多元醇稀释法制备环糊精包裹白藜芦醇的工艺研究

吕舒宁 郑中博 丛远华 朱 沁 倪向梅 闫秀芳 陈志涛 冯春波 乔小玲

（上海家化联合股份有限公司科创中心，上海，200082）

如今，天然草本化妆品越来越受消费者喜爱，其天然成分是吸引消费者的主要原因。白藜芦醇是从天然植物提取出来的一种多酚类化合物[1-2]，主要存在于花生、葡萄、虎杖等植物中[3-8]。近年来，科学研究发现，白藜芦醇具有极强的功效作用，包括抗氧化、抗炎、美白、抗衰老等，能够作为个人护理产品中独特的活性成分[9-10]。虽然白藜芦醇易溶于乙醇、甲醇、二甲基亚砜等有机溶剂，但在水中的溶解度极低，仅为30 mg/L[11-12]，其难溶于水、易与其他化学物质反应、对光不稳定的缺点[13-14]使其难以被应用到化妆品中。高纯度的白藜芦醇乙醇溶液即使避光也仅能稳定数天，在含水的化妆品组合物中白藜芦醇有结晶析出的不良现象发生[15]。因此，将白藜芦醇应用于化妆品组合物中具有巨大的研究价值。

环糊精是一类重要的高分子材料，其中β-环糊精是淀粉经酶解环合后得到的由7个葡萄糖分子连接而成的环状低聚糖化合物[16]。经改性后的羟丙基-β-环糊精与天然的β-环糊精相比，羟丙基-β-环糊精水溶性大幅度提高，并具有更高的安全性[17]。该分子吸引人们的显著特征是其具有一个外部亲水、内部疏水，呈上下无底杯子形状并具有一定尺寸的空腔结构。这种分子的特殊构成，使其具有相应的特殊理化性质，其疏水空腔提供了能够与不同种类化合物形成包合物的能力，从而形成稳定的络合物。其形成的复合体稳定、增溶、缓释、抗氧化、抗分解、保湿防潮，并具有遮蔽异味等作用[18]。

专利CN1500479A公开了一种白藜芦醇/环糊精包合物制备的方法，先将白藜芦醇溶于有机溶剂（甲醇、乙醇等）中；再将羟丙基-β-环糊精溶于5～50倍量的蒸馏水中；最后，搅拌含环糊精的水溶液，缓慢滴加含有白藜芦醇的溶液，全部加完后过滤；结束后，先用蒸馏设备除去溶液中的有机溶剂，再用冷冻干燥设备对剩余液体进行冷冻干燥，得到疏松粉末。对于传统的环糊精包裹白藜芦醇工艺，都会用到有机溶剂（甲醇、乙醇等），在后续的工艺中都需要进行蒸馏除去，难免会造成有机溶剂残留的问题；同时又必须使用蒸馏设备、冷冻干燥设备或者喷雾干燥设备等，这些设备费用高昂且操作工艺繁琐，传统工艺需要耗费大量的能源和人力。

为解决上述问题，本研究创新性的采用化妆品中常用的多元醇代替有机溶剂，使用多元醇稀释法（Polyol Dilution Method，简称PD法）的操作工艺，将白藜芦醇稳定高效地包裹于羟丙基-β-环糊精中。多元醇（丙二醇、丁二醇、双丙甘醇、聚乙二醇等）在化妆品中应用广泛，不仅起到保湿剂的功效，还具有促进活性物渗透皮肤的功能。故多元醇在羟丙基-β-环糊精包裹白藜芦醇工艺的后期，也无需通过蒸馏或者冷冻干燥等进行除去，很好避免了有机溶剂残留的问题。同时对于化妆品生产企业来说，该工艺生产出来的半成品，可以直接应用于化妆品产品的生产。

本研究采用多元醇稀释法，以白藜芦醇作为代表活性物进行研究，将白藜芦醇溶解在多元醇中，加入到含有羟丙基-β-环糊精的水溶液中，仅需一步简单操作即可制得羟丙基-β-环糊精包裹白藜芦醇的溶液。该工艺只需要常规的搅拌设备即可实现，无须使用加热设备、蒸馏设备、冷冻干燥或者喷雾干燥设备等复杂设备，是一种非常合适的工业大生产工艺。应用于含水的化妆品组合物中进行稳定性考察以及质量评价，以获得稳定的白藜芦醇包裹体并稳定应用于护肤品中。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

1.1.1 材料与试剂

白藜芦醇（Resveratol，简称Res）；羟丙基-β-环糊精（HP-β-CD）；PEG400（聚乙二醇-8，INCI：PEG-8）；双丙甘醇（INCI：Dipropylene Glycol）；1,3-丁二醇（INCI：Butylene Glycol）；PEG600（聚乙二醇-1 2，I N C I：P E G-1 2）；1,3-丙二醇（INCI：Propanediol）；甘油聚醚-26（INCI：Glycereth-26）；甲基葡糖醇聚醚-20（INCI：Methyl Gluceth-20）；以上原料均是化妆品级别。

1.1.2 主要仪器设备

电子天平PL-E型，梅特勒-托利多集团；台式离心机TDL-4C型，上海安亭科学仪器厂；显微镜BX35型，Olympus中国有限公司；高效液相色谱Waters 2695、2487紫外检测器，美国Waters公司；紫外分光光度计Cary 100，Varian公司；傅里叶红外光谱仪Affinity-I型，日本岛津有限公司；透射电子显微镜JM-1010。

1.2 方法

1.2.1 Res/多元醇/HP-β-CD制备

称取Res与一定比例的多元醇（PEG400、双丙甘醇、1,3-丁二醇、PEG600、1,3-丙二醇、甘油聚醚-26、甲基葡糖醇聚醚-20），搅拌10 min（可适当加热）至完全透明后待用；按照上述Res的质量称取8.55倍量的HP-β-CD，先将HP-β-CD溶于适量蒸馏水，然后将溶解在多元醇的Res溶液缓慢加入其中，搅拌溶解均匀透明后，即得Res/多元醇/HP-β-CD水溶液。

1.2.2 表征

（1）稳定性

Res/PEG400/HP-β-CD 水溶液分别放置于-18℃、4℃、室温、40℃、48℃；循环条件下放置一周和两个月；光照条件下放置一周和一个月；60℃条件下放置72 h观察稳定性。

（2）显微镜观察

取少量Res水溶液和Res/多元醇/HP-β-CD水溶液进行显微镜观察。

（3）离心测试

称取10 g Res水溶液和Res/多元醇/HP-β-CD水溶液放置离心管进行离心测试，参数测定3000 r/min，30 min。

（4）含量分析

分别移取0、0.40、0.60、0.80、1.00 mL白藜芦醇标准溶液（1.00 mg/mL）置于10 mL容量瓶中，用流动相稀释至刻度，组成白藜芦醇含量分别为0、40.0、60.0、80.0、100.0 μg/mL的标准样品系列，按照本方法测定条件分别测定标准样品系列、试样溶液。

（5）紫外吸收光谱（UV）测定

准确称取一定量Res、Res/多元醇和Res/多元醇/HP-β-CD，用蒸馏水充分稀释，以蒸馏水为参比在200～400 nm进行扫描。

（6）红外光谱（IR）测定

分别取RES、HP-β-CD、PEG400、RES和HPβ-CD的物理混合，多元醇稀释制备法白藜芦醇包裹体，以及传统溶剂旋蒸法制备白藜芦醇包裹体，压片后进行IR测定，扫描范围在400～4000 cm-1。

（7）透射电子显微镜（TEM）

采用投射电镜观察Res/多元醇/HP-β-CD的微观形貌，样品质量分数为1%。

2 结果与分析

2.1 多元醇选择

白藜芦醇（Res）在不同多元醇的溶解情况见表1。结果表明，Res在PEG400、双丙甘醇、1,3-丁二醇、甘油聚醚-26、甲基葡糖醇聚醚-20这5个多元醇中具有溶解性，其中PEG400、双丙甘醇、甘油聚醚-26、甲基葡糖醇聚醚-20这4个多元醇对Res的溶解性相对较好，因此选取它们继续做不同温度下对白藜芦醇的溶解情况，其结果见表2。结果表明，PEG400相对于其他多元醇溶解Res所需温度更低，且溶解度相对其他较好，因此选取PEG400作为本次研究所用的多元醇。

最终选取白藜芦醇：PEG400=1∶9的比例作为研究进行Res/PEG400/HP-β-CD包裹。

表1 不同比例的各类多元醇中白藜芦醇的溶解情况

表2 不同温度白藜芦醇在多元醇的溶解情况

2.2 稳定性

2.2.1 溶解性对比

分别将Res/PEG400加入一定量蒸馏水和溶解一定比例的HP-β-CD的蒸馏水中，对比见图1。

从图1可知，在无HP-β-CD的水溶液中，溶解在PEG400的白藜芦醇在蒸馏水中析出，为浑浊液体；在含有一定量HP-β-CD的蒸馏水中为清澈透明的液体。猜测溶解在PEG400的白藜芦醇分子进入HP-β-CD的疏水空腔内，被包裹形成小粒径的包裹体，因此其水溶液清澈透明。

图1 溶解性对比

2.2.2 离心

Res/PEG400/HP-β-CD水溶液的离心结果良好，表明其稳定。

2.2.3 显微镜观察

通过电子显微镜观察，其结果见图2。

从图2可知，Res/PEG400水溶液中有针状晶体结构，如同Res水溶液中的针状晶体结构，而Res/PEG400/HP-β-CD水溶液中则看不到任何针状物或者颗粒，说明Res溶解在PEG400后，加入到含有HP-β-CD的水溶液中，Res分子进入HP-β-CD的疏水空腔内，被包裹形成小粒径的微包裹体并阻断了Res分子内氢键结合，使其在水中很好地溶解，因此其水溶液在电子显微镜下看不到针状物或者颗粒显示。

图2 电子显微镜图

2.2.4 不同环境下的稳定性情况

不同环境下的稳定性情况见图3和图4；其稳定性结果见表3。

从表3可知，高温和光照条件下颜色均有不同程度的变化，其他条件均良好，且所有条件均无白藜芦醇析出；需要对放置2个月稳定性的样品进行含量分析检测。

2.3 放置两个月后的含量分析

4℃、室温、40℃、48℃条件下放置2个月和光照条件下放置1个月后含量检测结果见图5。

图3 放置一周样品稳定性（60℃, 72 h）

图4 放置2个月时样品稳定性（光照1个月）

从图5可知，光照稳定下白藜芦醇含量保持87.6%，仅稍有损失；其余4个条件（4℃、室温、40℃、48℃）稳定时白藜芦醇含量保持在97.6%～99.6%，几乎无损失，说明白藜芦醇与羟丙基-β-环糊精形成微胶囊后，可以很好地隔离白藜芦醇分子，减少其分子内氢键结合，增加其水溶性的同时增强其稳定性，使得在高温条件下稳定性良好。

表3 各个条件下稳定性结果

图5 不同条件下稳定性的含量测定

2.4 紫外（UV）光谱法

Res、Res/PEG400/HP-β-CD和Res/PEG400的紫外（UV）光谱图见图6。

从图6 可知，白藜芦醇（R e s）和溶解在PEG400的白藜芦醇（Res/PEG400）的最大吸收峰都位于304 nm，而包裹在羟丙基-β-环糊精的白藜芦醇（Res/PEG400/HP-β-CD）的最大吸收波长发生红移，其最大吸收峰位于305 nm，这是因为白藜芦醇进入到羟丙基-β-环糊精的疏水空腔内，两分子间氢键、范德华力等均会对白藜芦醇的电子云产生干扰，从而使得最大吸收波长发生红移[19-21]。由此可得到白藜芦醇被包裹在羟丙基-β-环糊精中，形成粒径很小的包裹体结构。

图6 紫外（UV）吸收光谱图

2.5 红外（IR）光谱法

白藜芦醇、羟丙基-β-环糊精、PEG400、白藜芦醇和羟丙基-β-环糊精的物理混合，多元醇稀释法制备白藜芦醇包裹体，以及传统溶剂旋蒸法制备白藜芦醇包裹体的红外光谱图见图7。

从 图7 可 知，R e s 的 特 征 峰 有3 1 8 5 c m-1、1583cm-1以及1379cm-1（酚苯环）、964cm-1、828cm-1和673cm-1。HP-β-CD的特征峰有3320cm-1、2925cm-1、1636cm-1、1079cm-1以及945cm-1、846cm-1、754cm-1（葡萄糖环特征吸收峰）。在Res/HP-β-CD的红外光谱中未发现Res的酚苯环吸收峰，提示RES被包合于HP-β-CD中。其中Res和HP-β-CD物理混合图（图7c）是Res（图7a）和HP-β-CD（图7b）的叠加，出现了两个分子的特征吸收峰，波数没有明显变化。

在Res的IR谱图（图7a）中位于1583cm-1、1509cm-1、1443cm-1处的苯基骨架振动峰，在Res/PEG400/HP-β-CD的IR谱图（图7e）中分别移到1590cm-1、1516cm-1、1455cm-1，并且吸收强度减弱，这是因为Res进入到HP-β-CD的疏水空腔内，对Res起到保护作用。Res的IR谱图（图7a）的烯烃C-H弯曲振动吸收峰（964cm-1）在多元醇稀释制备法白藜芦醇包裹体的IR谱图（图7e）中消失，以上和传统溶剂旋蒸法制备白藜芦醇包裹体的IR谱图（图7f）相似，说明Res分子进入了HP-β-CD的空腔，形成了包裹体[22]。

2.6 透射电子显微镜（TEM）

Res/PEG400/HP-β-CD的TEM图见图8。

图7 红外（IR）光谱图

图8 透射电子显微镜（TEM）图

从图8可知，视野内无白藜芦醇的晶体析出物，与常规电子显微镜结果符合；无明显参考文献报道单独的白藜芦醇棒状晶体存在[23]；羟丙基-β-环糊精包裹白藜芦醇的包裹体在溶液中大小比较均匀，呈现30 nm左右的团聚体形式存在。羟丙基-β-环糊精对难溶活性物具有增溶效果，能与白藜芦醇形成粒径很小的包裹体，增加白藜芦醇的水溶性和稳定性。

3 结论

为解决传统工艺中绿色能源问题，本研究创新性地采用化妆品中常用的多元醇代替有机溶剂，首次采用多元醇稀释法的操作工艺，将白藜芦醇稳定高效地包裹于羟丙基-β-环糊精中，并进行表征。方法：按质量比1∶9∶8.55称取Res、PEG400和HPβ-CD；Res与PEG400在室温下搅拌10～15 min至完全透明后，待用；后将HP-β-CD溶于适量蒸馏水，再将上述制备的Res/PEG400缓慢加入其中，搅拌使之溶解后，即得透明Res/PEG400/HP-β-CD水溶液。结果表明：PD法制备的Res/PEG400/HPβ-CD水溶液稳定性良好，表征结果显示Res被包含于HP-β-CD中。

本研究创新开发出的多元醇稀释法（PD法）制备环糊精包裹白藜芦醇的工艺相对于传统的环糊精包裹方法，在后期无须通过蒸馏设备或者冷冻干燥等进行除去，具有无须使用有机溶剂的优点，很好地避免了有机溶剂残留问题。同时，对多元醇稀释法这一创新工艺的研究结果表明，新技术与传统技术在环糊精的包封效率、稳定性、溶解度提升等方面，均保持一致。因此，对于化妆品生产企业来说，该工艺生产出来的半成品，可以直接应用于化妆品产品的生产。

本研究以白藜芦醇为代表，同时也考察了四氢姜黄素、槲皮素、阿魏酸、视黄醇等溶解性差的活性物，相关研究正在进行中。