res和HP-β-CD的物理混合物以及Res/HP-β-CD微膠囊的SEM圖見圖4。

從圖4可知，Res和HP-β-CD物理混合物的SEM圖[圖4(a)]中可見2種形態特征，球形的HP-β-CD和片狀的Res，球表面有凹陷、缺損、小孔和褶皺等，而Res/HP-β-CD微膠囊[圖4(b)]為外形飽滿、表面光滑的球形，無裂紋和凹陷，大小比較均勻，粒徑大約為1～10 μm，遠小于物理混合物中球形狀態的HP-β-CD。HP-β-CD本身對難溶藥物具有增溶效果，并且粒徑減少，比表面積增加，增加了Res的水溶性[25-26]，此外，Res與HP-β-CD形成微膠囊后，可以很好地將Res隔離，增強其穩定性。

圖4 Res和HP-β-CD物理混合物及Res/HP-β-CD微膠囊的SEM圖Figure 4 SEM of physical mixture of Res and HP-β-CD, and Res/HP-β-CD microcapsule

3 結論

(1)HP-β-CD對Res具有良好的增溶效應，噴霧干燥法制備Res/ HP-β-CD微膠囊的優化工藝為wRes∶wHP-β-CD1∶5(g/g)，攪拌溫度30 ℃，進料流量2.1 mL/min，進風溫度140 ℃，該條件下，載藥量為15.18%，溶解度為12.75 g/L。

(2)Res與HP-β-CD通過氫鍵、疏水作用力等作用力形成Res/ HP-β-CD微膠囊，通過噴霧干燥制備的Res/ HP-β-CD微膠囊粒徑減少，比表面積增大，提高了Res的溶解度。

將來可對Res/ HP-β-CD微膠囊的穩定性、釋放性能以及生物活性進行研究。