肉桂醛-羟丙基-β-环糊精包合物的研制

肉桂醛-羟丙基-β-环糊精包合物的研制杨宝亭;刘静;王庚南;刘聚祥【摘要】为提高肉桂醛的溶解性,本试验采用水溶液搅拌法制备肉桂醛-羟丙基-β-环糊精包合物,并用正交设计法优化工艺条件,以包合率和包合物得率为判断指标,得到肉桂醛-羟丙基-β-环糊精包合物能够包合的最佳条件为肉桂醛和羟丙基-β-环糊精投料摩尔比是1∶1,包合时间为4h,包合温度为45℃.所得包合物经红外光谱法、差示扫描量热分析法进行分析鉴定,表明肉桂醛与羟丙基-β-环糊精已形成包合物,其包合率可达到75.64％,得率达到99.0％.因此,该包合工艺能进行肉桂醛包合物的制备,提高其溶解性并将肉桂醛由挥发油制备成固体粉末剂型.【期刊名称】《河北农业大学学报》【年(卷),期】2017(040)001【总页数】5页(P93-96,110)【关键词】肉桂醛;羟丙基-β-环糊精;包合物;正交设计【作者】杨宝亭;刘静;王庚南;刘聚祥【作者单位】河北农业大学动物医学院,河北保定071000;河北农业大学动物医学院,河北保定071000;河北农业大学动物医学院,河北保定071000;河北农业大学动物医学院,河北保定071000【正文语种】中文【中图分类】S859.5肉桂醛(Cinnamaldehyde)，通常称为桂醛，化学名称为3-苯基丙烯醛，淡黄色粘稠液体，有浓郁的肉桂香味，在香料、制药、日用化学品、饲料、造纸及食品加工等方面都有广泛应用[1]。

在饲料方面，使用肉桂醛作为饲料添加剂能促进猪、牛、鸡、鸭的生长，提高饲料中氮素在动物体内的贮留量，对屠体瘦肉比的提高有很大作用；肉桂醛可杀灭溶血性大肠杆菌，作为饲料添加剂可治疗仔猪下痢，而对肠道内无害的非溶血性大肠杆菌影响不大，因此安全性高，对于生殖功能影响小，母猪饲料中也可安心使用；肉桂醛作为抗真菌的活性物质，可通过破坏真菌细胞壁，从而进入真菌细胞内破坏细胞器，因此可防止饲料霉变，是天然的饲料防腐剂；此外，有研究发现肉桂醛作为饲料添加剂被使用后，能以粪便形式被排泄至泥土中，经过24 h后几乎全部被分解消失，无残留问题。

但肉桂醛作为挥发油，其水溶性差，在空气中易挥发并且容易被氧化，杀菌作用不持久[2]，临床使用不方便。

经过羟丙基-β-环糊精包合，制成包合物后水溶性大大提高，外观则从油状转变为固体粉末，方便临床使用。

近年来,我国科研人员有用β-环糊精(β-cyclodextrin)包合肉桂醛，并对其包合行为进行研究，表明可形成肉桂醛-β-环糊精包合物，对于提高肉桂醛的水溶性和稳定性起到了积极作用。

但是β-环糊精在水中溶解度有限，且具有一定的溶血性和刺激性，包合肉桂醛后，依然给临床使用带来很多困扰。

羟丙基-β-环糊精(Hydroxypropyl-β-cyclodextrin)是β-环糊精的一种衍生物，水溶性好，对热稳定且溶血作用低，是近年来发展较快的一种低毒、安全、有效的药物增溶剂[3]。

为了获得高稳定性、低毒的可溶性肉桂醛-羟丙基-β-环糊精包合物，本研究采用了水溶液搅拌法并优化了研制工艺，通过红外光谱法、差示扫描量热法等分析方法对产物进行分析，以期为扩大肉桂醛的应用提供理论指导。

1.1 材料1.1.1 材料肉桂醛(上海颖心实验室设备有限公司，含量≥99.0%)，羟丙基-β-环糊精(山东淄博千汇科技有限公司)，其他均为分析纯试剂(天津市福晨化学试剂厂)。

1.1.2 仪器 6850 UV-Vis.Spectrophotometer(比比科技有限公司)，SartoriusAG-T214型电子天平(北京德国赛多利斯仪器系统有限公司)，金怡XH-C旋涡混合器(金坛市医疗仪器厂)，HJ-4A数显恒温磁力搅拌器(金坛市医疗仪器厂)，LGJ-18冷冻干燥机(北京松源华兴科技发展有限公司)，HH-W420数显三用恒温水箱(金坛市医疗仪器厂)，FTIR-8400S红外光谱仪(岛津企业管理有限公司)，Differential Scanning Calorimetry 3(梅特勒-托利多集团)。

1.2 方法1.2.1 制备包合物取一定量羟丙基-β-环糊精于100 mL锥形瓶中，加100 mL水溶解，备用。

肉桂醛与无水乙醇按体积比以1∶4混合后，逐滴加入到羟丙基-β-环糊精溶液中，橡胶塞封口。

恒定温度下用数显恒温磁力搅拌器以1000 r/min搅拌至规定时间，80 ℃敞口水浴30 min，静置1 h，用0.45 μm微孔滤膜过滤，所得溶液用真空冷冻干燥机冷冻干燥24 h后得包合物并收集产物。

1.2.2 包合率的检测 (1) 肉桂醛在无水乙醇中溶解度标准曲线的制备。

将少量肉桂醛溶于无水乙醇中，以无水乙醇溶液为对照，通过全波长扫描测得肉桂醛在无水乙醇中的最大吸收波长为286 nm。

配置浓度为0.02～0.012 mmol/L的肉桂醛无水乙醇标准溶液，紫外286 nm处测定其吸光度(每个样品平行测定3次后取平均值)。

(2) 包合物中肉桂醛含量测定。

精密称取包合物0.05 g，用20 mL丙酮快速洗涤以便洗去未包合的游离肉桂醛，然后放入烘箱60 ℃烘干10 min使丙酮全部挥发，将剩余的固体粉末置于10 mL离心管中，用8 mL无水乙醇充分溶解，以无水乙醇为对照，检测，对照标准曲线得肉桂醛含量。

1.2.3 包合物的鉴定 (1)红外光谱法。

用 KBr 压片法，分别测定肉桂醛、羟丙基-β-环糊精、肉桂醛-羟丙基-β-环糊精包合物及其混合物红外光谱。

(2)差示扫描量热法。

取肉桂醛、羟丙基-β-环糊精、肉桂醛与羟丙基-β-环糊精的物理混合物、包合物进行差热分析。

分析条件为：升温速度50 ℃/mi n、温度范围40 ℃～500 ℃、氮气流速50 mL/min。

为了得到最佳包合工艺，对影响包合工艺的因素：肉桂醛和羟丙基-β-环糊精的摩尔投料比，包合温度，包合时间3个因素进行考察，采用SPSS软件L9(33)正交表设计试验见表1，以包合物得率和包合率作为指标进行综合考察优选工艺。

包合物得率包合率综合评分=包合率*0.7+包合物得率*0.33.1 肉桂醛在无水乙醇中溶解度的标准曲线肉桂醛在无水乙醇中溶解度的回归方程为:A=23.417C+0.0337，R2=0.9987，在0.02～0.012 mmol/L范围内，肉桂醛的吸光度与浓度呈良好的线性关系。

3.2 包合物鉴定结果与分析3.2.1 红外光谱结果及分析羟丙基-β-环糊精、肉桂醛以及两者的物理混合物和包合物红外扫描结果如图1。

比较可知：(1)形成的包合物的红外光谱图与肉桂醛及物理混合物的红外光谱图明显不同。

(2)肉桂醛在1680 cm-1附近形成C=O吸收峰，而包合物形成后，此吸收峰强度大大减弱，这可能是由于C=O 与羟丙基-β-环糊精上的羟基形成了氢键从而导致振动减弱。

(3)肉桂醛在1 625 cm-1附近形成苯环呼吸振动峰，而包合物形成后峰形也极大减弱，说明苯环进入羟丙基-β-环糊精内腔中苯环振动受到抑制。

3.2.2 差示扫描量热结果及分析肉桂醛-羟丙基-β-环糊精包合物与简单的物理混合不同，它依靠范德华力、氢键作用力等分子间作用力形成新物质，在DSC图谱上表现为吸热峰位置的消失或改变，结果见图2。

由图2可以看出，羟丙基-β-环糊精在370 ℃左右有1个吸热峰，肉桂醛在260 ℃左右有1个蒸发吸热峰，这是加热过程中肉桂醛吸热挥发，直至260 ℃左右挥发完全；肉桂醛与羟丙基-β-环糊精物理混合物为两者的叠加，肉桂醛的蒸发吸热峰向左偏移是由于肉桂醛和羟丙基-β-环糊精混合而成，肉桂醛所占比例减小，导致肉桂醛蒸发较快峰位置左移；而肉桂醛包合物的吸热峰仅在370 ℃左右有1个吸热峰相较于羟丙基-β-环糊精的吸热峰向左偏移，肉桂醛的吸热峰消失，表明有新的物质形成，肉桂醛和羟丙基-β-环糊精包合成功。

3.3 正交试验结果3.3.1 正交试验数据处理用SPSS统计软件对各项数据进行F值方差分析，结果见表2。

通过对正交试验表的直观分析可知：B因素影响最小，C因素影响最大，各因素对包合率影响由大到小的顺序为C>A>B。

3.3.2 方差分析结果对正交试验结果进行方差分析结果见表3～4。

从表3方差分析可以看出：A、B、C这3个因素对包合物收得率的影响大小依次为C>A>B，但都不显著。

从表4方差分析可以看出：C对包合率影响显著，A和B对包合率的影响不显著A>B，因此各因素对包合率的影响由大到小排序为C>A>B，符合直观分析结果。

因此，以包合率和得率为主要指标，得到最佳的包合工艺为A1B3C2，即投料比为1∶1，包合温度为45 ℃，包合时间为4 h。

4.1 红外光谱法红外光谱是通过不同物质对红外光谱电磁波的选择性吸收来进行结构分析的一种方法。

不同分子是由处于不断振动状态的原子构成的，分子只吸收与其振动、转动频率相一致的红外光谱，组成分子的各个基团都有其对应的特征吸收峰反应在红外光谱图上。

比较各个物质红外光谱图特征吸收峰的变化情况可判断是否形成了新的物质。

如果所得特征吸收峰发生降低、位移或消失，说明药物与环糊精产生了包合作用。

本方法主要用于含羰基药物的包合物的检测，适用于肉桂醛的鉴定。

4.2 差示扫描量热法差示扫描量热(Differential scanning calorimetry，DSC)法是在程序控制温度下，测量输给物质和参比物的功率差与温度关系的一种技术[4]，被广泛应用于药品的研究生产和质量测试的快速可靠的热分析方法，是判断环糊精包合物形成与否的有效方法之一[5-6]。

4.3 正交试验法正交试验是依据正交性，挑选出有代表性试验点进行部分试验以代替全面试验的一种设计方法。

它通过对代表性试验数据的分析了解全面试验情况，以实现工艺的优化[7]。

运用这种方法安排的实验具有“均匀分散、整齐可比”的特点[8]，是一种高效、快捷、经济的试验设计方法。

本试验利用正交设计对3种因素、3种水平进行考察，达到了均匀分散、整齐可比的要求，实验数据真实可靠。

4.4 包合因素的选择包合条件、水平的选择是依据前人的经验，选用了可行性高、耗能低的几组包合条件进行综合考察。

陈鸿雁[9]等的研究表明肉桂醛与β-环糊精形成摩尔比为1∶1的包合物，以此为依据，选用投料比1∶1、1∶2、2∶1进行考察；钱亮亮等[10]认为低温有利于包合物的稳定，因此本试验的温度条件较低，最低选用常温25 ℃；由于投料摩尔比、包合温度等与包合时间共同影响包合效果，前2个因素的随机搭配会对包合效果的影响产生不确定性，因此包合时间选用了较广的范围2～6 h。

李萍[11]等采用超声波法制备了肉桂醛-β-环糊精包合物，虽然包埋率高，但是β-环糊精水溶性较低，而羟丙基-β-环糊精有极高的溶解性，且溶血性很低，具有更高效、安全的药用价值。