四种表面活性剂对姜黄素和黄芩苷的增溶作用

徐 洁，单 爽，黄 静，李三鸣



四种表面活性剂对姜黄素和黄芩苷的增溶作用

徐 洁，单 爽，黄 静，李三鸣*

(沈阳药科大学药学院，辽宁沈阳110016）

目的研究4种表面活性剂对难溶性中药成分姜黄素、黄芩苷的增溶能力与表面活性剂结构之间的关系。方法 采用滴重法测定SDS、SDBS、CTAB和DTAB在pH值1.0盐酸溶液中的临界胶束浓度(CMC)，用紫外分光光度法和HPLC法分别测定上述4种表面活性剂对姜黄素和黄芩苷的增溶能力。结果计算得25 ℃、pH值1.0盐酸溶液中SDS、SDBS、CTAB和DTAB的CMC分别为3.8、2.5、0.56和15.0 mmol·L-1，25 ℃时姜黄素在上述表面活性剂溶液中的摩尔增溶比（MSR）分别为4.4×10-3、3.2×10-3、8.6×10-2和7.4×10-3，lgm分别为3.38、5.51、4.64和2.66；黄芩苷MSR分别为1.7×10-3、3.0×10-4、2.3×10-2和7.7×10-3，lgm分别为4.13、3.38、4.66和3.22。结论上述表面活性剂的pH值1.0盐酸溶液对姜黄素和黄芩苷的增溶作用顺序均为CTAB＞DTAB＞SDS＞SDBS。

药剂学；增溶作用；表面活性剂；姜黄素；黄芩苷

表面活性剂是指结构上由极性的亲水基和非极性的亲油基两部分组成，能显著降低溶液的表面张力和液-液界面张力的物质。表面活性剂在药剂学中有着广泛的应用，常用于难溶性药物的增溶、油的乳化、混悬液的润湿和助溶，此外，还可以增加药物的稳定性，促进药物吸收，增强药物作用，是制剂中较常用的附加剂。本文主要研究的是由于表面活性剂溶液浓度在其临界胶束浓度(critical micelle concentration，CMC)以上形成亲油基团向内、亲水基团向外的胶束造成的增溶作用[1]。近年来，关于胶束的研究主要集中在单一和混合表面活性剂胶束增溶多环芳烃类化合物，以修复环境污染[2-3]及自合成聚合物胶束改善药物溶解度及生物利用度[4]等方面。

中药是人类文明的重要组成部分，是中国传统文化的绚丽瑰宝，应该得到传承和发扬。中药在保障人类健康方面发挥着巨大的作用。然而中药中很多成分的溶解度都较差，比较突出的是黄酮类化合物及一些生物碱类化合物，这就极大限制了中药的使用和发展。因此，如何提高中药难溶性有效成分的溶解度，对提高中药制剂的生物利用度、实现中药现代化等都具有十分重要的现实意义。姜黄素（curcumin）和黄芩苷（baicalin）为中药提取成分。研究表明，两者均具有抗肿瘤、抗炎、抗病毒、抗氧化等多种药理作用，但水中溶解度小等缺点影响了其应用，故而成为利用胶束增溶提高溶解度和生物利用度的研究对象。

作者选用2组结构类似的表面活性剂十二烷基硫酸钠（sodium dodecyl sulfate，SDS）、十二烷基苯磺酸钠（sodium dodecyl benzene sulfonate，SDBS）和十六烷基三甲基溴化铵（cetyl trimethyl ammonium bromide，CTAB）、十二烷基三甲基溴化铵（dodecyl trimethyl ammonium bromide，DTAB），分别对姜黄素和黄芩苷进行增溶作用研究，并探讨其机理。

1 仪器与材料

JA2003A、CPA225D电子天平（上海精天电子仪器有限公司），PHS-2C酸度计（金坛科兴仪器厂），SHA-C恒温振荡器（江苏常州国华电器有限公司），UV-1750紫外可见分光光度计（日本Shimadzu公司），高效液相色谱仪包括LC-10AT泵、SPD-10A检测器、L-7200进样器（日本Shimadzu公司）。

姜黄素、黄芩苷原料药（纯度质量分数分别为95%和90%，宝鸡万生生物科技有限公司，批号分别为WS130820和WS131119），十二烷基苯磺酸钠、十二烷基硫酸钠（天津博迪化工有限公司），十六烷基三甲基溴化铵、无水硫酸钠（天津科密欧化学试剂有限公司），十二烷基三甲基溴化铵（成都格雷西亚化学技术有限公司），盐酸（分析纯，天津凯信化学工业有限公司），磷酸（色谱纯，天津科密欧化学试剂有限公司），乙腈、甲醇、乙醇（色谱纯，山东禹王集团），去离子水（自制）。

2 方法与结果

2.1 CMC的测定

2.1.1 溶液的制备

要使药物在溶液中以分子状态存在，就需根据药物的理化性质配制合适的溶液。观察表1列出的姜黄素和黄芩苷的理化性质，黄芩苷的pKa较小，溶液的pH值对2种药物溶解度影响较大，故采用pH 值1.0的盐酸溶液配制各种样品。精密量取盐酸溶液9 mL，用去离子水稀释至1 000 mL，用酸度计校正至pH 值1.0。

Table 1 The physicochemical properties of curcumin and baicalin

Notes: a—Investigated in https://scifinder.cas.org/; b—298 K, pH 1.0

参照表2列出的SDS、SDBS、CTAB和DTAB在中性水溶液中的CMC值，配制浓度稍高于CMC的表面活性剂溶液：分别精密称量SDS 0.288 4 g、SDBS 0.167 3 g、CTAB 72.9 mg和DTAB 0.616 7 g, 置于100 mL量瓶中，加pH值1.0盐酸溶液适量，超声使溶解，放至室温后稀释至刻度，摇匀，作为储备液（浓度分别为SDS 10.00 mmol·L-1P、SDBS 4.80 mmol·L-1P、CTAB 2.00 mmol·L-1P和DTAB 20.00 mmol·L-1P）。精密量取储备液适量，用pH值1.0盐酸溶液稀释，分别配制以下系列浓度的溶液：1.00、2.00、3.00、4.00、6.00、7.00、8.00和9.00 mmol·L-1的SDS盐酸溶液；1.44、1.68、1.92、2.40、2.88、3.36和4.80 mmol·L-1的SDBS盐酸溶液；0.06、0.24、0.36、0.48、0.72、0.84、0.96和1.08 mmol·L-1的CTAB盐酸溶液；11.00、12.00、13.00、14.00、15.00、16.00、17.00、18.00 mmol·L-1的DTAB盐酸溶液。

2.1.2 原理

当液体受重力作用时，从垂直的毛细管端向下降落时，因同时受管端向上拉的表面张力的作用而形成附于管端的液滴。当形成的液滴达到最大而落下时，可以认为重力与表面张力相等，即

式中：为液滴的质量；为毛细管半径；为表面张力。实际中，若以水为标准，则：

。 （2）

液体的表面张力直接反应表面活性剂的CMC，以表面活性剂浓度（）为横轴、液体的表面张力()为纵轴作图，曲线拐点处对应的表面活性剂浓度即为该表面活性剂的CMC。根据公式（2），表面张力()与液体质量()成正比，因此可以用代替，即以液体质量（）对表面活性剂浓度（）作图的曲线拐点也对应表面活性剂的CMC。

2.1.3 实验及结果

在25 ℃空调房中，将25 ℃保温的表面活性剂溶液经一定孔径的毛细管，缓慢滴入干燥的称量瓶中称量，装置如图1，求出加入液体的质量，根据公式（2），以称量得到的液体质量（）对表面活性剂浓度（）作图，图2中曲线拐点对应的浓度即为该表面活性剂的CMC，结果见表2。

Fig. 1 The instrument of drop weight method for determining the CMC

图1滴重法测CMC装置图

Fig. 2 The CMC of SDS, SDBS, CTAB, DTAB by drop weight method

Table 2 The physicochemical properties of SDS, SDBS, CTAB, DTAB

Notes: a—Theoretical value Cin neutral solutions, 298 K; b—Tested by drop weight method, 298 K, pH 1.0

2.2 姜黄素和黄芩苷含量测定方法

作者主要研究4种表面活性剂胶束对姜黄素和黄芩苷的增溶作用，一个重要指标就是摩尔增溶比（molar solubilization ratio，MSR），因此需要测定药物在表面活性剂胶束溶液中的药物含量。故首先要对SDS、SDBS、CTAB和DTAB溶液进行紫外扫描，结果如图3。结果表明4种表面活性剂溶液对药物含量测定均无干扰。

Fig. 3 The UV absorption spectra of SDS, SDBS, CTAB and DTAB

2.2.1 最大波长的确定

姜黄素和黄芩苷的乙醇溶液紫外扫描结果如图4。观察得姜黄素的最大吸收峰波长为430 nm，且峰型平缓，故测定波长确定为430 nm；黄芩苷的最大吸收峰波长为277 nm，在315 nm处有高度为277 nm处峰高1/2的吸收峰，峰型均较尖锐，故测定波长确定为277 nm。

A—Curcumin and alcohol; B—Baicalin and alcohol; 1—Alcohol; 2—Curcumin; 3—Baicalin

2.2.2 稳定性试验

由于胶束具有一些的特殊光学性质，如丁达尔效应等。这些特殊光学性质可能会对药物含量测定造成干扰，故需要进行稳定性试验。

精密称取SDS 0.288 4 g，置于100 mL量瓶中，用水溶解后定容，制成浓度为10 mmol·L-1的SDS溶液。

称取一定量姜黄素用上述SDS溶液溶解并稀释，制成质量浓度约为1、4和8 mg·L-1的姜黄素SDS溶液，于波长430 nm处进行测定，每5秒记数1次，连续记录6次，计算得RSD分别为0.91%、0.44%和0.67%，证明胶束对姜黄素含量测定无影响，实验方法稳定性良好，可以使用紫外分光光度法测定姜黄素含量。

称取一定量黄芩苷用上述SDS溶液溶解并稀释，制成质量浓度约为1 、5和10 mg·L-1的黄芩苷SDS溶液，于波长277 nm处进行测定，每5秒记数1次，连续记录6次，计算得RSD分别为18.99%、7.71%和6.84%，证明胶束对黄芩苷的紫外吸收测定影响较大，因此不能使用紫外分光光度法测定含量，改用高效液相色谱法。

2.2.3 姜黄素UV测定方法线性关系考察

精密称量姜黄素10.55 mg，置于50 mL量瓶中，加乙醇适量，超声使溶解，放至室温后用乙醇稀释至刻度，摇匀，作为姜黄素储备液（质量浓度为200.4 mg·L-1）。精密量取姜黄素储备液适量，用乙醇稀释，分别制成质量浓度依次为3.06、4.08、5.10、6.12、7.14和8.16 mg·L-1的系列溶液，在波长430 nm处分别测定其吸光度值。以溶液质量浓度(, mg·L-1)对吸光度()进行线性回归，得回归方程=8.79×10-2-6.8×10-3，相关系数2=0.999。结果表明，姜黄素的质量浓度在3.06～8.16 mg·L-1内与吸光度值呈良好的线性相关性。

2.2.4 黄芩苷HPLC测定方法的建立

2.2.4.1 色谱条件

色谱柱：kromasil色谱柱（250 mm×4.6 mm，5 µm）；流动相：甲醇-水-磷酸（体积比60∶40∶0.2）；流速：1.0 mL·min-1；检测波长：277 nm；柱温：30 ℃；进样量：20 µL。

2.2.4.2 专属性试验

分别将流动相和黄芩苷溶液注入高效液相色谱仪，记录色谱图。结果表明，溶剂峰与主药峰完全分开，在此色谱条件下溶剂不影响主药测定，说明测试方法专属性较强。

2.2.4.3 系统适用性试验

精密称取黄芩苷13.11 mg，置于50 mL量瓶中，加流动相适量，超声使溶解，放至室温后用流动相稀释至刻度，摇匀，作为黄芩苷储备液（质量浓度为236.0 mg·L-1）。精密量取姜黄素储备液适量，用乙醇稀释，分别制成质量浓度依次为11.80、23.60、47.20、70.80、94.40和118.00 mg·L-1的系列溶液，按 “2.2.4.1”条色谱条件进行测定并记录色谱图。以溶液质量浓度(, mg·L-1)对峰面积()进行线性回归，得回归方程=2.819 4×104-1.237 6 ×103，相关系数2=0.999 5。结果表明，黄芩苷的质量浓度在11.80～118.00 mg·L-1内与吸光度值呈良好的线性相关性。另外，配制低（11.80 mg·L-1）、中（47.20 mg·L-1）和高（118.00 mg·L-1）3种质量浓度的样品溶液，按“2.2.4.1”条色谱条件测定，计算得低、中和高3种质量浓度样品溶液的日内RSD分别为0.37%、0.78%和0.78%，日间RSD分别为1.71%、1.53%和1.38%，回收率分别为98.58%、100.69%和99.89%，表明该方法精密度及准确度良好。

2.3 SDS、SDBS、CTAB和DTAB对姜黄素和黄芩苷的增溶作用

2.3.1 增溶能力的评价方法

摩尔增溶比（MSR）用于定量描述表面活性剂溶液对特定溶质的增溶能力：

= (―CMC) / (―CMC)。

式中：为MSR；为表面活性剂溶液任意大于CMC时的浓度；、CMC分别为表面活性剂溶液浓度为、CMC时溶质的表观溶解度。Mohammad等[3]提出以表面活性剂溶液浓度（）对药物浓度（）作图，当两者单位均为mmol·L-1时，线性段斜率即为MSR。

另一种定量描述表面活性剂增溶能力的方法是胶束/水分配系数（m）：m=m―a。

式中：mB为胶束相中药物的摩尔分数；aB为水相中药物的摩尔分数。在稀溶液中：aB=CMCB/mB。

其中，m为水的摩尔体积（18.05 mL·mol-1）。整理得：

m= (―CMC) / (s―cCMC+s―CMC)；m= 55.4/ [ 1+（1+）。

2.3.2 增溶能力测定结果

根据文献方法[2]，将过量姜黄素和黄芩苷原料药分别置于10 mL具塞西林瓶中，分别加入水5 mL及SDS、SDBS、CTAB和DTAB，SDS、SDBS、CTAB和DTAB的浓度见表3，每个浓度平行3组，超声溶解10 min，置于25 ℃恒温水浴中振荡至平衡。取出后，分别过滤，测定浓度，并计算增溶趋势及MSR和m，实验数据见表3。

Table 3 Maximum solubility of curcumin and baicalin in SDS, SDBS, CTAB, DTAB (pH 1.0) at 298 K(n=3)

使用表3中的平均数对表面活性剂浓度作图（图5、6），进行线性回归后，直线斜率即为MSR，根据MSR计算得lgm，结果见表4。

姜黄素在酸性条件下的4种表面活性剂中的MSR大小顺序为CTAB＞DTAB＞SDS＞SDBS，lgmB大小顺序为SDBS＞CTAB＞SDS＞DTAB；黄芩苷在酸性条件下的4种表面活性剂中的MSR大小顺序为CTAB＞DTAB＞SDS＞SDBS，lgmB大小顺序为CTAB＞SDS＞SDBS＞DTAB。在SDS溶液中，两种药物的MSR和lgmB大小顺序均为姜黄素＞黄芩苷；在SDBS溶液中，两种药物的MSR大小顺序为黄芩苷＞姜黄素，lgmB大小顺序均为姜黄素＞黄芩苷；在CTAB溶液中，两种药物的MSR大小顺序为黄芩苷＞姜黄素，两者的lgmB大小相似；在DTAB溶液中，两种药物的MSR和lgB大小顺序均为黄芩苷＞姜黄素。

上述结果表明，表面活性剂和药物的结构、性质等均会对增溶量产生很大影响。

A—SDS; B—SDBS; C—CTAB; D—DTAB; š—Curcumin; ˜—Baicalin

A—Curcumin; B—Baicalin; p—CTAB; r—DTAB; ˜—SDS; š—SDBS

图6 姜黄素和黄芩苷在SDS、SDBS、CTAB和DTAB中的溶解趋势

Table 4 MSR and lgKm of curcumin and Baicalin in SDS, SDBS, CTAB, DTAB (pH 1.0) at 298 K

3 讨论

a. 在pH值1.0盐酸溶液中，SDS的CMC降低，可能是由溶液中的H+取代了Na+与硫酸根结合，使SDS分子稳定性增加，溶解度减小，CMC降低；SDBS的CMC升高，源于SDBS分子的大共轭结构是优良的供电子体，与H+和H2O分子之间形成稳定的氢键而使溶解度增大，CMC升高；CTAB和DTAB是阳离子表面活性剂，在pH值1.0盐酸溶液中溶解度减小，故CMC降低，但与其在pH值7.0溶液中几乎无差别。

b. 25 ℃时，姜黄素在SDS、SDBS、CTAB和DTAB溶液(pH值1.0)中的MSR分别为4.4×10-3、3.2×10-3、8.6×10-2和7.4×10-3，lgm分别为3.38、5.51、4.64和2.66；黄芩苷MSR分别为1.7×10-3、3.0×10-4、2.3×10-2和7.7×10-3，lgm分别为4.13、3.38、4.66和3.22。上述表面活性剂的pH值1.0盐酸溶液对姜黄素的增溶作用顺序为CTAB＞DTAB＞SDS＞SDBS，黄芩苷为CTAB＞DTAB＞SDS＞SDBS。对于同种类型的表面活性剂来说，CTAB的CMC小于DTAB，而且CTAB碳链更长，疏水内核更大，故增溶量较DTAB大；SDBS虽然CMC较小，但其与药物的大共轭结构之间静电排斥较严重，影响药物分子与胶束的结合，故增溶量较SDS小。对于不同种类的表面活性剂来说，CTAB和DTAB极性基团大，静电斥力大，胶束分子排列疏松，更有利于药物在胶束中的增溶，故增溶量较SDS和SDBS大，而CTAB的CMC很小，符合了CMC越小表面活性剂增溶能力越强的一般规律，而DTAB虽然CMC较大，但由于是结构影响占主导，故增溶量也大于SDS和SDBS。

c. SDS、 SDBS、CTAB和DTAB对姜黄素的增溶能力均大过黄芩苷，原因可能是由于姜黄素的极性小于黄芩苷，lgP较大，分子进入到胶束低极性内核中的趋势更大，因此表面活性剂胶束对姜黄素的增溶能力更强。

上述结果提示，一般情况下，表面活性剂对极性更低、水溶解度更小的物质增溶作用更强，而表面活性剂CMC越小、极性基团越大、结构越疏松，对药物的增溶能力越强。以上实验结果可为难溶性中药成分增溶方面及后续制剂研究提供一些依据。

[1] 崔福德. 药剂学[M]. 北京: 中国医药科技出版社，2011: 41-55.

[2] 冯少良. 混合表面活性剂对多环芳烃的增溶作用机理及影响因素[D]. 杭州: 浙江大学, 2003:1-15

[3] MOHAMMAD A M, OYAIS A C, MUZAFFAR H N, et al. Solubilization of triphenylamine, triphenylphosphine, triphenylphosphineoxide and triphenylmethanol in single and binary surfactant systems[J], Journal of Colloid and Interface Science, 2011, 364: 163-169.

[4] GENEVIEVE G, PRASHANT S, MARIE C J, et al. Polymeric micelles for oral drug delivery[J]. European Journal of Pharmaceutics and Biopharmaceutics, 2010, 76: 147-158.

[5] TSUYOSHI A, HIROKI K, AKIO O, et al. Convenient etimation for counterion dissociation of cationic micelles using chloride-sensitive fluorescence probe[J]. Journal of Colloid and Interface Science, 2001, 242: 284–287

(本篇责任编辑：赵桂芝)

The exploration on solubilization of 4 surfactants to curcumin and baicalin

XU Jie, SONG Lina, WANG Qiuxiao, SHAN Shuang, LI Sanming*

(,,110016,)

Objective To explore the solubilization of 4 surfactants to insoluble active ingredients: curcumin and baicalin and its relationship with surfactant’s structure. Methods The CMC of SDS, SDBS, CTAB and DTAB in hydrochloric acid (pH 1.0, 25 ℃) were tested by drop weight method. The solubilization of 4 surfactants to curcumin and baicalin were determined through UV and HPLC, respectively. Results The CMC of SDS, SDBS, CTAB and DTAB in hydrochloric acid (pH 1.0, 25 ℃) are 3.8 mmol·L-1，2.5 mmol·L-1，0.56 mmol·L-1and 15.0 mmol·L-1, respectively. The MSR of curcumin in surfactants’ solution above are 4.4×10-3, 3.2×10-3, 8.6×10-2, 7.4×10-3and the lgmare 3.38，5.51，4.64, 2.66, respectively. The MSR of baicalin are 1.7×10-3，3.0×10-4，2.3×10-2, 7.7×10-3and the lgmare 4.13, 3.38, 4.66, 3.22, respectively. Conclusion The solubilization of surfactants above in hydrochloric acid (pH 1.0, 25 ℃) to curcumin is in the order of CTAB＞DTAB＞SDS＞SDBS and to baicalin is in the order of CTAB＞DTAB＞SDS＞SDBS.

pharmaceutics；solubilization；surfactant；curcumin；baicalin

（2016）03–0078–11

10.14146/j.cnki.cjp.2016.03.002

R94

A

2015-04-21

国家自然科学基金资助项目（81473161）

徐洁(1990-), 女(汉族），河北张家口人，硕士研究生，E-mail xujie990@163.com；

李三鸣 (1957-), 男(汉族), 辽宁开原人, 教授, 博士, 博士生导师, 主要从事药物制剂研究，Tel. 024-23986293,E-mail li_sanming@126.com。