维生素C 冻干球活性成分筛选及冻干工艺优化

王铭，陈泽阳，冯丽萍，高力虎

（江苏聚源医疗技术有限公司，江苏靖江 214500）

维生素C（Vitamin C）又称抗坏血酸（Ascorbic Acid），是化妆品中常见的美白成分之一。作为一种常见的抗氧化剂，维生素C 可抑制黑色素的形成，发挥美白作用，在一定范围内，维生素C 的含量越高美白功效越佳[1-2]。

由于维生素C 分子结构的特殊性，在水溶液中易被氧化降解，导致活性成分下降，从而逐渐丧失抗氧化活性，因此维生素C 衍生物被广泛开发利用，如不饱和脂肪酸的维生素C 酯和2-O-α-D-葡萄糖基-L-抗坏血酸（AA2G），能更好地发挥维生素C的生理学功能[3-4]。近年来，冷冻干燥技术在化妆品行业的应用逐渐广泛，使得维生素C 类化妆品能维持高浓度活性物的同时进一步提高产品的稳定性[5]。

相较于传统冻干粉，冻干球美观性更为突出，为更好地体现维生素C 冻干球的作用功效并改善其外观，本次课题研究从维生素C、维生素C 乙基醚（Only VCE）、2-O-α-D-葡萄糖基-L-抗坏血酸（AA2G）、维生素C 磷酸酯镁（MAP）中筛选最适合冻干的维生素C 活性成分；为了提高生产效率，节约能源，制备含水量低、复溶性更好的产品，对维生素C 冻干球的冻干工艺进行优化。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

维生素C（分析纯、上海颖心实验室设备有限公司），维生素C 乙基醚（食品级、安徽中弘生物工程有限公司），维生素C 磷酸酯镁（通用级、山东穗华生物科技有限公司），2-O-α-D-葡萄糖基-L-抗坏血酸（食品级、日本林原株式会社）。

LYO-0.5 型真空冷冻干燥机，上海东富龙科技股份有限公司；VOS-301SD 型真空干燥箱，东京理化器械株式会社；WKT-V2 型沃科烙volcano 卡式加热炉水分测定系统，江苏维科特仪器仪表有限公司；Agilent 1260 型高效液相检测仪，安捷伦科技（中国）有限公司。。

1.2 试验方法

1.2.1 水分测定

采用卡尔费休法（KF）测定水分，将称重的干燥冻干球溶于甲醇中，用卡尔费休液滴定至颜色由棕色变为黄色。可由电流计代替目测终点，当到达滴定终点时，电流突然增加（永停滴定）。这种方法所用样品量是质量分析法样品量的1/2～1/4。为了完全避免目测，可通过电解产生碘，然后用库仑法计算水的含量。

1.2.2 含量测定

（1）样品制备。采用30 mL 0.02 mol/L 磷酸二氢钾溶液（pH 3.0）溶解冻干球30 mg，定容至50 mL并存放1 h，然后在12 000 r/min 下离心，最后用0.22 μm 孔径的滤膜进行过滤。

（2）检测分析。色谱柱YMC-Triart C18，柱温25 ℃，流动相为0.02 mol/L 磷酸二氢钾溶液（pH 3.0）和甲醇溶液，梯度洗脱，流速为1.0 mL/min，使用二极管阵列检测器（DAD）检测，检测波长为250 nm，外标法定量[6]。

2 结果与分析

2.1 活性成分筛选

所选的维生素C 及维生素C 衍生物均有较好的功效，但经过试冻发现，维生素C 磷酸酯镁（MAP）冻干成型及外观最佳，结果如表1。

表1 维生素C 及维生素C 衍生物试冻考察结果

2.2 冷冻干燥工艺优化

现有产品冻干工艺为：预冻温度-45 ℃，维持8 h，降温至-55 ℃，抽真空，压力设置30 Pa，保持2 h；升华干燥温度为-20 ℃，设置升温时间为12 h，保持20 h；解析干燥温度为30 ℃，升温时间为4 h，保持2 h。由于解析干燥阶段用时较短，不做优化，本次试验将对预冻温度、预冻时间、升华干燥温度、升华干燥时间4 个主要冻干工艺参数进行优化，以外观、水分、合格率为评价指标，分别进行单因素实验，筛选较优试验结果。

2.2.1 预冻温度考察

预冻温度必须低于共晶点，才能保证冻干球彻底冻实，并形成有利于升华的结晶，否则干燥过程冻干球表面破损[7]。以原冻干工艺为基础，对预冻温度-45 ℃、-40 ℃、-35 ℃三个温度梯度进行考察，结果如表2 所示。

由表2 可知，预冻温度为-35 ℃时，样品出现外表面破损现象；预冻温度为-45 ℃、-40 ℃时，产品外观碎屑较少，水分小于2%，合格率较高，各项指标结果较好。结合节能考虑，选择-40 ℃为预冻温度。

2.2.2 预冻时间考察

预冻时间的长短会影响冻结结构，预冻时间不足，干燥过程结构可能被破坏[8]。以原冻干参数为基础，预冻温度为-40 ℃，考察预冻保持时间分别为8 h、7 h、6 h 对产品的影响，结果如表3 所示。

预冻时间6 h 时，样品未完全冻实，干燥阶段有气泡冲破表面出现外观破损，部分结构破坏。预冻时间7 h 或8 h 情况下，各项指标结果较好。结合节能考虑，确定预冻时间为7 h。

表2 预冻温度考察结果

表3 预冻时间考察结果

2.2.3 升华干燥温度考察

升华干燥过程的温度要低于崩解点温度，当冻结点残余水分没有及时抽除，而温度上升超过崩解点，产品内部局部溶化，表观现象为塌陷或萎缩。但如果温度过低，升华效率下降，能耗损失大。以原冻干参数为基础，调整预冻温度为-40 ℃，预冻时间为7 h，筛选升华干燥温度分别为-20 ℃、-16 ℃、-12 ℃，考察升华干燥温度对冻干球的影响，结果如表4 所示。

表4 升华干燥温度考察结果

升华干燥温度为-12 ℃时，发生部分产品塌缩的情况，且水分大于3%，不符合预期目标。升华干燥温度为-20 ℃、-16 ℃时，水分去除均达到预期。结合节能考虑，确定升华干燥温度为-16 ℃。

2.2.4 升华干燥时间考察

考察实际冻干过程发现，升华时间过短，产品升华面（即生干燥层和冻结层二者的交界面）未能在升华干燥阶段下降到底层，则产品进入高温阶段后，冻结层水分无法全部去除，会出现局部溶化的情况。本次考察相较于以原冻干参数为基础，预冻温度选择-40 ℃，预冻时间为7 h，升华干燥温度分别为-16 ℃，梯度设置干燥温度，考察结果如表5 所示。

从表5可知，8 h升温、8 h保温时，样品外观萎缩，水分高，合格率低，不符合要求；10 h 升温、10 h 保温和12 h 升温、12 h 保温，效果较好。结合节能考虑，确定升华干燥时间为10 h 升温、10 h 保温。

2.3 中试放大及稳定性考察

按照优化后的冻干工艺，制备3 批中试样品。经检测，各项指标均符合要求。说明优化的冻干工艺稳定可行，适合放大。中试样品检测结果如表6 所示。

参考中国药典[9]要求，对3 批中试产品留样进行加速稳定性测试。按市售包装在温度和相对湿度（40 ℃±2 ℃，75%±5%）条件下存放6 个月。其中第0、3、6 个月的固定时间点分别取样，按照标准方法检测，产品质量无明显不良趋势，通过了加速稳定性考察。

表5 升华干燥时间考察结果

表6 中试样品检测结果

3 结论

本次研究筛选维生素C 磷酸酯镁（MAP）作为维生素C 冻干球的活性成分，并通过优化获得最佳冻干参数：预冻温度-40 ℃，保温7 h；升华干燥温度-16 ℃，升温时间10 h、保温10 h。通过优化，提高了生产效率，降低了生产成本，符合质量要求，为后续工业化生产维生素C 冻干球奠定了基础。