溶劑對大麻二酚廣譜油溶解性和抗聚并穩定性的影響

馬永強

唐可欣1

王 鑫1

羅 鈺1

彭 禹2

(1. 哈爾濱商業大學，黑龍江 哈爾濱 150028; 2. 哈爾濱漢博科技開發有限公司，黑龍江 哈爾濱 150028)

大麻二酚(CBD)，幾乎不溶于水，具有保護神經、抗痙攣、抗焦慮等多種生物活性功能[1-3]，食用含有CBD的食品能夠給人帶來愉悅感[4]。CBD廣譜油是一種將全譜油CBD中的致幻成分四氫大麻酚(THC)經過特別工藝去除后的油狀物質，常溫下為固態。CBD廣譜油的成分主要為CBD，占CBD廣譜油含量的56%；其次為大麻萜酚(CBG)和大麻環萜酚(CBC)，分別占CBD廣譜油含量的24%和20%。

中國對于CBD研究偏向于其功效[5]、提取[6]和檢測[7]方面，而在如何克服CBD疏水性從而拓寬其應用范圍方面的研究有所欠缺，對CBD溶解性方面的研究尚未見報道。國外在增強CBD溶解性方面的研究偏向于藥用治療領域，通過創建自乳化藥物遞送系統、制備改進的晶體制劑和其他固態遞送制劑等潛在途徑以提高CBD的溶解性和生物利用率[8]，但在篩選合適的食品級溶劑來提高CBD溶解度方面的研究鮮有報道。Nathan等[9]通過對CBD環糊精制劑進行冷凍干燥、噴霧干燥處理和對CBD介孔二氧化硅制劑進行亞臨界CO2浸漬處理后，顯著增加了CBD的水溶性。Helene等[10]以超臨界二氧化碳為溶劑，在315，326，334 K的溫度下測定了CBD的溶解度，溶解度數據使用Peng-Robinson狀態方程結合Van der Waals方程進行關聯，計算結果與試驗數據之間的偏差范圍為0.81%～6.35%。

由于CBD廣譜油的疏水性，無法將其直接加入到食品中，因此選擇合適的溶劑將其溶解并使溶液處于穩定狀態尤為重要。研究擬選用常應用于食品中的表面活性劑辛癸酸甘油酯(CCT)、大豆磷脂、蔗糖酯、甘油及1,2-丙二醇作為溶劑，利用其具有固定的親水親油基團且在溶液表面能定向排列的特點來溶解CBD廣譜油，通過對廣譜油在不同溶劑中溶解性的研究，篩選出溶解度最高的溶劑。在此廣譜油—溶劑體系中，利用Apelblat模型對試驗數據進行關聯，并進行抗聚并穩定性質的研究，以克服CBD廣譜油疏水性和因油脂聚并導致穩定性差的缺點，以期為CBD在食品中的應用研究如CBD口服液的制備、CBD保健品的開發和CBD微膠囊的制備提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

1.1.1 材料與試劑

CBD廣譜油：武漢中昌國標物科技有限公司；

辛癸酸甘油酯(純度≥98%)、甘油(純度≥97%)、1,2-丙二醇(純度≥97%)：上海麥克林生化科技有限公司；

大豆磷脂(純度≥97%)、蔗糖酯(純度≥97%)、吐溫20(純度90%)、吐溫40(純度90%)、吐溫80(純度90%)、辣椒紅素(純度60%)：浙江一諾生物科技有限公司。

1.1.2 主要儀器設備

紫外/可見分光光度計：721S-50型，上海元析儀器有限公司；

數控超聲波清洗器：KQ-250DE型，昆山市超聲儀器有限公司；

電熱恒溫水浴鍋：HWS-26型，濟南啟科儀器設備有限公司；

旋轉流變儀：Haake Rheo Stress 6000型，美國Thermo Fisher Scientific公司；

磁力攪拌器：HJ-8A型，武漢科爾儀器有限公司；

激光粒度測定儀：Zetasizer NanoZS90型，英國Malvern公司。

1.2 方法

1.2.1 溶劑初步篩選 分別取10 mL辛癸酸甘油酯、大豆磷脂、蔗糖酯、1,2-丙二醇、甘油加入1 g CBD廣譜油，在60 ℃、超聲功率80 W下輔助溶解1 min，通過觀察溶液的外觀初步判定所選用溶劑的溶解性。

1.2.2 CBD方譜油溶解度測定 紫外分光光度法[11]。

(1) 溶液的制備：取1.2.1中初步判定溶解性較好的溶劑10 mL置于小燒杯中備用，精密稱取1.5 g CBD廣譜油加入其中，在60 ℃、超聲功率80 W下輔助溶解1 min， 得到CBD廣譜油樣品溶液，備用。

(2) 最大吸收波長的確定及標曲繪制：根據文獻[12]的方法并修改，精密移取2 mL CBD廣譜油樣品溶液于5 mL 容量瓶，用溶劑定容，在60 ℃、功率為80 W下超聲輔助溶解1 min，200～1 000 nm范圍內進行掃描，確定最大吸收波長。配置質量濃度為50，100，150，200，250 mg/mL 的CBD廣譜油樣品溶液。在60 ℃、功率為80 W下超聲輔助溶解1 min，于最大吸收波長處測定吸光度，以溶液質量濃度為橫坐標，吸光度為縱坐標繪制標準曲線。

(3) 溶解度測定：根據文獻[13]修改如下：取10 mL溶劑于小燒杯中，將燒杯置于恒溫水浴鍋內，在設置的溫度(313，323，333，343，353，363 K)下分批加入少量(≤0.02 g)CBD廣譜油，并同時進行磁力攪拌，直至某批次加入固體攪拌2 h后仍未完全溶解，超聲3 h直至樣品不再溶解，靜置，則認為溶液達到飽和。測定最大吸收波長處吸光度，將其代入標準曲線得出溶解度。

1.2.3 CBD廣譜油相對分子質量測定 按式(1)估算CBD廣譜油的相對分子質量[14]。

M=MaPa+MbPb+McPc，

(1)

式中：

Ma——CBD的相對分子質量；

Pa——對應CBD的相對含量，%；

Mb——CBG的相對分子質量；

Pb——對應CBG的相對含量，%；

Mc——CBC的相對分子質量；

Pc——對應CBC的相對含量，%。

1.2.4 CBD廣譜油摩爾溶解度測定 按式(2)計算CBD廣譜油在CCT中的摩爾溶解度。

XRA=(m1/M1)/(m1/M1+m2/M2)，

(2)

式中：

XRA——CBD廣譜油在CCT中的摩爾溶解度，mol/kg；

m1——飽和溶液中溶質的質量，g；

m2——飽和溶液中溶劑的質量，g；

M1——飽和溶液中溶質的相對分子質量(M1等于CBD、CBG和CBC的相對分子質量之和)；

M2——飽和溶液中溶劑的相對分子質量。

1.2.5 溶解度數學模型 Apelblat溶解度方程建立在理想溶液平衡方程的基礎之上，由Clausius-Clapeyron方程推導出來的簡化方程[式(3)]，應用于溶解度的數據關聯[15-16]。利用相對偏差(RD)[式(4)]、平均相對偏差(ARD)[式(5)]及均方差(RSMD)[式(6)]來評估模型計算值與試驗值之間的偏差。

lnXRA=A+B/T+ClnT，

(3)

式中：

A、B、C——經驗常數；

XRA——摩爾溶解度，mol/kg；

T——溫度，K。

(4)

(5)

(6)

式中：

Xi，MOD——模型計算值；

Xi，EXP——試驗值。

1.2.6 CBD-CCT抗聚并穩定性 分別配置質量濃度為130，140，150，160，170，180 mg/mL的CBD-CCT樣品溶液，準確稱取少量的辣椒紅素于樣品溶液中，保證辣椒紅素的質量分數為2.0%，待辣椒紅素溶解后，于室溫下用移液管分別吸取5 mL的CBD-CCT樣品溶液，注入100 mL 超純水中，觀察0.0，0.5，1.0，1.5，2.0，2.5，3.0 min時水面油滴的聚并情況，采用肉眼計數法記錄不同時間下直徑≤5.5 mm的游離油滴數量[17]。向抗聚并穩定性最好的樣品溶液中分別加入體積分數為5%的不同分散劑(吐溫20、吐溫40、吐溫80)，探究相同濃度下不同分散劑對CBD廣譜油聚并的影響；選出最優分散劑，添加體積分數1%，2%，5%，10%，15%的最優分散劑，探究相同分散劑在不同體積分數下對CBD廣譜油聚并的影響。

1.2.7 數據處理 利用Origin 2018進行繪圖及Apelblat模型試驗數據的擬合。

2 結果與分析

2.1 溶劑初步篩選結果

通過觀察溶解CBD廣譜油后溶液的外觀，初步判定溶解性較好的溶劑為辛癸酸甘油酯和1,2-丙二醇，如表1所示。

表1 CBD廣譜油溶于不同溶劑的初步篩選Table 1 Preliminary screening of CBD broad spectrum oil soluble in different solvents

2.2 最大吸收波長及標曲

結果表明，CBD-CCT和CBD-1,2-丙二醇這兩種溶液體系的最大吸收波長均為210～232 nm，取中間值220 nm 作為最大吸收波長。

圖1 CBD廣譜油在2種溶劑中的標準曲線Figure 1 Standard curve of CBD broad spectrum oil in two solvents

2.3 溫度對溶劑溶解度的影響

由表2可知，隨著溫度升高，CBD廣譜油在2 種溶劑中的溶解度逐漸增大，353 K時達最大，溫度高于353 K后，溶解度不再增加。在353 K時，CBD廣譜油在CCT中的溶解度較313 K時的增大了近1.66倍，且在相同溫度下，CBD廣譜油在CCT中的溶解度高于1,2-丙二醇中的，因此，選擇CCT作為最終溶劑進行后續試驗。

表2 不同溫度下CBD廣譜油在2種溶劑中的溶解度Table 2 Solubility of CBD broad spectrum oil in two solvents at different temperatures

2.4 CBD廣譜油相對分子質量和摩爾溶解度

根據式(1)求得CBD廣譜油的相對分子質量為314.77。

不同溫度下，CBD廣譜油在CCT中的摩爾溶解度XRA數據結果見表3。

表3 不同溫度下CBD廣譜油在CCT中的摩爾溶解度Table 3 Molar solubility of CBD broad spectrum oil in CCT at different temperatures

結果表明，在313～353 K范圍內，CBD廣譜油的摩爾溶解度具有很高的溫度敏感性，即隨著溫度的升高，CBD廣譜油在CCT中的摩爾溶解度逐漸增大。

2.5 Apelblat模型關聯數據

溫度為313～353 K時，CBD廣譜油在CCT中摩爾溶解度的試驗值、模型計算值及試驗值與模型計算值之間的偏差結果見表4。

結果表明，該模型能夠很好地關聯不同溫度下CBD廣譜油在辛癸酸甘油酯中的摩爾溶解度數據，且R2在0.98 以上， RD小于2.78%， RSMD為4.1×10-3，證明Apelblat模型與CBD廣譜油在CCT中的溶解特性有較好的相關性[18]，后續可根據模型直接得出不同溫度下CBD廣譜油在CCT中的溶解度數據。

表4 CBD廣譜油在CCT中溶解度的試驗值與模型值對比

2.6 CBD廣譜油-CCT抗聚并穩定性研究

2.6.1 CBD-CCT質量濃度對油脂抗聚并的影響 由圖2可知，當CBD-CCT質量濃度為170～180 mg/mL

圖2 CBD-CCT質量濃度對水中油滴個數的影響Figure 2 Effect of mass concentration of CBD-CCT onthe number of oil droplets in water

時，油滴的數量隨CBD-CCT質量濃度的減少而增多。當CBD-CCT質量濃度為170 mg/mL時，油滴數量達到最大。當CBD-CCT質量濃度<170 mg/mL時，油滴數量隨CBD-CCT質量濃度減少而減少。綜上，CBD-CCT質量濃度為170 mg/mL時，油滴抗聚并穩定性更好，體系溶解性呈最穩定的狀態。

2.6.2 分散劑對油脂抗聚并的影響 由圖3可知，加入分散劑的CBD-CCT較未加入分散劑的油滴數量均有所增加，說明分散劑有助于增強油滴間的抗聚并穩定性，可能是非離子表面活性劑吐溫的加入降低了油—水間的表面張力，界面的能量減少使油滴能更穩定地存在于體系中[19-20]。相比吐溫20和吐溫40，加入吐溫80后CBD-CCT在水中的油滴數量最多，體系呈更加穩定的狀態。因此，選擇吐溫80作為最佳分散劑。

圖3 分散劑對CBD-CCT在水中油滴個數的影響Figure 3 Effect of different dispersants on the numberof oil drops of CBD-CCT in water

2.6.3 吐溫80體積分數對油脂抗聚并的影響 由圖4可知，當吐溫80體積分數<10%時，隨吐溫80體積分數的增加，油滴數量增加，油滴的抗聚并穩定性增強。當吐溫80體積分數>10%時，隨吐溫80體積分數的增加，油滴數量減少，油滴的抗聚并穩定性反而減弱，可能是因為體系中膠束數量逐漸達到極限，膠束間互相靠近到一定程度時，各自界面上的擴散電層發生重疊，膠束間的靜電斥力增加，加速油滴聚并[21-22]。綜上，吐溫80體積分數為10%時， CBD-CCT體系抗聚并效果最好，溶液相對穩定。

圖4 吐溫80體積分數對CBD-CCT在水中油滴個數的影響

3 結論

通過溶劑極性、溶解CBD廣譜油后溶液的外觀得到溶解性較好的2種溶劑——辛癸酸甘油酯(CCT)和1,2-丙二醇，相同溫度下，溶解度最高的溶劑為CCT。在CBD-CCT下，摩爾溶解度和溫度之間符合Apelblat模型，模型的相關系數(R2)在0.98以上，相對偏差(RD)小于2.78%，均方根誤差(RSMD)為4.1×10-3。CBD-CCT質量濃度為170 mg/mL并在其中加入體積分數為10%的吐溫80分散劑時，抗聚并穩定性最好，說明CBD在CCT中溶解度高且能夠很好地處于穩定狀態。在已有的CBD功效、提取及檢測方面研究的基礎上篩選合適的溶劑溶解CBD廣譜油，雖拓寬了CBD應用范圍，但研究未將CBD-CCT應用于食品中，在實踐性方面有所欠缺，食品加工過程中添加劑的加入可能會對CBD在CCT中的溶解度產生影響，需進一步研究。