响应面设计法优化制备祖卡木颗粒挥发油羟丙基-β环糊精包合物*

张艳军，吴 静

江苏护理职业学院 药学与中药学院，淮安 223005

祖卡木颗粒是维吾尔医药中长期用于治疗感冒等症的传统维药，临床用此冲剂治疗感冒咳嗽、发热无汗、咽喉肿痛、鼻塞流涕[1]。研究表明，祖卡木颗粒能明显抑制炎性组织中PGE2、PGF1a 及TXB2的含量[2]，具有解热、镇痛、抗炎的作用[3]。祖卡木颗粒由山奈、睡莲花、薄荷、大枣、洋甘菊等10 味药组成，其中薄荷、山奈、洋甘菊3 味药材含有挥发油，且挥发油具有明确的药理作用，如薄荷油具有疏风、清热的功效[4]，洋甘菊中的挥发油具有抗炎、抗病毒、抗过敏的作用[5]。由于挥发油成分容易挥发，在生产和储存过程中容易流失，导致挥发油有效成分的含量受到影响，降低了药效。

羟丙基-β 环糊精（HP-β-CD）是环糊精的衍生物，与环糊精相比，水溶性大大提高，与客体的结合常数提高，形成复合物的稳定性增加，对肌肉无刺激性，且溶血性大大降低[6]。该品是一种理想的增溶剂和药物赋形剂，被广泛应用于食品、医药、化妆品行业。因此采用羟丙基-β 环糊精将祖卡木颗粒的挥发油进行包合，以减低其挥发性，增加稳定性，并使挥发油固体粉末化，便于制成颗粒剂，提高疗效。本试验采用饱和水溶液法制备包合物，采用Box-behnken的中心组合进行实验设计，利用响应面方法对建立的模型进行分析，以获取最佳的制备工艺条件。

1 仪器与药品、试剂

1.1 仪器

78-1 型磁力加热搅拌器（金坛市恒丰仪器厂）；FA1004N 型电子天平（上海精密科学仪器有限公司）；DZG6020 真空干燥箱（上海森信试验仪器有限公司）；DWT-TW 型调温电热套、SHB-Ⅲ水循环真空泵（郑州长城科工贸有限公司）。

1.2 药品与试剂

羟丙基-β 环糊精（江苏丰园生物技术有限公司）；祖卡木颗粒挥发油（新疆维吾尔药业有限责任公司）；试剂均为分析纯；水为蒸馏水。

2 方法与结果

2.1 包合物的制备

2.1.1 采用饱和水溶液法制备包合物 取一定量的羟丙基-β 环糊精，加入适量的蒸馏水，适宜温度下制成饱和溶液。取一定量挥发油缓慢均匀滴加到羟丙基-β 环糊精饱和溶液中，在所需温度下恒温搅拌一定时间后，静置于冰箱5 ℃冷藏24 h，抽滤，用石油醚洗涤3 次，40 ℃真空干燥8 h 即得包合物。

2.1.2 挥发油包合率、收得率的测定 按照《中国药典》2015年版四部通则（0601）比重瓶法[7]测定挥发油相对密度为0.964 2；而挥发油含量的测定按照《中国药典》2015年版四部通则（2204）挥发油测定方法甲法[8]。精密称取一定量的包合物，置装有沸石的圆底烧瓶中，加适量的蒸馏水，连接挥发油测定器，煮沸5 h，至测定器中油量不再增加，停止加热，放置片刻，开启测定器下端的活塞，将水缓缓放出，至油层上端到达刻度0 线上面5mm 处为止。放置1h以上，再开启活塞使油层下降至其上端恰与刻度0线平齐，读取挥发油量，按下式计算：

2.1.3 包合工艺的综合评价指标 包合率是衡量包合效果的重要指标，包合率越高，挥发油的包合效果越好，稳定性越高，故权重系数定为0.7。收得率在实际生产中具有重要意义，故权重系数定为0.3。

2.2 包合物的制备工艺优化

2.2.1 响应面实验设计与结果 根据包合物的制备工艺特点和预实验，选择对包合效果影响较大的三个因素作为考察因素，即羟丙基-β 环糊精与挥发油的料油比（A）、搅拌温度（B）、搅拌时间（C），各因素选取三水平进行考察，以包合率与收得率综合评分为评价指标，按照Box-behnken 中心组合设计原理进行实验设计。因素及水平表见表1；响应面分析方案及结果见表2。

表1 Box-behnken 中心组合设计的因素水平表

2.2.2 回归模型有效性及显著性分析 用Design-Expert.V8.0.6 软件对表2 响应面分析结果实施回归拟合，同时对回归模型作方差分析，结果见表3。

由表3 可知，模型的P 值小于0.000 1，说明回归模型极显著，失拟项不显著，说明回归方程拟合较好。模型的R2=0.996 1，R2Adj=0.991 1，可以较好地说明A、B、C 三个因素对包合率的影响。再者，方程中的一次项A、B、C 及二次项AB、AC 均对方程影响有极显著统计学意义，说明自变量与响应值之间不是简单的线性关系。另外，通过F 值可以推测影响包合工艺的因素主次顺序为：A＞C＞B，即料油比＞搅拌时间＞搅拌温度。失拟项用来表示所用模型与实验拟合的程度，P 值为0.114 8 ＞0.05，无失拟因素存在，因此可用该回归方程代替实验真实点对实验结果进行分析。

表2 响应面分析方案及结果

表3 回归模型方差分析结果

通过Design-Expert.V8.0.6 软件对实验数据进行回归拟合，得到包合率与收得率综合评分和A、B、C 的二次多元回归方程为Y=86.20-2.37A-0.55B -1.56C -1.25AB -0.85AC -0.63BC -5.82A2-3.31B2-1.84C2。

2.2.3 响应面分析结果 根据回归方程，可以绘出A、B、C 三个因素两两交互作用的响应面分析图和等高线图。从两图中可直观看出，各因素对响应值的影响，响应面的最高点对应的影响因素取值可判断为最佳条件[9]，另外，两因素间交互作用越显著，其等高线图形越接近于椭圆形，反之越接近于圆形。

由图1 可知，搅拌温度与料油比对包合效果的交互作用显著，从等高线图可以看出，沿料油比向峰值移动，等高线密度高于沿搅拌温度移动的密度，表明料油比对包合效果的影响比搅拌温度更为显著，这与方差分析的结果一致。

图1 搅拌温度与料油比

由图2 可知，搅拌时间与料油比的等高线图形为椭圆形，表明搅拌时间与料油比对包合效果的交互作用非常显著，从等高线图可以看出，沿料液比向峰值移动，等高线密度高于沿搅拌时间移动的密度，表明料液比对包合效果的影响比搅拌时间更为显著，这与方差分析的结果一致。

图2 搅拌时间与料油比

由图3 可知，搅拌时间与搅拌温度的等高线图形接近椭圆形，表明搅拌时间与搅拌温度对包合效果的交互作用显著，从等高线图可以看出，沿搅拌时间向峰值移动，等高线密度高于沿搅拌温度移动的密度，表明搅拌时间对包合效果的影响比搅拌温度更为显著，这与方差分析的结果一致。

图3 搅拌时间与搅拌温度

2.3 验证试验

利用响应面软件对所得的二次回归方程进行分析，得到祖卡木颗粒挥发油包合物制备的最佳工艺：料油比为8.6∶1；搅拌温度为40 ℃；搅拌时间为128 min。基于上述条件得到包合效果理论综合得分为86.70%。最终将工艺修正为料油比为9∶1；搅拌温度为40 ℃；搅拌时间为130 min。按照此条件进行验证试验，得到包合物的收得率为86.67%±0.36%，包合率为86.52%±0.48%，综合得分为86.40%±0.32%，与理论预测值（86.70%）相差0.30%，说明该优化响应面模型有效，可靠性好，能够为祖卡木颗粒挥发油包合物制备工艺提供指导和帮助。

2.4 包合物稳定性考察

2.4.1 光稳定性考察 分别精密称取适量祖卡木颗粒挥发油羟丙基-β 环糊精包合物和按比例混合的挥发油与羟丙基-β 环糊精混合物各3 份，在照度4 500 Lx 下放置10 天，于第0、3、5、10 天取样，测定挥发油的含量，计算其保留率，结果见图4。随着光照时间的延长，包合物的挥发油含量呈逐渐下降的趋势；但与混合物相比，包合物的挥发油含量降低速度缓慢。由此可见，包合物对光的稳定性显著增加。

图4 光稳定性试验结果

2.4.2 热稳定性考察 精密称取适量祖卡木颗粒挥发油羟丙基-β 环糊精包合物和按比例的挥发油与羟丙基-β 环糊精的混合物各3 份，于60 ℃恒温干燥箱放置10 天，分别于第0、3、5、10 天取样，测定挥发油的含量，计算挥发油保留率，结果见图5。在60 ℃温度下，两者挥发油的含量在第3、5、10 天均有所下降，包合物下降速度缓慢；而混合物下降速度较明显。由此可见，包合物的热稳定性明显优于混合物。

图5 热稳定性试验结果

2.4.3 湿稳定性考察 精密称取适量祖卡木颗粒挥发油羟丙基-β 环糊精包合物和按比例的挥发油与羟丙基-β 环糊精的混合物各3 份，置于25 ℃、相对湿度92.5%（KNO3饱和溶液）条件下放置10 天，分别于第0、3、5、10 天取样，测定挥发油的含量，计算挥发油保留率，结果见图6。两者挥发油含量在第3、5、10 天的含量均有所下降；但混合物下降较明显。结果表明，包合物可以提高挥发油的湿稳定性。

图6 湿稳定性试验结果

3 讨论

本实验以羟丙基-β 环糊精为包合材料，对祖卡木颗粒挥发油进行包合，以A、B、C 三个因素为考察项目，以包合率与收得率综合评分为评价指标，进行Box-behnken 实验设计，采用响应面法对制备工艺进行优化，得到最佳包合工艺：料油比9∶1；搅拌温度40 ℃；搅拌时间130 min。在此条件下，包合效果综合评价的实际值与响应面法优化得到的理论值比较接近。此外，对包合物的热稳定性、光稳定性、湿稳定性进行了考察，结果表明，挥发油经包合后，液态变成固体，避免了挥发，提高了挥发油的稳定性。同时，羟丙基-β 环糊精立体结构外部有多个亲水性的醇羟基，增大了在水中的溶解度和溶解速率，从而提高了生物利用度。还解决了祖卡木颗粒中挥发油不稳定的缺点，保证祖卡木颗粒的药效[10]。