響應面法優化辣椒堿β—環糊精包合物制備工藝

王華　王瑩　王翼　詹長娟　徐偉　喬慧

摘要：利用飽和水溶液法制備辣椒堿β-環糊精包合物，以包合率和包合物產率為評價指標，通過對包合溫度、包合時間及配料比的考察，以響應面法優選最佳工藝條件。結果表明，辣椒堿β-環糊精包合物的最佳包合條件為包合溫度50℃，包合時間為3 h，配料比為1：1（摩爾比），此時包合物平均產率為53.97%，平均包合率為52.51%。采用響應面法可優化辣椒堿B一環糊精包合物的制備工藝，為辣椒堿藥物制劑的研發提供借鑒。

關鍵詞：辣椒堿；β-環糊精；包合物；響應面法

辣椒堿是從辣椒屬植物中提取得到的一種天然生物堿，是辣椒中能引起辛辣味的主要成分。辣椒堿在食品、醫療、農藥、化工涂料及軍事等領域均有應用。由于辣椒堿具有多種生理活性，在臨床上已被用于神經性疼痛、帶狀皰疹神經痛、骨骼肌慢性痛、神經性膀胱功能障礙、手術后惡心、手術后咽喉痛等疾病的治療。研究表明，辣椒堿對減重、多種癌癥（胰腺癌、前列腺癌、胃癌、結腸癌、乳腺癌、肺癌、肝細胞癌等）、心血管及胃腸道保護均有顯著影響。由于辣椒堿在水中的溶解性差、刺激性大且首過效應明顯，將辣椒堿制備成不同的劑型以降低其副作用、減少刺激性、改變給藥途徑、方便患者使用等成為近年來研究的熱點。本試驗利用飽和水溶液法制備辣椒堿β-環糊精包合物，以包合率和包合物產率為評價指標，通過對包合溫度、時間及配料比的考察，以響應面法優選其最佳工藝條件，以期對辣椒堿的制劑研究提供參考。

1.材料與方法

1.1試驗材料、試劑及儀器

辣椒堿（廣州五味源生物科技有限公司，純度≥98%）：甲醇（分析純，無錫市佳妮化工有限公司）；β-環糊精（國藥集團化學試劑有限公司）。

UV-2450型紫外分光光度計（日本島津公司）：AL 104型電子天平（梅特勒-托利多國際股份有限公司）：HH-1型數顯恒溫水浴鍋（金壇市杰瑞爾電器有限公司）：KH-400KDV型高功率數控超聲波清洗儀（昆山禾創超聲儀器有限公司）：TJ270-30A型紅外分光光度計（天津市拓普儀器有限公司）。

1.2方法與步驟

1.2.1辣椒堿測定波長的選擇 稱取0.04 g辣椒堿于10mL容量瓶中，用甲醇將其溶解并定容，移取0.1 mL該溶液于10 mL容量瓶中用甲醇定容，配成終濃度為0.04 mg/mL的辣椒堿甲醇溶液，以甲醇作為空白對照，在200-400 nm的波長范圍內進行紫外光譜掃描，其在230 nm和280 nm處有較大吸收，因考慮到230 nm處有末端吸收，所以選擇280 nm為辣椒堿的測定波長。

1.2.2辣椒堿標準曲線的制備與方法學研究

1）標準曲線的制備：稱取0.02 g辣椒堿于50 mL容量瓶中，用甲醇溶解并定容，得到貯備液。分別移取該貯備液0.4、0.6、0.8、1.0、1.2、1.4 mL到10 mL容量瓶中，用甲醇定容。以甲醇為空白對照，在280 nm處測定上述溶液的吸光度，平行測定3次。以吸光度（A）對質量濃度（c）線性回歸得到標準曲線，曲線方程為A=0.14C+0.004 7，R2=0.999 4，線性范圍為16-56ug/mL。

2）精密度試驗：分別配制濃度為24、40、56ug/mL的辣椒堿甲醇溶液，進行日內和日間精密度測定，以甲醇為空白對照，在280 nm波長處測定吸光度，計算實際濃度，日內精密度每隔2 h測定一次，連續測3次，日間精密度連續測定3 d。

日內精密度RSD分別為1.10%、1.05%和1.53%，日間精密度RSD分別為0.79%、1.10%和1.46%，均小于2.00%，表明該測定方法的精密度良好。

3）穩定性試驗：配置40 ug/mL的辣椒堿甲醇溶液，室溫下放置0、2、4、6、8、10 h，以甲醇為空白對照，在280 nm處測定其吸光度，RSD為0.31%，小于2.00%，表明辣椒堿甲醇溶液在室溫條件下放置10 h內穩定。

4）回收率的測定：精密稱取已知含量的辣椒堿B-CD包合物4 mg，共9份，分成3組，置于10 mL容量瓶中，分別加入0.4 mg/mL的辣椒堿儲備液1.2、1.6、2.0 mL，加甲醇振蕩溶解至刻度線，再吸取上述溶液0.4mL置于10mL容量瓶中，加甲醇稀釋至刻度，以甲醇為空白對照，在280 nm處測定吸光度，測得平均加樣回收率為98.09%（95.00%<98.09%<105.00%），RSD為0.88%（<2.00%）。

1.2.3飽和水溶液法制備包合物 稱取足量的B-CD于150mL具塞錐形瓶中，加入20mL的蒸餾水，將其放入恒溫振蕩器中加熱振蕩，使B-CD充分溶解，過濾，制成B-CD飽和溶液，另外稱取適量辣椒堿于150 mL具塞錐形瓶中，用適量甲醇溶解，將B-CD飽和溶液緩慢加入到辣椒堿的甲醇溶液中，邊加邊振蕩，使溶液保持澄清，滴加完畢，將該溶液放入恒溫振蕩器中，2 h后取出，冷卻，冰箱冷藏24h，抽濾，于烘箱中干燥后即得辣椒堿B-CD包合物。

1.2.4包合物產率及包合率的測定 包合物產率的測定：將烘干后的包合物稱重，得到最終包合物質量，按以下公式計算包合物產率：

包合物產率=包合物的質量/（投入的辣椒堿質量+投入的B-CD質量）×100%

包合率的測定：稱取0.1 g包合物于10mL容量瓶中，加入適量甲醇，于超聲儀中超聲溶解，定容至10 mL，于280 nm處測定吸光度，按辣椒堿標準曲線及以下公式計算包合率：

包合率=包合物中辣椒堿質量/投入的辣椒堿質量×100%

1.2.5辣椒堿B-環糊精包合物的表征與鑒定 采用KBr壓片法，將B-CD、辣椒堿、辣椒堿和B-CD的混合物（1：1的摩爾比）以及辣椒堿B-CD包合物（1：1的摩爾比）的固體粉末分別在4 000～400 cm紅外光譜下掃描。

1.2.6響應面優化試驗設計 根據預試驗結果，選擇包合溫度、包合時間以及B-CD與辣椒堿的配料比（摩爾比，下同）作為研究參數，分別以A、B、C表示，以包合率及包合物產率為響應值（Y1、Y2），采用Box-Benhnken試驗設計法對辣椒堿B-CD包合物的制備工藝進行優化，分析因素及水平編碼見表1。

2.結果與分析

2.1辣椒堿B-環糊精包合物的制備工藝

2.1.1響應面優化試驗結果 以包合溫度、包合時間以及B-CD與辣椒堿的配料比為因素，以包合率及包合物產率為響應值（Y1、Y2），采用BoxBenhnken試驗設計法對辣椒堿B-CD包合物的制備工藝進行優化，試驗方案及結果見表2。對表2中的包合率和包合物產率進行多元回歸擬合，獲得包合率對編碼自變量（包合時間、包合溫度、配料比）的二次多項回歸方程為：Y1=52.51+0.15A-0.049B+0.085C+0.032AB+0.38AC+0.26BC-3.90A²-2.49B²2.87C²。包合物產率的二次多項回歸方程為：Y2=53.96+0.5A-0.13B-0.046C-0.05AB+0.13A C+0.21BC-3.28A²-2.62B²-2.37C²。

包合率及包合物產率二次多項回歸模型方差分析結果見表3和表4。由表3和表4可以看出，辣椒堿B-CD包合物制備的模型中A2、B2、C2二次項對試驗結果的影響極顯著（P<0.001）。回歸模型的相關系數R2=111.26/114.72=96.98%，方差分析數據說明該回歸方程對實際情況擬合較好。

2.1.2辣椒堿包合物產率及包合率的響應面分析包合溫度、包合時間以及B-CD與辣椒堿的配料比三因素對辣椒堿包合物產率及包合率的交互影響的三維曲面圖如圖1、圖2、圖3所示。由各因素交互影響的三維曲面圖分析可得，3個響應曲面圖均為開口向下的凸形曲面，響應值Y1、Y2隨著每個因素變化而變化。比較3個不同的因素對響應值Y1、Y2的影響，包合溫度對試驗結果的影響較顯著，其次是包合時間和配料比，與方差分析結果一致。

通過軟件分析最佳包合條件為包合溫度50.46℃，包合時間2.98 h，配料比1：1，得到理論包合率為52.506 6%，包合物的產率為53.973 0%。根據試驗條件對擬合的參數進行優化，得到包合溫度為50℃，包合時間為3 h，配料比為1：1。

2.1.3模型驗證試驗 考慮到儀器條件及試驗操作的可控性，對上述最佳試驗條件進行適當的修正，包合溫度為51℃，包合時間為3 h，配料比為1：1時，進行3組平行試驗，實際測得的辣椒堿包合物的平均產率及包合率分別為52.51%、53.93%，與理論值較為接近。

2.2紅外光譜法驗證包合物

從圖4中可以看出，辣椒堿在3 503、3 274、1 272、808 cm^-1等處都有吸收峰；B-CD在3 379 cm^-1處有一寬峰，在1 635、1 466、941、752 cm^-1等處有吸收峰；在包合物中，辣椒堿在3503、3274、808 cm-1等處的吸收峰消失，與混合物及B-CD的紅外光譜圖比較，辣椒堿與B-CD已形成包合物。

3.小結

本研究通過Design Expert軟件，將響應面法應用到辣椒堿B-環糊精包合物的制備工藝中。優化后的包合工藝參數為包合溫度51℃，包合時間3 h，配料比1：1，在此條件下，辣椒堿包合物的平均產率及平均包合率分別為52.51%、53.93%。經紅外光譜法鑒定，成功制備了辣椒堿B-環糊精包合物，提高了辣椒堿的水溶性，為辣椒堿新劑型的開發及應用提供了參考。