響應面設計法優化制備祖卡木顆粒揮發油羥丙基-β環糊精包合物*

張艷軍，吳 靜

江蘇護理職業學院 藥學與中藥學院，淮安 223005

祖卡木顆粒是維吾爾醫藥中長期用于治療感冒等癥的傳統維藥，臨床用此沖劑治療感冒咳嗽、發熱無汗、咽喉腫痛、鼻塞流涕[1]。研究表明，祖卡木顆粒能明顯抑制炎性組織中PGE2、PGF1a 及TXB2的含量[2]，具有解熱、鎮痛、抗炎的作用[3]。祖卡木顆粒由山奈、睡蓮花、薄荷、大棗、洋甘菊等10 味藥組成，其中薄荷、山奈、洋甘菊3 味藥材含有揮發油，且揮發油具有明確的藥理作用，如薄荷油具有疏風、清熱的功效[4]，洋甘菊中的揮發油具有抗炎、抗病毒、抗過敏的作用[5]。由于揮發油成分容易揮發，在生產和儲存過程中容易流失，導致揮發油有效成分的含量受到影響，降低了藥效。

羥丙基-β 環糊精（HP-β-CD）是環糊精的衍生物，與環糊精相比，水溶性大大提高，與客體的結合常數提高，形成復合物的穩定性增加，對肌肉無刺激性，且溶血性大大降低[6]。該品是一種理想的增溶劑和藥物賦形劑，被廣泛應用于食品、醫藥、化妝品行業。因此采用羥丙基-β 環糊精將祖卡木顆粒的揮發油進行包合，以減低其揮發性，增加穩定性，并使揮發油固體粉末化，便于制成顆粒劑，提高療效。本試驗采用飽和水溶液法制備包合物，采用Box-behnken的中心組合進行實驗設計，利用響應面方法對建立的模型進行分析，以獲取最佳的制備工藝條件。

1 儀器與藥品、試劑

1.1 儀器

78-1 型磁力加熱攪拌器（金壇市恒豐儀器廠）；FA1004N 型電子天平（上海精密科學儀器有限公司）；DZG6020 真空干燥箱（上海森信試驗儀器有限公司）；DWT-TW 型調溫電熱套、SHB-Ⅲ水循環真空泵（鄭州長城科工貿有限公司）。

1.2 藥品與試劑

羥丙基-β 環糊精（江蘇豐園生物技術有限公司）；祖卡木顆粒揮發油（新疆維吾爾藥業有限責任公司）；試劑均為分析純；水為蒸餾水。

2 方法與結果

2.1 包合物的制備

2.1.1 采用飽和水溶液法制備包合物 取一定量的羥丙基-β 環糊精，加入適量的蒸餾水，適宜溫度下制成飽和溶液。取一定量揮發油緩慢均勻滴加到羥丙基-β 環糊精飽和溶液中，在所需溫度下恒溫攪拌一定時間后，靜置于冰箱5 ℃冷藏24 h，抽濾，用石油醚洗滌3 次，40 ℃真空干燥8 h 即得包合物。

2.1.2 揮發油包合率、收得率的測定 按照《中國藥典》2015年版四部通則（0601）比重瓶法[7]測定揮發油相對密度為0.964 2；而揮發油含量的測定按照《中國藥典》2015年版四部通則（2204）揮發油測定方法甲法[8]。精密稱取一定量的包合物，置裝有沸石的圓底燒瓶中，加適量的蒸餾水，連接揮發油測定器，煮沸5 h，至測定器中油量不再增加，停止加熱，放置片刻，開啟測定器下端的活塞，將水緩緩放出，至油層上端到達刻度0 線上面5mm 處為止。放置1h以上，再開啟活塞使油層下降至其上端恰與刻度0線平齊，讀取揮發油量，按下式計算：

2.1.3 包合工藝的綜合評價指標 包合率是衡量包合效果的重要指標，包合率越高，揮發油的包合效果越好，穩定性越高，故權重系數定為0.7。收得率在實際生產中具有重要意義，故權重系數定為0.3。

2.2 包合物的制備工藝優化

2.2.1 響應面實驗設計與結果 根據包合物的制備工藝特點和預實驗，選擇對包合效果影響較大的三個因素作為考察因素，即羥丙基-β 環糊精與揮發油的料油比（A）、攪拌溫度（B）、攪拌時間（C），各因素選取三水平進行考察，以包合率與收得率綜合評分為評價指標，按照Box-behnken 中心組合設計原理進行實驗設計。因素及水平表見表1；響應面分析方案及結果見表2。

表1 Box-behnken 中心組合設計的因素水平表

2.2.2 回歸模型有效性及顯著性分析 用Design-Expert.V8.0.6 軟件對表2 響應面分析結果實施回歸擬合，同時對回歸模型作方差分析，結果見表3。

由表3 可知，模型的P 值小于0.000 1，說明回歸模型極顯著，失擬項不顯著，說明回歸方程擬合較好。模型的R2=0.996 1，R2Adj=0.991 1，可以較好地說明A、B、C 三個因素對包合率的影響。再者，方程中的一次項A、B、C 及二次項AB、AC 均對方程影響有極顯著統計學意義，說明自變量與響應值之間不是簡單的線性關系。另外，通過F 值可以推測影響包合工藝的因素主次順序為：A＞C＞B，即料油比＞攪拌時間＞攪拌溫度。失擬項用來表示所用模型與實驗擬合的程度，P 值為0.114 8 ＞0.05，無失擬因素存在，因此可用該回歸方程代替實驗真實點對實驗結果進行分析。

表2 響應面分析方案及結果

表3 回歸模型方差分析結果

通過Design-Expert.V8.0.6 軟件對實驗數據進行回歸擬合，得到包合率與收得率綜合評分和A、B、C 的二次多元回歸方程為Y=86.20-2.37A-0.55B -1.56C -1.25AB -0.85AC -0.63BC -5.82A2-3.31B2-1.84C2。

2.2.3 響應面分析結果 根據回歸方程，可以繪出A、B、C 三個因素兩兩交互作用的響應面分析圖和等高線圖。從兩圖中可直觀看出，各因素對響應值的影響，響應面的最高點對應的影響因素取值可判斷為最佳條件[9]，另外，兩因素間交互作用越顯著，其等高線圖形越接近于橢圓形，反之越接近于圓形。

由圖1 可知，攪拌溫度與料油比對包合效果的交互作用顯著，從等高線圖可以看出，沿料油比向峰值移動，等高線密度高于沿攪拌溫度移動的密度，表明料油比對包合效果的影響比攪拌溫度更為顯著，這與方差分析的結果一致。

圖1 攪拌溫度與料油比

由圖2 可知，攪拌時間與料油比的等高線圖形為橢圓形，表明攪拌時間與料油比對包合效果的交互作用非常顯著，從等高線圖可以看出，沿料液比向峰值移動，等高線密度高于沿攪拌時間移動的密度，表明料液比對包合效果的影響比攪拌時間更為顯著，這與方差分析的結果一致。

圖2 攪拌時間與料油比

由圖3 可知，攪拌時間與攪拌溫度的等高線圖形接近橢圓形，表明攪拌時間與攪拌溫度對包合效果的交互作用顯著，從等高線圖可以看出，沿攪拌時間向峰值移動，等高線密度高于沿攪拌溫度移動的密度，表明攪拌時間對包合效果的影響比攪拌溫度更為顯著，這與方差分析的結果一致。

圖3 攪拌時間與攪拌溫度

2.3 驗證試驗

利用響應面軟件對所得的二次回歸方程進行分析，得到祖卡木顆粒揮發油包合物制備的最佳工藝：料油比為8.6∶1；攪拌溫度為40 ℃；攪拌時間為128 min。基于上述條件得到包合效果理論綜合得分為86.70%。最終將工藝修正為料油比為9∶1；攪拌溫度為40 ℃；攪拌時間為130 min。按照此條件進行驗證試驗，得到包合物的收得率為86.67%±0.36%，包合率為86.52%±0.48%，綜合得分為86.40%±0.32%，與理論預測值（86.70%）相差0.30%，說明該優化響應面模型有效，可靠性好，能夠為祖卡木顆粒揮發油包合物制備工藝提供指導和幫助。

2.4 包合物穩定性考察

2.4.1 光穩定性考察 分別精密稱取適量祖卡木顆粒揮發油羥丙基-β 環糊精包合物和按比例混合的揮發油與羥丙基-β 環糊精混合物各3 份，在照度4 500 Lx 下放置10 天，于第0、3、5、10 天取樣，測定揮發油的含量，計算其保留率，結果見圖4。隨著光照時間的延長，包合物的揮發油含量呈逐漸下降的趨勢；但與混合物相比，包合物的揮發油含量降低速度緩慢。由此可見，包合物對光的穩定性顯著增加。

圖4 光穩定性試驗結果

2.4.2 熱穩定性考察 精密稱取適量祖卡木顆粒揮發油羥丙基-β 環糊精包合物和按比例的揮發油與羥丙基-β 環糊精的混合物各3 份，于60 ℃恒溫干燥箱放置10 天，分別于第0、3、5、10 天取樣，測定揮發油的含量，計算揮發油保留率，結果見圖5。在60 ℃溫度下，兩者揮發油的含量在第3、5、10 天均有所下降，包合物下降速度緩慢；而混合物下降速度較明顯。由此可見，包合物的熱穩定性明顯優于混合物。

圖5 熱穩定性試驗結果

2.4.3 濕穩定性考察 精密稱取適量祖卡木顆粒揮發油羥丙基-β 環糊精包合物和按比例的揮發油與羥丙基-β 環糊精的混合物各3 份，置于25 ℃、相對濕度92.5%（KNO3飽和溶液）條件下放置10 天，分別于第0、3、5、10 天取樣，測定揮發油的含量，計算揮發油保留率，結果見圖6。兩者揮發油含量在第3、5、10 天的含量均有所下降；但混合物下降較明顯。結果表明，包合物可以提高揮發油的濕穩定性。

圖6 濕穩定性試驗結果

3 討論

本實驗以羥丙基-β 環糊精為包合材料，對祖卡木顆粒揮發油進行包合，以A、B、C 三個因素為考察項目，以包合率與收得率綜合評分為評價指標，進行Box-behnken 實驗設計，采用響應面法對制備工藝進行優化，得到最佳包合工藝：料油比9∶1；攪拌溫度40 ℃；攪拌時間130 min。在此條件下，包合效果綜合評價的實際值與響應面法優化得到的理論值比較接近。此外，對包合物的熱穩定性、光穩定性、濕穩定性進行了考察，結果表明，揮發油經包合后，液態變成固體，避免了揮發，提高了揮發油的穩定性。同時，羥丙基-β 環糊精立體結構外部有多個親水性的醇羥基，增大了在水中的溶解度和溶解速率，從而提高了生物利用度。還解決了祖卡木顆粒中揮發油不穩定的缺點，保證祖卡木顆粒的藥效[10]。