多元醇稀釋法制備環糊精包裹白藜蘆醇的工藝研究

呂舒寧 鄭中博 叢遠華 朱 沁 倪向梅 閆秀芳 陳志濤 馮春波 喬小玲

（上海家化聯合股份有限公司科創中心，上海，200082）

如今，天然草本化妝品越來越受消費者喜愛，其天然成分是吸引消費者的主要原因。白藜蘆醇是從天然植物提取出來的一種多酚類化合物[1-2]，主要存在于花生、葡萄、虎杖等植物中[3-8]。近年來，科學研究發現，白藜蘆醇具有極強的功效作用，包括抗氧化、抗炎、美白、抗衰老等，能夠作為個人護理產品中獨特的活性成分[9-10]。雖然白藜蘆醇易溶于乙醇、甲醇、二甲基亞砜等有機溶劑，但在水中的溶解度極低，僅為30 mg/L[11-12]，其難溶于水、易與其他化學物質反應、對光不穩定的缺點[13-14]使其難以被應用到化妝品中。高純度的白藜蘆醇乙醇溶液即使避光也僅能穩定數天，在含水的化妝品組合物中白藜蘆醇有結晶析出的不良現象發生[15]。因此，將白藜蘆醇應用于化妝品組合物中具有巨大的研究價值。

環糊精是一類重要的高分子材料，其中β-環糊精是淀粉經酶解環合后得到的由7個葡萄糖分子連接而成的環狀低聚糖化合物[16]。經改性后的羥丙基-β-環糊精與天然的β-環糊精相比，羥丙基-β-環糊精水溶性大幅度提高，并具有更高的安全性[17]。該分子吸引人們的顯著特征是其具有一個外部親水、內部疏水，呈上下無底杯子形狀并具有一定尺寸的空腔結構。這種分子的特殊構成，使其具有相應的特殊理化性質，其疏水空腔提供了能夠與不同種類化合物形成包合物的能力，從而形成穩定的絡合物。其形成的復合體穩定、增溶、緩釋、抗氧化、抗分解、保濕防潮，并具有遮蔽異味等作用[18]。

專利CN1500479A公開了一種白藜蘆醇/環糊精包合物制備的方法，先將白藜蘆醇溶于有機溶劑（甲醇、乙醇等）中；再將羥丙基-β-環糊精溶于5～50倍量的蒸餾水中；最后，攪拌含環糊精的水溶液，緩慢滴加含有白藜蘆醇的溶液，全部加完后過濾；結束后，先用蒸餾設備除去溶液中的有機溶劑，再用冷凍干燥設備對剩余液體進行冷凍干燥，得到疏松粉末。對于傳統的環糊精包裹白藜蘆醇工藝，都會用到有機溶劑（甲醇、乙醇等），在后續的工藝中都需要進行蒸餾除去，難免會造成有機溶劑殘留的問題；同時又必須使用蒸餾設備、冷凍干燥設備或者噴霧干燥設備等，這些設備費用高昂且操作工藝繁瑣，傳統工藝需要耗費大量的能源和人力。

為解決上述問題，本研究創新性的采用化妝品中常用的多元醇代替有機溶劑，使用多元醇稀釋法（Polyol Dilution Method，簡稱PD法）的操作工藝，將白藜蘆醇穩定高效地包裹于羥丙基-β-環糊精中。多元醇（丙二醇、丁二醇、雙丙甘醇、聚乙二醇等）在化妝品中應用廣泛，不僅起到保濕劑的功效，還具有促進活性物滲透皮膚的功能。故多元醇在羥丙基-β-環糊精包裹白藜蘆醇工藝的后期，也無需通過蒸餾或者冷凍干燥等進行除去，很好避免了有機溶劑殘留的問題。同時對于化妝品生產企業來說，該工藝生產出來的半成品，可以直接應用于化妝品產品的生產。

本研究采用多元醇稀釋法，以白藜蘆醇作為代表活性物進行研究，將白藜蘆醇溶解在多元醇中，加入到含有羥丙基-β-環糊精的水溶液中，僅需一步簡單操作即可制得羥丙基-β-環糊精包裹白藜蘆醇的溶液。該工藝只需要常規的攪拌設備即可實現，無須使用加熱設備、蒸餾設備、冷凍干燥或者噴霧干燥設備等復雜設備，是一種非常合適的工業大生產工藝。應用于含水的化妝品組合物中進行穩定性考察以及質量評價，以獲得穩定的白藜蘆醇包裹體并穩定應用于護膚品中。

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（Resveratol，簡稱Res）；羥丙基-β-環糊精（HP-β-CD）；PEG400（聚乙二醇-8，INCI：PEG-8）；雙丙甘醇（INCI：Dipropylene Glycol）；1,3-丁二醇（INCI：Butylene Glycol）；PEG600（聚乙二醇-1 2，I N C I：P E G-1 2）；1,3-丙二醇（INCI：Propanediol）；甘油聚醚-26（INCI：Glycereth-26）；甲基葡糖醇聚醚-20（INCI：Methyl Gluceth-20）；以上原料均是化妝品級別。

1.1.2 主要儀器設備

電子天平PL-E型，梅特勒-托利多集團；臺式離心機TDL-4C型，上海安亭科學儀器廠；顯微鏡BX35型，Olympus中國有限公司；高效液相色譜Waters 2695、2487紫外檢測器，美國Waters公司；紫外分光光度計Cary 100，Varian公司；傅里葉紅外光譜儀Affinity-I型，日本島津有限公司；透射電子顯微鏡JM-1010。

1.2 方法

1.2.1 Res/多元醇/HP-β-CD制備

稱取Res與一定比例的多元醇（PEG400、雙丙甘醇、1,3-丁二醇、PEG600、1,3-丙二醇、甘油聚醚-26、甲基葡糖醇聚醚-20），攪拌10 min（可適當加熱）至完全透明后待用；按照上述Res的質量稱取8.55倍量的HP-β-CD，先將HP-β-CD溶于適量蒸餾水，然后將溶解在多元醇的Res溶液緩慢加入其中，攪拌溶解均勻透明后，即得Res/多元醇/HP-β-CD水溶液。

1.2.2 表征

（1）穩定性

Res/PEG400/HP-β-CD 水溶液分別放置于-18℃、4℃、室溫、40℃、48℃；循環條件下放置一周和兩個月；光照條件下放置一周和一個月；60℃條件下放置72 h觀察穩定性。

（2）顯微鏡觀察

取少量Res水溶液和Res/多元醇/HP-β-CD水溶液進行顯微鏡觀察。

（3）離心測試

稱取10 g Res水溶液和Res/多元醇/HP-β-CD水溶液放置離心管進行離心測試，參數測定3000 r/min，30 min。

（4）含量分析

分別移取0、0.40、0.60、0.80、1.00 mL白藜蘆醇標準溶液（1.00 mg/mL）置于10 mL容量瓶中，用流動相稀釋至刻度，組成白藜蘆醇含量分別為0、40.0、60.0、80.0、100.0 μg/mL的標準樣品系列，按照本方法測定條件分別測定標準樣品系列、試樣溶液。

（5）紫外吸收光譜（UV）測定

準確稱取一定量Res、Res/多元醇和Res/多元醇/HP-β-CD，用蒸餾水充分稀釋，以蒸餾水為參比在200～400 nm進行掃描。

（6）紅外光譜（IR）測定

分別取RES、HP-β-CD、PEG400、RES和HPβ-CD的物理混合，多元醇稀釋制備法白藜蘆醇包裹體，以及傳統溶劑旋蒸法制備白藜蘆醇包裹體，壓片后進行IR測定，掃描范圍在400～4000 cm-1。

（7）透射電子顯微鏡（TEM）

采用投射電鏡觀察Res/多元醇/HP-β-CD的微觀形貌，樣品質量分數為1%。

2 結果與分析

2.1 多元醇選擇

白藜蘆醇（Res）在不同多元醇的溶解情況見表1。結果表明，Res在PEG400、雙丙甘醇、1,3-丁二醇、甘油聚醚-26、甲基葡糖醇聚醚-20這5個多元醇中具有溶解性，其中PEG400、雙丙甘醇、甘油聚醚-26、甲基葡糖醇聚醚-20這4個多元醇對Res的溶解性相對較好，因此選取它們繼續做不同溫度下對白藜蘆醇的溶解情況，其結果見表2。結果表明，PEG400相對于其他多元醇溶解Res所需溫度更低，且溶解度相對其他較好，因此選取PEG400作為本次研究所用的多元醇。

最終選取白藜蘆醇：PEG400=1∶9的比例作為研究進行Res/PEG400/HP-β-CD包裹。

表1 不同比例的各類多元醇中白藜蘆醇的溶解情況

表2 不同溫度白藜蘆醇在多元醇的溶解情況

2.2 穩定性

2.2.1 溶解性對比

分別將Res/PEG400加入一定量蒸餾水和溶解一定比例的HP-β-CD的蒸餾水中，對比見圖1。

從圖1可知，在無HP-β-CD的水溶液中，溶解在PEG400的白藜蘆醇在蒸餾水中析出，為渾濁液體；在含有一定量HP-β-CD的蒸餾水中為清澈透明的液體。猜測溶解在PEG400的白藜蘆醇分子進入HP-β-CD的疏水空腔內，被包裹形成小粒徑的包裹體，因此其水溶液清澈透明。

圖1 溶解性對比

2.2.2 離心

Res/PEG400/HP-β-CD水溶液的離心結果良好，表明其穩定。

2.2.3 顯微鏡觀察

通過電子顯微鏡觀察，其結果見圖2。

從圖2可知，Res/PEG400水溶液中有針狀晶體結構，如同Res水溶液中的針狀晶體結構，而Res/PEG400/HP-β-CD水溶液中則看不到任何針狀物或者顆粒，說明Res溶解在PEG400后，加入到含有HP-β-CD的水溶液中，Res分子進入HP-β-CD的疏水空腔內，被包裹形成小粒徑的微包裹體并阻斷了Res分子內氫鍵結合，使其在水中很好地溶解，因此其水溶液在電子顯微鏡下看不到針狀物或者顆粒顯示。

圖2 電子顯微鏡圖

2.2.4 不同環境下的穩定性情況

不同環境下的穩定性情況見圖3和圖4；其穩定性結果見表3。

從表3可知，高溫和光照條件下顏色均有不同程度的變化，其他條件均良好，且所有條件均無白藜蘆醇析出；需要對放置2個月穩定性的樣品進行含量分析檢測。

2.3 放置兩個月后的含量分析

4℃、室溫、40℃、48℃條件下放置2個月和光照條件下放置1個月后含量檢測結果見圖5。

圖3 放置一周樣品穩定性（60℃, 72 h）

圖4 放置2個月時樣品穩定性（光照1個月）

從圖5可知，光照穩定下白藜蘆醇含量保持87.6%，僅稍有損失；其余4個條件（4℃、室溫、40℃、48℃）穩定時白藜蘆醇含量保持在97.6%～99.6%，幾乎無損失，說明白藜蘆醇與羥丙基-β-環糊精形成微膠囊后，可以很好地隔離白藜蘆醇分子，減少其分子內氫鍵結合，增加其水溶性的同時增強其穩定性，使得在高溫條件下穩定性良好。

表3 各個條件下穩定性結果

圖5 不同條件下穩定性的含量測定

2.4 紫外（UV）光譜法

Res、Res/PEG400/HP-β-CD和Res/PEG400的紫外（UV）光譜圖見圖6。

從圖6 可知，白藜蘆醇（R e s）和溶解在PEG400的白藜蘆醇（Res/PEG400）的最大吸收峰都位于304 nm，而包裹在羥丙基-β-環糊精的白藜蘆醇（Res/PEG400/HP-β-CD）的最大吸收波長發生紅移，其最大吸收峰位于305 nm，這是因為白藜蘆醇進入到羥丙基-β-環糊精的疏水空腔內，兩分子間氫鍵、范德華力等均會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[19-21]。由此可得到白藜蘆醇被包裹在羥丙基-β-環糊精中，形成粒徑很小的包裹體結構。

圖6 紫外（UV）吸收光譜圖

2.5 紅外（IR）光譜法

白藜蘆醇、羥丙基-β-環糊精、PEG400、白藜蘆醇和羥丙基-β-環糊精的物理混合，多元醇稀釋法制備白藜蘆醇包裹體，以及傳統溶劑旋蒸法制備白藜蘆醇包裹體的紅外光譜圖見圖7。

從 圖7 可 知，R e s 的 特 征 峰 有3 1 8 5 c m-1、1583cm-1以及1379cm-1（酚苯環）、964cm-1、828cm-1和673cm-1。HP-β-CD的特征峰有3320cm-1、2925cm-1、1636cm-1、1079cm-1以及945cm-1、846cm-1、754cm-1（葡萄糖環特征吸收峰）。在Res/HP-β-CD的紅外光譜中未發現Res的酚苯環吸收峰，提示RES被包合于HP-β-CD中。其中Res和HP-β-CD物理混合圖（圖7c）是Res（圖7a）和HP-β-CD（圖7b）的疊加，出現了兩個分子的特征吸收峰，波數沒有明顯變化。

在Res的IR譜圖（圖7a）中位于1583cm-1、1509cm-1、1443cm-1處的苯基骨架振動峰，在Res/PEG400/HP-β-CD的IR譜圖（圖7e）中分別移到1590cm-1、1516cm-1、1455cm-1，并且吸收強度減弱，這是因為Res進入到HP-β-CD的疏水空腔內，對Res起到保護作用。Res的IR譜圖（圖7a）的烯烴C-H彎曲振動吸收峰（964cm-1）在多元醇稀釋制備法白藜蘆醇包裹體的IR譜圖（圖7e）中消失，以上和傳統溶劑旋蒸法制備白藜蘆醇包裹體的IR譜圖（圖7f）相似，說明Res分子進入了HP-β-CD的空腔，形成了包裹體[22]。

2.6 透射電子顯微鏡（TEM）

Res/PEG400/HP-β-CD的TEM圖見圖8。

圖7 紅外（IR）光譜圖

圖8 透射電子顯微鏡（TEM）圖

從圖8可知，視野內無白藜蘆醇的晶體析出物，與常規電子顯微鏡結果符合；無明顯參考文獻報道單獨的白藜蘆醇棒狀晶體存在[23]；羥丙基-β-環糊精包裹白藜蘆醇的包裹體在溶液中大小比較均勻，呈現30 nm左右的團聚體形式存在。羥丙基-β-環糊精對難溶活性物具有增溶效果，能與白藜蘆醇形成粒徑很小的包裹體，增加白藜蘆醇的水溶性和穩定性。

3 結論

為解決傳統工藝中綠色能源問題，本研究創新性地采用化妝品中常用的多元醇代替有機溶劑，首次采用多元醇稀釋法的操作工藝，將白藜蘆醇穩定高效地包裹于羥丙基-β-環糊精中，并進行表征。方法：按質量比1∶9∶8.55稱取Res、PEG400和HPβ-CD；Res與PEG400在室溫下攪拌10～15 min至完全透明后，待用；后將HP-β-CD溶于適量蒸餾水，再將上述制備的Res/PEG400緩慢加入其中，攪拌使之溶解后，即得透明Res/PEG400/HP-β-CD水溶液。結果表明：PD法制備的Res/PEG400/HPβ-CD水溶液穩定性良好，表征結果顯示Res被包含于HP-β-CD中。

本研究創新開發出的多元醇稀釋法（PD法）制備環糊精包裹白藜蘆醇的工藝相對于傳統的環糊精包裹方法，在后期無須通過蒸餾設備或者冷凍干燥等進行除去，具有無須使用有機溶劑的優點，很好地避免了有機溶劑殘留問題。同時，對多元醇稀釋法這一創新工藝的研究結果表明，新技術與傳統技術在環糊精的包封效率、穩定性、溶解度提升等方面，均保持一致。因此，對于化妝品生產企業來說，該工藝生產出來的半成品，可以直接應用于化妝品產品的生產。

本研究以白藜蘆醇為代表，同時也考察了四氫姜黃素、槲皮素、阿魏酸、視黃醇等溶解性差的活性物，相關研究正在進行中。