响应曲面法优化丁香油聚β-环糊精微球的制备研究*

杨黎燕，杨礼诚，杨礼铭，余丽丽

(1.西安医学院 药学院，陕西 西安 710021；2.西安高新唐南中学高中部，陕西 西安 710075)

丁香油(Clove oil)系由丁香的茎叶经水蒸气蒸馏、加工制得的挥发油，具有特殊芳香气味，且能提神、抑菌、祛风等[1]。但丁香油不稳定，致使进一步的开发受到限制。目前把丁香油作为芯材，进行吸附包埋的研究报道较多，其中吸附包埋的基质以β-环糊精和淀粉微球为最多[2-4]，但持香效果并不特别理想。β-环糊精(β-CD)经高分子化后内部结构疏松成蜂窝状，具有交联三维网状结构，增强了β-环糊精空穴的疏水性，促进了包合作用的进行，作为药物载体，可有效地应用于药物控制释放[5]。作者研究以β-环糊精聚合物微球包合物(β-CDP)微球吸附包载丁香油，可以提高丁香油稳定性，具有缓释性。

响应曲面法(Response Surface Methodology，RSM)是一种通过对过程的回归拟合，对响应曲面、等高线的绘制，对反应条件进行优化的实验统计方法[6]，已广泛应用于化学化工、食品、生物技术等领域[7-8]。作者采用饱和水溶液法制备丁香油β-CDP微球包合物，通过响应曲面法研究了丁香油β-CDP微球的制备工艺，旨在为β-CDP微球成为较好固体香精载体材料提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

β-CDP微球：自制；丁香油：中国医药集团上海化学试剂公司；环氧氯丙烷：天津博迪化工股份有限公司；Span80：天津化学试剂有限公司；Tween20：天津市科密欧化学试剂有限公司；盐酸：广州化学试剂厂；无水乙醇：天津市河东区红岩试剂厂；丙酮：利安隆博华医药化学有限公司；所有试剂均为分析纯。煤油：市售；实验用水为蒸馏水。

85-2磁力加热搅拌器：上海浦东物理光学仪器厂；DZF-6050真空干燥箱：上海琅玕实验设备有限公司；挥发油提取器：津南玻璃仪器仪表厂；JJ-1电动搅拌器：江苏金坛市正基仪器有限公司；VECTOR-22傅里叶红外光谱仪：德国BRUKER公司；JSM-6460扫描电镜：日本电子公司；XSP-XSZ光学显微镜：北京泰克仪器有限公司；HH-WO-501恒温水浴锅：江苏省金坛市医疗仪器厂；TDL-40B离心机：上海安亭科学仪器厂。

1.2 实验方法

1.2.1 丁香油β-CDP微球的制备

1.2.1.1 空白β-CDP微球的制备

以β-CD为原料，环氧氯丙烷(ECH)为交联剂，加入一定量含有乳化剂Span80和Tween20的煤油，参照文献[7]合成微球。依次用稀盐酸、乙醇、蒸馏水、丙酮充分洗涤，除去各种杂质，60 ℃下真空干燥至质量恒定。

1.2.1.2 丁香油环糊精微球包合物的制备

采用饱和水溶液法制备[9]。取一定量的β-CDP微球，加适量蒸馏水加热溶解，放凉至所需温度，加1 mL丁香油混合，密封，恒温电磁搅拌适当时间后取出，自然冷却，冰箱冷藏过夜(24 h)，取出初产品离心，置真空干燥箱内40 ℃下减压干燥6 h，即得丁香油β-环糊精微球。

1.2.2 评价指标

按《中国药典》2010年版附录挥发油测定法(乙法)操作[1]，取丁香油 1 mL,置250 mL圆底烧瓶中，加入蒸馏水 100 mL，连接挥发油提取器，加液体石蜡1 mL到接受器中，以水蒸气蒸馏法提取至油量不再增加，读出挥发油量( mL)，按照式(1)和式(2)计算挥发油包油率(Y1)和挥发油微球产率(Y2)。

(1)

(2)

1.2.3 因素水平确定

根据前期实验，选定温度(A)、β-CDP微球与丁香油的投料比[m(β-CDP微球)∶V(丁香油)](B)、时间(C)为主要影响因素，每个因素3水平，采用响应曲面优化[8]，见表1。

表1 响应曲面因素与水平

2 结果与讨论

2.1 响应曲面实验结果

以丁香油的包油率(Y1)和挥发油微球的产率(Y2)为指标，综合考虑各项指标的优劣及重要程度进行排序，分别设定包油率、微球的产率最高为10分，最低为1分，按照比例关系计算出其它得分，然后相加包油率和产率得分，得出每号实验结果的经验得分Y0，然后运用SPSS软件把经验得分Y0作为因变量，将各指标经验得分分别作为自变量Y1、Y2，求出线性回归方程式Y=0.190Y1+0.262 0Y2-20.599。再把各实验的指标实测值代入线性回归方程中计算，即得该号实验的线性回归综合得分，以综合得分作为响应值，响应结果见表2。

表2 响应曲面实验分析及结果

表3 回归分析结果1)

1) **极显著水平P<0.01；*显著水平P<0.05。

表3表明，各因素影响大小依次为 B>A>C，即3个因素中对综合评分影响最大的是β-CDP 微球与丁香油的投料比，包合温度次之，包合时间影响最小。

2.2 响应曲面分析

根据回归方程作出不同因子的响应曲面分析图见图1。

图1 综合评分的响应曲面

图1中A、B、C分别是包合温度、β-CDP微球与丁香油的投料比、包合时间3因素之一取零水平时，其它2因素对综合评分的影响。通过观察可以发现：在实验范围内，综合评分随实验3因素的变化趋势都是先增大后减小。包合温度越高丁香油扩散至微球内部越充分，但随着包合温度的增加挥发也就加大；β-CDP 微球与丁香油的投料比增大，综合评分随之增大，随微球与丁香油的投料比增大至一定程度，包合达到饱和；包合时间越长，丁香油与微球接触越充分，但受热时间过长丁香油挥发也会增加，并且长时间的电磁搅拌会破坏微球结构。

为了进一步确证最佳点的准确位置，对回归方程的3个自变量分别取一阶偏导，并令偏导方程等于零整理得：

-2.11+0.33X2+1.67X3-7.88X1=0；

3.76+0.33X1-0.42X3-11.76X2=0；

-0.20+1.67X1-0.42X2-8.78X3=0

代入变换公式即得包合温度37.3 ℃，β-CDP微球与丁香油的投料比2.26∶1，包合时间1.9 h。

2.3 验证性实验

按实际情况调整最优合成方案为V(丁香油)=1 mL、m(β-CDP微球)=2.3 g、V(水)=46 mL、包合温度37 ℃、包合时间 2.0 h。为了验证其可靠性，按照最佳合成条件进行3次验证实验，3次实验平均包油率为81.90%，产率为91.98%，综合评分为18.6。由此可见该多元二次回归模型可以较好的反映综合评分与各影响因素的关系。

2.4 表面形态分析

丁香油β-CDP 微球的偏光显微镜图见图2，由图2可看出丁香油微球表面圆滑工整，分散性较好。

图2 丁香油β-环糊精微球偏光显微镜图(放大200倍)

2.5 红外光谱表征

σ/cm-1图3 β-CDP微球(a)、丁香油β-CDP微球包合物(b)及丁香油(c)的红外图谱

3 结 论

采用响应曲面法优化实验条件，结合实际得到制备方法为V(丁香油)=1 mL、m(β-CDP微球)=2.3 g、V(水)=46 mL、包合温度37 ℃、包合时间2.0 h。为了验证其可靠性，按照最佳合成条件下进行3次验证实验，3次实验平均包油率为81.9%，产率为91.98%，综合评分为18.6。所得微球分散性好，表面光滑圆整。红外分析表明丁香油成功包合于β-CDP微球中，丁香油与β-CDP微球并不是简单的物理混合。

[ 参 考 文 献 ]

[1] 国家药典委员会.中国药典2010版一部[M].北京:化学工业出版社，2010:附录.

[2] 曾俊，杨宗发.β-环糊精及其衍生物在中药领域中的研究进展[J].现代医药卫生，2008,24(2)：229.

[3] 张幸生.丁香油β-环糊精包合物的制备工艺研究[J].时珍国医国药,2005,16(12)：1270-1271.

[4] 陈秋实，张洪，吴杰，等.丁香挥发油的提取及其β-环糊精包合物制备工艺研究[J].云南中医学院学报,2008,31(1)：13-16.

[5] 菅凌燕,杨跃辉,徐英宏,等.2-羟丙基-β-环糊精对丹皮酚的增溶作用[J].中国中药杂志,2005,30(15):1154-1156.

[6] Box G P,Behnken D W.Some new three level design for the study of quantitative variables[J].Technometrics,1960,2：456-475.

[7] 李仲谨,杨威,王培霖,等.β-环糊精聚合物微球的合成和表征[J].应用化工，2010,27(7):692-695.

[8] 伍永富,吴品江,魏萍,等.Box-Behnken设计-效应面法优化木犀草素-β-环糊精包合物的制备工艺研究[J].中草药,2010,41(7):1094-1099.

[9] 李仲谨,杨威,陈玉苗,等.薄荷油-β-环糊精聚合物微球包合物的制备与表征[J].中草药,2011,42(2)：271-274.