星点设计－效应面优化黄芩苷自微乳化制剂的处方

周维，李小芳，向志芸，李培培，李平，林浩，罗开沛



星点设计－效应面优化黄芩苷自微乳化制剂的处方

周维，李小芳，向志芸，李培培，李平，林浩，罗开沛

[摘要]目的：优化筛选难溶性成分黄芩苷自微乳化制剂的处方。方法：在溶解度试验和三元相图的基础上，以自乳化载药量、自乳化时间、总评归一值为评价指标，采用星点设计-效应面优化法优化黄芩苷自微乳化处方。结果：黄芩苷自微乳化制剂的最优处方为吐温-80—PEG-400—油酸乙酯，其质量比为（1.13：0.52：0.2），评价指标的预测值与实测值基本一致。结论：所制备的黄芩苷自微乳化制剂均一、澄清透明，星点-效应面法对黄芩苷自微乳化制剂的处方优化是一种有效手段。

[关键词]黄芩苷；自微乳化；三元相图；星点设计-效应面优化法

[作者单位]成都中医药大学药学院 中药材标准化教育部重点实验室 中药资源系统研究与开发利用省部共建国家重点实验室培育基地，四川 成都 611137

自微乳化给药系统是由药物、油相、乳化剂和助乳化剂组成的固体或液体剂型，口服后能在胃肠道蠕动或环境温度 (37 ℃) 及温和搅拌的条件下自发形成水包油型乳剂，能够显著提高难溶性药物的溶解和溶出，提高口服给药的相对生物利用度[1～5]。

黄芩苷是从中药黄芩提取到的黄酮类有效成分, 具有清热解毒、抑菌抗炎、降压等药理作用，临床用于肝炎、高血压等疾病[6]。但由于其分子呈平面型, 分子间引力大, 水中溶解性差，造成体内吸收差、生物利用度低、药效不稳定，从而限制了药效的充分发挥，故影响了临床疗效。

为提高黄芩苷在体内的生物利用度，本实验在文献报道基础上，通过测定黄芩苷在辅料中的溶解度，筛选增溶效果较好的油相、表面活性剂、助表面活性剂，绘制三元相图并采用星点设计-效应面优化法[7]（CCD-RSM)对处方进行优化，筛选最佳处方比例，为后续黄芩苷自微乳化制剂研究提供基础。

1　材料与仪器

黄芩苷（纯度＞95％，实验室自制）；黄芩苷对照品（成都曼斯特生物科技有限公司，批号：MUST-14083014）；橄榄油（北京化工厂）；中链甘油三酸酯(MCT，铁岭北亚药用油有限公司)；油酸乙酯（上海飞祥化工厂）；Transcotol P（淮安和元化工有限公司）；吐温-80、Labrasol、乳化剂-OP、吐温-20 、油酸、PEG400、1,2-丙二醇、丙三醇，均购自成都市科龙化工试剂厂，其他试剂均为分析纯。

BP61 型十万分之一电子天平（德国Satorius 公司）；UV-6100型紫外可见分光光度计（上海美谱达仪器有限公司）；Nicomp 380 ZLS型激光粒度仪(美国PSS公司)；85-2型恒温磁力搅拌器(江苏金坛市金城国胜实验仪器厂；80-1 型离心沉淀器（江苏正基仪器有限公司）。

2　方法与结果

2.1黄芩苷的溶解度测定

将过量黄芩苷添加到不同的油相（橄榄油、MCT、油酸、油酸乙酯）、乳化剂（吐温-80、Labrasol、乳化剂-OP、吐温-20）、助乳化剂（Transcotol P、PEG400、1，2-丙二醇、丙三醇）中，在25℃条件下，超声3 h后静置24 h，在 2000 r．min-1下离心 15 min，制成过饱和溶液。取适量上清液，用95％乙醇稀释数倍后在紫外可见分光光度计下于波长278 nm 处进行测量，计算黄芩苷在不同溶剂中的溶解度。见表1。

表1　黄芩苷在不同油相、乳化剂、助乳化剂中的溶解度(n=3,x ± s)

结果表明，黄芩苷在油相中溶解度顺序为油酸＞油酸乙酯＞橄榄油＞MCT；在乳化剂中溶解度大小依次为乳化剂-OP＞吐温-80＞吐温-20＞ Labrasol，但乳化剂-OP会使药物黄芩苷氧化变色，因此不选用；在助乳化剂中溶解度大小依次为PEG-400＞ Transcotol P ＞1,2-丙二醇＞丙三醇。

2.2辅料配伍试验初选处方辅料

选取黄芩苷溶解度较好的2种油相(油酸，油酸乙酯)，2种乳化剂(吐温-80，吐温-20)和2种助乳化剂(PEG-400，Transcotol P)进行配伍对比试验。结果表明乳化剂为吐温-20时均不能形成自乳化；初步筛选出乳化效果较好的油相为油酸和油酸乙酯，乳化剂吐温-80，助乳化剂PEG-400和Transcotol P。

2.3三元相图筛选处方种类及比例范围

伪三元相图分别以油相、乳化剂和助乳化剂为顶点，相图中各点代表不同的油相、乳化剂和助乳化剂比例，在处方中三者的总量一定，只是相对含量变化[4]。将油相、乳化剂和助乳化剂各为一相，固定总质量为2 g，磁力搅拌均匀。取0.5 mL不分层的空白处方乳，加入到50 mL、37 ℃恒温的双蒸水中，磁力搅拌，观察其能否形成澄清透明且带少许蓝色荧光的溶液。采用Origin Pro 8.0软件绘制三元相图，通过对比相图形成的自乳化区域大小，筛选处方辅料及其比例范围，结果见图1～4。

图1

图2

图3

图4

由图1～4可知，图1的自乳化区域面积较大，因此，可以确定处方辅料及其比例范围分别为乳化剂吐温-80 (10％～80％)，油相油酸乙酯(10％～50％)，助乳化剂PEG-400(10％～80％)。

2.4 星点设计-效应面优化法优选

2.4.1 星点设计 在三元相图基础上，采用星点设计—效应面优化法筛选最佳处方。以乳化剂X1（吐温-80）、助乳化剂X2（PEG-400）、油相X3（油酸乙酯）用量为自变量，因素水平见表1。以形成乳液的乳化时间Y1、载药量Y2及粒径Y3为考察指标，以总评OD值为效应变量，采用Design Expert 8.0.5统计软件进行三因素、五水平的星点设计，试验因素水平设计见表2。按表中比例，称取吐温-80、PEG-400、油酸乙酯，磁力搅拌均匀，加入过量黄芩苷，在25 ℃条件下，超声3 h 后静置24 h，在 2000 r．min-1下离心15 min，制成过饱和溶液。取适量上清液，用 95％乙醇稀释数倍后在紫外可见分光光度计下于波长 278 nm 处进行测量，计算黄芩苷自微乳的载药量。用激光粒度扫描仪测定乳液粒径，以目测法观察处方是否完全乳化并用秒表记录时间。结果见表3。

表2　星点设计的因素及水平

表3　星点设计与结果

2.4.2 模型拟合 在数据处理分析分析中，引入总评值（OD 值），即“归一化法”。采用 Hassan[8～10]方法分别进行数学转换求 “归一值”dmin和 dmax，dmin= (ymax-yi) / (ymax-ymin) ，dmax= (yi-ymin) / (ymax－ymin) ；OD = (d1d2… dn)1 / n，n 为指标数。以总评OD 值为效应进行优化，最终得到综合效应最佳的处方比例。运用 Design Expert 8.0.5 软件，对实验数据进行多元线性、两因素相互作用 (2FI) 、二次多项式或更高次项的模型拟合非线性拟合处理，以相关系数 (r) 和置信度 (P) 为模型判定标准。结果表明，实验数据采用二项式模型有显著性差异，相关系数较高，拟合度较好。二次项方程如下：

2.4.3 结果分析 根据二次多项式模型方程拟合结果作出 OD 值对三个因素中任意两个因素的效应面三维图和二维等高线图 (见图 5～7) ，利用效应面和等高线分析各因素的相互作用。等高线的密度和形状可以反映因素对响应值的影响大小和因素之间的交互强弱[11]。从图5～7可以看出X1(吐温-80)、X2(PEG-400)、X3(油酸乙酯)各因素间交互用显著。增大表面活性剂X1比例，OD值先增大最后减小；随着助表面活性剂X2比例增加，OD值呈现出先不变后减小的趋势；减小油相X3比例，OD值增大。

图5　乳化剂A(X1)、助乳化剂B(X2)对OD值的三维效应面图及等高线图

图6　乳化剂A(X1)、油相C(X3)对OD值的三维效应面图及等高线图

图7　助乳化剂B(X2)、油相C(X3)对OD值的三维效应面图及等高线图

2.4.4 最优处方验证 运用 Design Expert 8.0.5 软件分析，以OD值最佳对黄芩苷自微乳化制剂处方组成进行预测，得最佳处方质量配比：X1(吐温-80) =1.13，X2(PEG-400)=0.52，X3(油酸乙酯) =0.2，预测自乳化时间为10.48s，载药量 12.982 mg．ml-1，粒径为19.0nm。

以OD值最佳预测的处方比例按“2.4.1”项下操作进行验证试验，结果各指标的偏差绝对值均较小，证实所建数学模型预测性良好，结果见表4。

表4　星点设计-效应面优化法的验证(n=3,±s)

表4　星点设计-效应面优化法的验证(n=3,±s)

注: 偏差％ = (预测值一实测值) /预测值 ×100％

指标　预测值　实际值　偏差％乳化时间Y1（s）　10.48　11.17 ±0.92　6.58载药量Y2（mg/g）　12.982 　12.710 ±0.314　- 2.09粒径Y3（nm）　19.0　18.3 ±0.45　- 3.86

3　溶解度的测定

取3份空白乳与水按照1 g∶50 mL比例混合，轻微搅拌使完全乳化，再加入过量黄芩苷，在25 ℃条件下，超声0.5 h后静置24 h，在 2000 r．min-1下离心15 min，制成过饱和溶液。取适量上清液，用 95％乙醇稀释数倍后在紫外可见分光光度计下于波长 278 nm 处进行测量，计算其溶解度。同等条件下测得黄芩苷在水中的溶解度。

结果表明：黄芩苷在空白乳中的溶解度为（0.269 ±1.315）mg．ml-1。黄芩苷在水中的溶解度为（0.053 ±0.365）mg．ml-1。由此可知，将黄芩苷制成微乳，其在水中的溶解度可以得到明显提高。

4　讨论

在自微乳化体系中，形成乳液的乳滴粒径大小不仅影响自微乳化体系的稳定性，同时也是影响自乳化吸收的最主要因素。粒径越小，比表面积就越大，药物溶出速率越快，有利于药物的体内吸收[12]。乳化效率是指处方加水后在轻微搅拌下形成的乳液完全分散至澄清透明的时间，自微乳化时间越短，乳化效率越高。通过测定黄芩苷在空白乳和水中的溶解度，发现自微乳化释药系统可以明显改善黄芩苷在水中的溶解度，进而可以提高其在体内的生物利用度。

本实验利用星点—效应面法，以多指标总评”归一”值(OD)为效应变量，采用非线性方程拟合数据模型，实现多指标的同步优化，确定了其辅料和最佳配比，优选出理想的黄芩苷自微乳处方，且具有较佳的预测效果，为后期黄芩苷自微乳化进一步制剂成型提供一定指导意义。

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（责任编辑：傅舒）

·炮制制剂·

Optimization of Baicalin self-microemulsifying prescription by central composite design-response surface methodology

ZHOU Wei, LI Xiao-fang, XIANG Zhi-yun, LI Pei-pei, LI Ping, LIN Hao, LUO Kai-pei
(School of Pharmacy, Chengdu University of Traditional Chinese Medicine; Key Laboratory of Standardization for Chinese Herbal Medicine, Ministry of Education; National Key Laboratory Breeding Base of Systematic Research, Development and Utilization of Chinese Medicine Resources, Chengdu 611137,Sichuan)

[Abstract]Objective: To optimize the prescription of poorly soluble baicalin self-microemulsifying preparation.Method: Based on results of solubility test and ternary phase diagrams, central composite design-response surface methodology was used to optimize baicalin self-microemulsifying prescription with self-emulsifying drug loading, self-emulsifying time, overall desirability as indexes.Result: Baicalin self emulsifying preparation was optimized as Tween 80, PEG 400 and oleic acid ethyl ester in the ration of 1.13:0.52:0.2.The measured values were in accordance with the predicted evaluation.Conclusion: The baicalin selfmicroemulsifying preparation is uniform, clear and transparent.The central composite design-response surface methodology is effective in optimizing baicalin self-microemulsifying preparation.

[Key words]Baicalin ; self-microemulsifying; ternary phase diagrams; central composite design-response surface methodology

[收稿日期]2015-4-27

[通讯作者]李小芳，女，教授，博士生导师，从事中药新剂型及中药新技术研究Email:lixiaofang918@163.com

[作者简介]周维（1990-），女，硕士生，研究方向为中药新剂型及中药新技术研究Tel:18380227865 Email:1175792483@qq.com

[基金项目]四川省教育厅重点项目（15ZA0094）

[中图分类号]R 283.5

[文献标识码]A

[文章编号]1674-926X(2016)01-009-04