肉桂揮發油β-環糊精包合工藝優選及特征鑒別

陳海清，李后如，謝俊俊

1.江西省藥品檢查員中心，江西 南昌 330001；2.江西銀濤藥業有限公司，江西 撫州 344100

右歸膠囊處方中有多種含揮發油成分的中藥材，其中肉桂中的揮發油成分具有明顯藥理作用。但肉桂揮發油性質不穩定，遇光、熱等容易氧化分解，且有較強揮發性［1］，為保證揮發油穩定和相應制劑的療效，實際生產中多采用β-環糊精（β-CD）包合使其固化，最大限度地保留揮發油成分［2］。本研究通過正交試驗優選出最佳包合工藝條件，并對包合物進行特征鑒別，可為中藥類揮發油的β-CD包合工藝提供借鑒。

1 材料和儀器

1.1 材料

肉桂（亳州市尚品堂中藥飲片有限公司，批號：2104001），β-環糊精（安徽山河藥用輔料股份有限公司，批號：A21091206），本研究所用無水乙醇、甲醇等試劑均為分析純。

1.2 儀器

恒溫水浴鍋（上海力辰邦西儀器有限公司，型號：HH-4）；電子天平（常熟市雙杰測試儀器廠，型號：JJ300）；揮發油測定器（泰興市銘泰科教儀器設備有限公司）；紫外可見分光光度計（上海維科檢驗儀器有限公司，型號：UV-3226DC）；磁力攪拌器（江蘇金壇實驗室技術有限公司，型號：DJL-3352）。

2 方法和結果

2.1 包合物制備方法

根據日常生產經驗和預實驗結果，本研究采用飽和水溶液攪拌法制備肉桂揮發油包合物。精密稱量適量β-CD 置于無水干燥的錐形瓶中，加入兩倍量的純化水，將錐形瓶置于恒溫水浴鍋中，溫度控制在80 ℃，緩慢攪拌至溶解后形成飽和溶液，加入適量肉桂揮發油，保持適當溫度、攪拌速度和時間，制備完成后降至室溫，傾去上清液，過濾所得沉淀用少量水洗，室溫下減壓真空干燥即為揮發油包合物［3］。

2.2 包合效果評價指標

郭誠誠等［4］研究結果顯示，揮發油包合效果的最關鍵考察指標為揮發油包合率，包合率越高說明包合效果越好，但單純依靠揮發油包合率無法全面評價包合效果。包合物收得率是工藝穩定性、工業化生產的重要參考指標［5］，為此本研究選擇包合物收得率作為次要考察指標。根據國內外參考文獻和實驗考察結果，本研究將包合物收得率和揮發油包合率作為考察指標，兩者權重系數分別為0.3 和0.7。根據上述兩個考察指標水平和權重系數計算包合工藝總評分，總評分越高說明包合效果越好。空白回收率實驗操作為：精密量取1 mL 肉桂揮發油置于250 mL 容量瓶中，加入純化水定容至刻度，按照《中國藥典》2020 版四部通則2204 揮發油測定法（甲法）測定揮發油收集量，揮發油收集量占揮發油加入量即得，揮發油密度參考《中國藥典》2020 版四部通則0601 相對密度測定法，重復檢測三次取平均值［6］。具體計算方法見如下公式。

2.3 單因素考察

2.3.1 揮發油與β-CD 比例 精密量取5 份1 mL 肉桂揮發油分別置于5 個無水干燥的錐形瓶中，分別加入精密稱量的3 g、5 g、7 g、9 g、11 g 的β-CD，按照“2.1”項下方法制備包合物，并計算揮發油與不同質量β-CD 的包合工藝總評分。從表1 中可見，當投料比（揮發油與β-CD 比例）為1∶5 時總評分最高，因此選擇與1∶5 總評分相近的1∶7 和1∶9三個因素水平進行正交試驗。

2.3.2 包合溫度 精密量取5 份1 mL 肉桂揮發油分別置于5 個無水干燥的錐形瓶中，分別加入精密稱量的7 gβ-CD，按照“2.1”項下方法加入β-CD兩倍量的純化水，采用飽和水溶液攪拌法制備揮發油包合物，并計算不同包合溫度下的包合工藝總評分。從表1 中可見，當包合溫度為40 ℃時，包合工藝總評分最高，本研究選擇與包合溫度40 ℃總評分相近的35 ℃、45 ℃兩個因素水平進行正交試驗。

表1 不同單因素水平對包合效果的影響

2.3.3 包合時間 精密量取5 份1 mL 肉桂揮發油分別置于5 個無水干燥的錐形瓶中，分別加入精密稱量的7 gβ-CD，按照“2.1”項下方法加入β-CD兩倍量的純化水，采用飽和水溶液攪拌法制備揮發油包合物，并計算不同包合時間下的包合工藝總評分，從表1 中可見，當包合時間為80 min 時，包合工藝總評分最高，因此本研究選擇與80 min 相近的60 min、100 min 三個因素水平進行正交試驗。

2.4 正交試驗優化工藝

本研究考察的三個單因素分別為A（投料比）、B（包合溫度）、C（包合時間），通過計算不同包合工藝的總評分，判斷三個不同單因素水平對包合效果的影響，具體見表2。從表3 的L9（34）正交試驗結果可見，投料比是影響包合效果的主要因素，影響順次為A1＞A2＞A3；不同包合時間的影響次序為C2＞C3＞C1；不同包合溫度的影響次序為B2＞B1＞B3；根據不同包合工藝最終總評分可知，肉桂揮發油β-CD 包合物的最佳工藝條件為A1B2C2，即投料比1∶5，包合溫度40 ℃，包合時間80 min。方差分析可見投料比與包合溫度、包合時間比較，投料比對包合效果有顯著影響（P＜0.05），具體見表4。

表2 包合工藝正交試驗因素水平表

表3 揮發油包合工藝正交試驗結果

表4 包合工藝影響因素方差分析表

2.5 驗證試驗結果

根據正交試驗選定的最佳工藝條件，按照“2.1”項下的飽和水溶液攪拌法連續制備3 批次肉桂揮發油β-CD 包合物，并分別檢測3 批次包合物的揮發油包合率和包合物收得率，根據檢測結果計算包合工藝總評分。驗證試驗3 批次包合物的揮發油包合率、包合物收得率、總評分均與正交試驗各項評價指標的最大值接近，由此說明，正交試驗優選的最佳工藝重現性好、穩定可靠，具體驗證試驗結果見表5。

表5 優選包合工藝驗證結果

2.6 包合物特征鑒別

2.6.1 薄層色譜鑒別 分別制備4份樣品進行薄層色譜鑒別，4 份樣品分別為β-CD 飽和溶液（1 號）、肉桂揮發油（2 號）、肉桂揮發油β-CD 包合物（3 號）、包合物中提取的肉桂揮發油（4 號），薄層色譜板為硅膠G 薄層色譜板，顯色劑為0.1%二硝基苯肼乙醇溶液，展開劑為石油醚∶乙酸乙酯（19∶2），4 份樣品在同一薄層板上點樣。薄層色譜結果顯示，2 號樣品和4 號樣品在相同位置出現黃色斑點，兩份樣品的Rf 值基本一致，此結果說明包合過程沒有改變肉桂揮發油的化學性質；1 號樣品和3 號樣品在相同位置沒有出現黃色斑點，此結果說明肉桂揮發油已經被完全包合，包合物表面沒有殘留，同時證實肉桂揮發油與β-CD 并非簡單的物理混合，而是完全形成了包合物。

2.6.2 紫外特征鑒別 分別制備四份樣品進行紫外掃描特征鑒別，四份樣品分別為β-CD 乙醇溶液（1號）、肉桂揮發油乙醇溶液（2 號）、肉桂揮發油與β-CD 物理混合的乙醇溶液（3 號）、肉桂揮發油β-CD 包合物乙醇溶液（4 號），四份樣品均采用無水乙醇制備，四份樣品紫外掃描結果顯示，4 號樣品的最大吸收波長為307.8 nm，3 號樣品的最大吸收波長為303.7 nm，2 號樣品的最大吸收波長為300.4 nm，揮發油從物理混合至形成包合物的最大吸收波長紅移超過7 nm。

3 討論

肉桂中含有的揮發油是其發揮助陽祛寒、通脈溫腎功效的物質基礎，肉桂揮發油非常不穩定，長時間存放會出現質地黏稠和顏色加深，這主要源于揮發油的分解和氧化，為避免肉桂揮發油的揮發和氧化［7］，β-CD 包合技術是最有效、成本相對最低的方法。β-CD 的空間結構為環狀空腔低聚物，空腔是由7 個葡萄糖分子連接而成，葡萄糖分子之間以α-1，4-糖苷鍵相互連接，形成內部疏水、外部親水的中空環狀結構，內部疏水性質有利于包合揮發油類物質［8］，且β-CD 內部中空結構孔徑在0.8 nm 左右，被包合客分子能形成超微粒分散物，相應制劑的生物利用度和溶出速率也會提高［9］。β-CD 和被包合客分子之間借助范德華力形成穩定的包合物，兩者之間不會發生化學反應，整個包合過程完全屬于物理過程，被包合客分子的原有性質和藥理作用不會發生改變［10］，加上β-CD 本身無任何藥理活性作用和不良反應，因此β-CD 包合技術安全可靠。如果被包合客分子具有刺激性、不良氣味，β-CD 包合技術還能降低刺激性和不良反應，同時掩蓋客分子不良氣味和提高臨床服藥依從性［11］。β-CD 包合技術還能將揮發油類物質制備成固體粉末，有利于將液體藥物制備成固體制劑［12］。

肉桂揮發油包合工藝的早期研究方向主要集中在包合方法上，如研磨法、飽和水溶液法、超聲法等，不同包合方法各有優缺點，實際生產應用中應根據被包合客分子性質、設備條件等選擇合適的方法［13］。本研究選擇飽和水溶液法進行肉桂揮發油包合，重點研究了包合影響因素的參數，為選出不同單因素的最優水平，考察了不同單因素的3 個水平的揮發油包合率、包合物收得率和工藝總評分，通過比對上述3 個評價指標，最終選出的最佳包合工藝為A1B2C2。根據最佳工藝制備的3 批次包合物的揮發油包合率、包合物收得率、總評分均與正交試驗各項評價指標的最大值接近，驗證結果說明本研究正交試驗優選的工藝穩定可靠。為進一步驗證包合效果符合預期結果，本研究對包合物分別進行了紫外掃描和薄層色譜的特征鑒別，實驗說明揮發油被包合后并未發生性質改變，且肉桂揮發油被β-CD 完全包合，而不是簡單的物理混合，紫外掃描顯示空白揮發油、物理混合物及包合物的最大吸收波長均發生了紅移。綜上所述，本研究優化工藝制備的包合物出現了新的物相特征，且制備工藝穩定可靠。