艾葉揮發油-環糊精包合物研究概述

周瑤 ，陳崗 ，詹永，楊勇，吳振 ，譚紅軍*

1.重慶市中藥研究院（重慶 400065）；2.重慶市中藥健康學重點實驗室（重慶 400065）

艾葉為菊科蒿屬植物艾（Artemisia argyi Lévt. et Vant）的干燥葉，可入藥[1]。艾的生長適應能力強，常見于荒野、荒坡草地和丘陵地帶，也可人工種植。在世界上主要分布于亞洲東部，我國的東北、華北、西南、陜西及甘肅等地均有分布。從艾葉中提取出的揮發油是一種具有揮發性且氣味濃郁的物質，其成分以小分子揮發性的桉葉素、樟腦、龍腦、檸檬烯等萜類化合物為主，主要是單萜類、單萜類衍生物、倍半萜類及其衍生物三類有效物質，艾葉揮發油具有多種藥理作用，包括平喘止咳、鎮靜、消炎、利膽、抗過敏、抗癌，止血等[2-5]。體外研究發現，艾葉揮發油能使酪氨酸酶活性下調，揮發油濃度越高，黑色素下降越多，具有美白肌膚的功效[6]。因此艾葉揮發油在醫藥、保健品、化妝品等方面的應用和開發越來越受重視，但由于其具有水溶性差，易揮發，遇光、熱、氧化易降解等特點，極大限制了在各個方面的深度開發應用。為擴大其在藥物及其他領域的應用，通常采用環糊精包合技術，以克服其在各個領域應用上的局限。

環糊精（CD）是直鏈淀粉在由芽孢桿菌產生的環糊精葡萄糖基轉移酶作用下生成的一系列環狀低聚糖的總稱，通常含有6～12個D-吡喃葡萄糖單元，其中最常見的自然形成的環糊精包括α-、β-、γ-這3種構型，值得注意的是，葡萄糖單位的數量決定CDs的空腔直徑（圖1）[7]。環糊精包合物又稱分子膠囊，是指具有空間結構的主體分子全部或部分包裹另一個客體分子。環糊精包合技術有許多優點：揮發油被環糊精包合后，可以增加揮發油溶解度和溶出度，降低刺激性；環糊精疏水腔可以避免揮發油的揮發，可明顯提高有效成分的保留率，增加儲存過程中的穩定性；揮發油被嵌入環糊精分子中，可控制和延緩揮發油的釋放，達到緩釋、靶向的目的；組成的揮發油包合物還可以提高制劑的生物利用度，減少服藥劑量，改善藥物在體內的吸收，減輕毒副作用；同時，包合技術還能將性狀進行轉變，如通過合理加工，能夠將液態的中藥轉化成為粉末狀，可掩蓋中藥比較特殊的一些氣味，在防止藥性揮發基礎上，大幅提高藥物的純度及治療效果[8]。國內外對艾葉揮發油環糊精包合物的研究仍不多，由于青蒿素是從青蒿中提取的一種天然倍半萜類化合物，因此綜述青蒿素環糊精包合物的部分研究，以期為艾葉揮發油環糊精包合物的深入研究和實際應用提供思路。

圖1 α-，β-和γ-環糊精幾何結構及尺寸

1 艾葉揮發油-環糊精包合物的制備方法

環糊精包合物的制備方法有飽和水溶液法（重結晶或共沉淀法）、微波法、超聲波法、研磨法、冷凍干燥法、噴霧干燥法等。

1.1 飽和水溶液法

艾葉揮發油研究中采用最多的制備方法是飽和水溶液法（圖2）[9]，即稱取一定量環糊精，溶于適當溫度蒸餾水，磁力攪拌一段時間，配制成飽和溶液，再將揮發油滴加到飽和環糊精溶液中，包合、過濾、干燥，即得包合物。沈德鳳等[10]使用飽和水溶液法，從艾葉揮發油利用率、包合物得率和含油率3個指標優化試驗，結果表明，在環糊精和油比例8∶1、包合溫度60 ℃、包合時間2 h條件下，艾葉揮發油利用率和包合物收得率為最佳。方法方便簡捷，包合率較高，是實驗室常用的包合物制備方法，且適用于工業化生產，但是此法可能會因儀器和個人的試驗差異造成試驗誤差，且存在溶劑殘留的問題。包合過程中的包合溫度、包合時間等均對包合率的影響較大。對溫度的控制尤為重要，溫度過高，包合物溶解度增大，揮發油易從分子中逸出，過低則環糊精易析出，包合機會減少，造成包合率較低，艾葉揮發油的包合溫度一般以60 ℃為佳。

圖2 使用共沉淀法制備環糊精包合物

1.2 超聲波法

將揮發油的有機溶劑（如乙醇）溶液加入環糊精的飽和水溶液中，用超聲儀在優化的超聲強度和時間下進行包合，包合完成后冷藏，將析出的沉淀過濾、洗滌、干燥，即得包合物。超聲法較飽和水溶液法簡單快捷，適用于大量生產。鄒新城[11]對艾葉揮發油用β-環糊精進行包合，超聲法制備的最佳包合工藝條件是：β-環糊精與揮發油比率6∶1、超聲時間30 min、超聲溫度40 ℃。

1.3 冷凍干燥法

在環糊精飽和溶液中加入揮發油，混合攪拌使藥物包合，再通過冷凍干燥技術揮去溶劑，可制成粉針劑。對于某些在低溫加熱干燥時容易分解、揮發或變色的包合物，可以使用冷凍干燥法對包合物進行干燥。詹國平等[12]在羥丙基-β-環糊精的水溶液中加入乙醇溶解的艾葉揮發油，攪拌2 h后過濾，-35 ℃下冷凍干燥48 h，研磨后得疏松、溶解性能好的淡黃色粉末。張志等[13]將艾葉揮發油滴加到羥丙基-β-環糊精飽和水溶液中，攪拌至規定時間后用少量乙酸乙酯萃取未包合的揮發油，水相冷凍干燥36 h，即得溶解性好的凍干粉。

1.4 研磨法

在環糊精中加入一定量的水混合均勻，加入揮發油的有機溶劑溶液，充分研磨，干燥后得包合物。由于此方法實驗室手工操作較費時費力，不適用于大量生產，但采用工業膠體磨等制備環糊精包合物較快速、簡便。鄒新城[11]通過研磨法制備β-環糊精艾葉揮發油的包合物，發現影響環糊精包合的主要因素是加水倍數、環糊精與揮發油比例以及研磨時間。加水倍數100，環糊精與揮發油比例8∶1、研磨時間30 min是最佳工藝條件。

艾葉揮發油環糊精包合物的制備方法的選擇取決于包合率、包合速度、簡便性及產品最終的特性。傳統常見的環糊精包合物制備方法耗時都比較長，難以滿足工業及商業化制備要求，且存在溶劑殘留問題。為解決上述問題，一些新型的技術手段也被應用于制備環糊精包合物。如微波法反應速率比傳統的加熱方法快數倍甚至上千倍，具有操作簡單、收率高、后處理方便等特點。超臨界CO2法由于其包合溫度低，適用于對濕熱敏感的物質，且有效解決溶劑殘留問題，與飽和水溶液法相比，客體分子在CO2中比在水中有更高的溶解度，這種技術最大的優勢能擴大商業應用。高壓均質包合法，可使處理樣品在高壓下產生強烈的剪切、撞擊和空穴作用，使液態的揮發油呈現超微細化狀態，將微細化狀態的揮發油包合到環糊精所提供的空穴結構中，可提高包合率和增加穩定性。

2 環糊精包合技術對艾葉揮發油理化及生物學特性的影響

2.1 環糊精包合技術對艾葉揮發油理化特性的影響

2.1.1 增強溶解性和生物利用度

艾葉揮發油被環糊精包合后，能增加其在水中的溶解度和溶出速率，進而改善揮發油的生物利用度。一般通過相溶解度來評估環糊精對客體溶解度的影響，相溶解度以客體分子濃度為縱坐標，環糊精濃度為橫坐標，獲得環糊精包合物的相溶解度的線性函數曲線。此法不僅用于測定包合常數，同時還有助于了解包合物的溶解行為和環糊精對客體分子的增溶效果。Zime-diawara等[14]通過測定青蒿素在不同濃度β-環糊精、γ-環糊精、羥丙基-β-環糊精、羥丙基-γ-環糊精等的溶解度，繪制相溶解度曲線，試驗結果表明所有類型的環糊精都可以增強青蒿素的溶解度。Balducci等[15]制備的β-環糊精包合的青蒿素口服粉劑與未包合的粉劑相比，大鼠血液中青蒿素水平增加約3.2倍，極大提高了青蒿素的生物利用度。

2.1.2 保留

艾葉揮發油制成藥物制劑可能有不良氣味及苦澀味，輕微低毒性讓其有一些刺激性，影響制劑應用。環糊精包合后可掩蓋不良氣味，降低刺激性，控制和降低其有效成分的揮發，并延緩藥物的釋放。沈德鳳等[16]制備一種艾葉揮發油β-環糊精包合物口含片，口中含化時間達15 min以上，口感較好。Balducci等[15]通過噴霧干燥制備一種青蒿素/β-環糊精口服粉劑，經體外溶出度測定顯示，10 min內約70%的藥物從粉劑中釋放出來，而空白粉劑釋放出來的青蒿素低于10%。

2.1.3 增強穩定性

艾葉揮發油易揮發，遇光、熱、氧化易降解等特點，嚴重影響了其在生產中的應用和實際的療效。揮發油可以通過包封來防止其逸散，環糊精將揮發油包入其空腔能避免其直接與光、氧氣等不利環境接觸，能提高制劑的穩定性。如羥丙基-β-環糊精（HP-β-CD）對羅勒和龍蒿揮發油的包合，改善其在紫外線照射下的穩定性。李麗華等[17]對艾葉-連翹揮發油環糊精包合物和混合物進行熱穩定性試驗、抗光解試驗、濕穩定性試驗。結果表明，包合物含量均無明顯的變化，而混合物含量下降，證明艾葉-連翹揮發油包合物在光熱濕等因素下穩定性能良好。鄒新城[11]對艾葉揮發油-β-環糊精包合物和混合物進行強光照射、高溫、高濕試驗，結果發現艾葉揮發油-β-環糊精包合物具有一定抗光解性，熱穩定性和濕穩定性明顯優于單純艾葉揮發油。孫艷等[18]研究艾葉揮發油和艾葉揮發油-β-環糊精包合物的反應時間，后者相比前者提高111.8%，說明艾葉揮發油經β-環糊精包合后，其有效期得到延長。

2.2 環糊精包合技術對艾葉揮發油生物學特性的影響

環糊精包合揮發油不會干擾其生物活性，能充當滲透促進劑，增加活性劑的溶解和透過生物膜濃度，通常認為其促進藥物吸收的機理是由增溶作用引起的。沈德鳳等[19]結合透皮給藥系統，以左氧氟沙星為模型藥物，研究艾葉揮發油β-環糊精包合物對左氧氟沙星透皮吸收的促進作用。透皮給藥系統是20世紀80年代發展起來的第三代制劑，但由于其透皮吸收率低的缺點限制其廣泛應用，因此提高藥物的透皮吸收率是研究透皮系統的關鍵。該試驗結果表明艾葉揮發油的β-環糊精包合物對左氧氟沙星有顯著的透皮吸收促進作用。高金波等[20]考察艾葉揮發油的β-環糊精包合物對鹽酸環丙沙星透皮吸收的影響，顯示0.8%的艾葉揮發油的β-環糊精包合物對鹽酸環丙沙星有顯著的透皮吸收促進作用。

3 影響艾葉揮發油-環糊精包合物的因素

制備艾葉揮發油或其活性成分的環糊精包合物，了解包合過程中各種可能的影響因素是很有必要的。影響環糊精包合的因素主要有以下幾方面。

3.1 環糊精類型

環糊精的類型可能會影響環糊精艾葉揮發油包合物的包合。環糊精有各種類型，其中β-環糊精是研究較多的類型，但因β-環糊精存在的空腔內徑小，水溶性差，非胃腸道給藥有腎毒性的缺點，導致其使用范圍的局限。因此有學者在β-環糊精基礎上對其進行結構改造和化學修飾，獲得一些性能優良的環糊精衍生物。如一氯均三嗪-β-環糊精（MCT-β-CD）是β-CD的醚化衍生物，具有和β-CD類似的分子結構，基本不溶于有機溶劑，可溶于水，其溶解度隨著溫度的升高而增大，穩定性好，無毒，可生物降解，也可被人體所吸收。此外還有甲基-β-環糊精（Me-β-CD）、羥丙基-β-環糊精（HP-β-CD）、磺丁基醚環糊精[21]。Jiang等[22]研究β-環糊精、2,6二甲基-O-β-環糊精及羥丙基-β-環糊精對艾蒿揮發油的包合，使用熒光光譜法評估β-環糊精及其衍生物的包合作用，結果表明微膠囊形成能力β-環糊精＞2,6二甲基-O-β-環糊精＞羥丙基-β-環糊精。在青蒿素研究中，由于β-環糊精水溶性較差的特性，導致它對青蒿素的增溶能力有限，它的衍生物羥丙基-β-環糊精能更好地增溶青蒿素，且比甲基化衍生物的增溶效果強。環糊精類型的選擇前提條件是要求客體分子幾何形狀、尺寸、極性與環糊精的空腔尺寸和性質相匹配。

3.2 主客體比率

主客體比率可能會影響包合率，包合率是制備包合物的一個重要參數，大部分研究揮發油或其有效成分被包合時，都會優化揮發油環糊精主客體比例對包合率的影響。李冬梅等[23]制備的艾葉揮發油β-環糊精包合物，當環糊精用量超過揮發油的10倍以上時，包含率不再有明顯增加，試驗中最優主客體比例8∶1。主客體包合比例過小，艾蒿提取液不能充分被包合；比例過大，不能充分發揮環糊精的包合作用。

3.3 制備技術

艾葉揮發油環糊精包合物可使用不同技術制備，選擇的制備方法會直接影響環糊精對揮發油的包合率。鄒新城[11]考察3種包合技術對艾葉揮發油環糊精包合物的包合作用，研磨法、飽和水溶液法、超聲法的平均包合率分別為50%，93%和55%，在此試驗中飽和水溶液攪拌法在包合揮發油上顯示出更好的結果。

4 新興的以環糊精為基礎的技術對揮發油的包合

環糊精包合技術還能與其他新興的技術結合創造出新的技術形式，如微膠囊技術、納米技術、脂質體裝載的環糊精包合物等。葛玲艷等[24]以艾葉揮發油和甘油為芯材，以多孔淀粉和β-環糊精為壁材，利用艾葉揮發油微囊化研制出艾葉揮發油糧食防蟲劑，針對玉米象和雜擬谷盜進行防治。王輝[25]以明膠和阿拉伯樹膠為壁材，艾草揮發油為芯材，通過復合凝聚法制備的艾草揮發油微膠囊呈圓球形，表面較粗糙，沒有裂縫和空隙，表面連續、多空，囊壁具有半透性，艾草揮發油可以通過囊壁緩慢釋放，不致在較短時間內釋放完畢，從而達到緩慢釋放、抗菌持久的效果。

5 結語

艾葉揮發油的不穩定性、刺激性、低毒性、溶解性差以及生物利用度低等問題阻礙其在臨床上的應用，使用環糊精包合艾葉揮發油則有望解決這些問題，環糊精自發現以來，不僅適用于食品行業，也適用于制藥及化妝品等行業，隨著更多環糊精衍生物的出現，包合技術將會有更大發展空間。國內外對艾葉揮發油環糊精包合技術的研究還處于初級階段，尚有很多問題需要深入研究，環糊精類型、主客體比例、制備方法是獲得最大包合率的最重要的參數，需要更系統地進行研究，以β-環糊精研究為主，對其衍生物的研究很少。包合物的制備方法只是單一研究，沒有進行更多的比較研究以尋找到更適當的制備方法。環糊精空腔包合客體分子主要依賴于其與空腔的匹配度，客體分子的尺寸、結構及特性均會影響空腔包合作用，因此需要對揮發油與環糊精的作用機制進行研究，艾葉揮發油環糊精包合物的作用機制幾乎未得到研究。某些測定包合率及揮發油使用率的技術還有缺陷，實際應用中可能需要幾種表針方法共同驗證。