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Preparation and stability of sub-micro-emulsion of which the emulsifier is digalactosyl diglyceride from natural product

以天然产物双半乳糖基二酰甘油酯为乳化剂的亚微乳的制备及稳定性研究



全 文 :书以天然产物双半乳糖基二酰甘油酯为乳化剂的
亚微乳的制备及稳定性研究
李新刚1,胡洁1,赵秀丽1,胡海洋1,赵庆春2,陈大为1
(1.沈阳药科大学 药学院,辽宁 沈阳 110016;
2.沈阳军区总医院 药剂科,辽宁 沈阳 110016)
[摘要] 目的:探讨双半乳糖脂二酰甘油酯(digalactosyldiglyceride,DGDG)作为一种乳化剂使用的可行性。方法:以香
叶油为模型药物,油中乳化法制备初乳,通过单因素考察优化制备工艺,采用星点设计效应面法(centralcompositedesignre
sponsesurfacemethodology,CCDRSM)对处方进行优化,并对其稳定性进行初步研究。结果:确定的最终制备工艺为:60℃,油
中乳化法制备初乳,于组织匀浆机中匀浆10min,高压均质于80Pa下循环10次,022μm微乳滤膜滤过灭菌,充氮灌封即得。
最优处方为:DGDG用量16%;大豆油用量11%;油酸钠用量016%。其中香叶油用量为03%。所得亚微乳外观细腻洁
白,所制3批样品粒径为1680~1693nm,Zeta电位为2553~2490mV,pH848~852,最佳处方的验证结果与预测值相
差18%。在高温、光照条件下稳定性良好。结论:DGDG可作为香叶油亚微乳的乳化剂使用。
[关键词] 双半乳糖基二酰甘油酯;香叶油;亚微乳;星点设计效应面法
[收稿日期] 20090521
[通信作者] 赵庆春,Tel:(024)28856205,Email:zhaoqc53@yahoo.
com.cn;陈大为,Tel:(024)23986306,Email:chendawei@syphu.
edu.cn
[作者简介] 李新刚,硕士,主要从事中药制剂研究。Email:lxg
198320022003@163.com
  据国内外文献报道[14],双半乳糖脂的酰甘油酯
(DGDG)几乎存在于所有植物中,以燕麦中含量较
高。DGDG和磷脂一样,同属于内源性物质,含有亲
水与疏水基团,是一种天然的表面活性物质,但含量
甚少,仅占生物膜总脂类含量的2%,因而提取分
离的困难,长期没有得到广泛的运用。本研究中所
用DGDG,由燕麦麸皮中分离得到。香叶油[5]是?
牛儿苗科 Geraniaceae天竺葵属 geranium香叶天竺
葵PelargoniumgraveolensL'Herit经蒸馏所得挥发
油。研究表明,香叶油具有抑制肿瘤细胞、细菌和真
菌的生长作用;对尖锐湿疣的治疗作用;促进透皮给
药的作用等。为了探索 DGDG的药学应用前景,本
实验以DGDG作为乳化剂,以香叶油为模型药物,
制备亚微乳,并且对其工艺与处方进行优化。
1 材料
组织匀浆机(上海弗鲁克流体机械制造有限公
司),NS1001L二步高压均质机(意大利 NiroSoavi
S.P.A.),UV2501PC型紫外分光光度计(日本岛
津株式会社),NicompTM380粒径测定仪(Submicron
ParticleSizer,ParticleSizingSystems,美国),DF101S
集热式恒温加热磁力搅拌器(巩义市英峪予华仪器
厂),AEL160型电子天平(日本岛津株式会社)
TGL16B型离心机(上海安亭科学仪器厂)。
试药DGDG(自制,批号 200809),大豆油(铁领
注射用油厂),香叶油(江西吉安市恒诚天然香料提
炼油厂,批号 20080203),灭菌注射用水(沈阳军区
总医院药剂科)。
2 方法与结果
2.1 亚微乳的制备
2.1.1 亚微乳剂制备工艺的单因素考察 试验过
程中发现,采用油中乳化法制备初乳效果较好。本
研究中所用模型药物为中药挥发油,对温度较为敏
感,不稳定,制备温度选择60℃,以减少药物挥发。
将制备的初乳在组织匀浆机中匀浆10min后高压
均质,在相同循环次数下压力取60,80,100Pa。结
果80Pa时,粒径最小,100Pa时粒径反而增大。在
80Pa下分别循环2,4,6,8,10,12次,结果表明,循
环10次时粒径最小,循环12次时粒径增大。因此,
根据单因素考察结果确定均质压力为80Pa,循环10
次。022μm微乳滤膜滤过灭菌,充氮灌封,即得。
2.1.2 香叶油亚微乳的制备 油相的准备:将处方
量大豆油和 DGDG置小烧杯中,水浴加热到60℃

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保温,并连续搅拌,至 DGDG完全溶解,再加入处方
量的香叶油溶解。水相的准备:在处方量的注射用
水中加入处方量油酸钠,于70℃保温存30min,即
得。在搅拌下,将部分水相缓缓加入到油相中,搅拌
10min,按处方量补足注射用水,继续搅拌5min,制
得初乳。将制备的初乳在组织匀浆机中匀浆10min
后,将其用高压均质机于 80Pa下均质 10次,以
022μm微乳滤膜滤过灭菌,充氮灌封即得。
2.1.3 CCDRSM优化处方 单因素考察结果表
明,糖脂、大豆油以及油酸钠的用量皆对亚微乳的质
量有较大影响。采用 CCDRSM[6]优化处方,CCD
是多因素5水平的实验设计,是在2水平析因设计
的基础上加上极值点和中心点构成的。通常实验表
是以代码的形式编排的,试验时再转化为实际操作
值,一般水平取值为0,±1,±α,其中 0为中值,α
为极值,α=(F)1/4,F=2k,(k为因素数)。在确定
各因素水平的极大(+α)和极小值(-α)以后,依
据水平代码分别求出 +1,0,-1所代表的物理量。
0,±1水平的安排遵循任意2个物理量之间的差值与
对应代码之间差值成等比的原则。按照CCD原理设
计3因素5水平的试验,具体因素和水平见表1。
表1 星点设计因素水平 % 
水平

DGDG用量

大豆油用量

油酸钠用量
-1732 08 1 004
-1 105 14 007
0 14 2 012
1 175 26 017
1732 2 3 02
  乳剂的质量评价常以外观、粒径和离心稳定性
常数KE
[7]为指标。通过实验,发现所有处方的乳剂
外观良好,故以粒径和稳定性常数 KE为评分指标,
在评分过程中将2指标进行综合。星点设计中最常
用的方法为将2指标化为总评归一值(overaldesir
ability,本文定义为 Y)[8],方法如下:将指标中最好
的值规定为1,最差的值规定为0,其他值以等比换
算成0~1的值,即将所有指标均标准化为0~1的
“归一值”。对取值越小越好的因素和取值越大越
好的因素采用Hassan方法分别进行数学转换求“归
一值”dmax和dmin,公式如下:
dmax=(Yi-Ymin)/(Ymax-Ymin)
dmin=(Ymax-Yi)/(Ymax-Ymin)
各指标“归一值”求算几何平均数,得 A值。公
式如下:
Y=(d1d2…dk)
1/k(k为指标数)
结果见表2。
表2 星点设计实验结果
No. A B C 粒径/nm KE/% Y
1 -1 -1 -1 2766 600 000
2 1 -1 -1 2395 283 066
3 -1 1 -1 2265 534 033
4 1 1 -1 2800 104 047
5 -1 -1 1 2499 143 072
6 1 -1 1 2190 180 088
7 -1 1 1 2435 467 041
8 1 1 1 2445 341 057
9 -1732 0 0 2668 370 042
10 1732 0 0 2416 443 045
11 0 -1732 0 2393 074 084
12 0 1732 0 2519 465 038
13 0 0 -17323006 207 000
14 0 0 17322155 372 066
15~20 0 0 0 2466 070 079
  注:A.DGDG用量;B.大豆油用量;C.油酸钠用量;15~20为重
复试验。
  以A,B,C为自变量,Y为因变量,用Statistics软
件进行线性和非线性拟合。
线性拟合方程为 Y=051+008A-009B+
016C(r=076,P=002)拟合度不高。
非线性方程拟合方程为 Y=079+008A-
011B-009C-005A2 -016B2 -014C2 -
007AB-006AC-010BC(r=0935,P=0076)
拟合度明显好于线性模型。
以此方程作为分析及预测模型,未将模型进一
步简化,固定3个自变量之一为中值,以 Y为因变
量,相对于另 2个自变量的效应面(responsesur
face)三维图和二维等高线如图1~6(本实验中模型
拟合及效应面的绘制均采用Statistics软件)。
图1 A与B对Y值的三维效应图

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图2 A与B对Y值的二维等高线图
图3 A与C对Y值的三维效应图
图4 A与C对Y值的二维等高线图
图5 B与C对Y值的三维效应图
  图1与图2分别表示DGDG与大豆油用量对Y
值的三维效应面与二维等高线(油酸钠用量固定为
中值);图3与图4分别表示DGDG与油酸钠用量
  
图4 B与C对Y值的二维等高线图
对Y值的三维效应面与二维等高线(大豆油用量固
定为中值);图5与图6分别表示大豆油与油酸钠用
量对Y值的三维效应面与二维等高线(DGDG用量
固定为中值)。在二维等高线中读取最佳 Y值所对
应因素的值,取3组数据交集,得最优处方为:A取
06,即半乳糖脂用量16%;B取-15,即大豆油用
量11%;C取075,即油酸钠用量016%。其中香
叶油用量为03%。将 A=06,B=-15,C=075
代入非线性拟合方程,求得Y=1348。
2.2 最优处方的验证和制剂学考察
2.2.1 最优处方的验证 按最优工艺及处方制备
亚微乳3批(批号 20090401,20090402,20090403)。
并测定其粒径。测定方法为:将亚微乳用灭菌注射
用水稀释5000倍后立即放入 NicompTMPSS380粒
度测定仪的样品池内,调节光强度(intensity)至300
左右,光源为HeNe激光(λ0=633nm)。将操作参
数中温度设为测定时室温,开始测定,保持测定至
Timehistory曲线趋于直线时停止测定,保存数据。
NicompTM380/ZLS动电电位粒度分析仪测定的粒度
分布结果有 2种表示形式:Gaussian和 Nicomp分
布。每种分布均有以强度、体积、数量为权重的3种
粒径分布图(PSDI,PSDV,PSDN)。其中 PSDI分布更
能真实地反映体系的粒径分布,是最重要的粒度数
据。本研究均采用PSDI,结果3批样品粒径分别为
1684,1693,1680nm,平均值1686nm。
按参考文献[7]中所述方法测定3批样品KE值
分 别 为 0023%,0016%,0021%,平 均 值
0020%。
根据 Hassan归一化方法,1686归一化为
155,而KE值0020归一化为113。
Y=(155×113)1/2=1323
偏差为=[(1348-1323)/1348]×100%=18%

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由此可见,拟合值与实测值偏差较小。
2.2.2 pH及 Zeta电位的测定 采用 pH计和
NicompTM380粒径测定仪分别测定 3批样品的 pH
值和Zeta电位结果见表3。
表3 pH与Zeta电位测定
样品批号 pH Zeta电位/mV
20090401 849 -2490
20090402 848 -2553
20090403 852 -2517
  作为注射用乳剂,其 pH在耐受范围(pH4~
9)。由表3可见,乳剂样品的 Zeta电位的绝对值较
大,提示粒子间有较大的静电斥力,稳定性较好。
3 稳定性研究
3.1 评价指标
以亚微乳的外观、粒径、pH及离心稳定性常数
KE为评价指标进行稳定性研究。
3.2 离心试验
取香叶油亚微乳,置10mL离心管中,于是10000
r·min-1转速离心30min,其外观为均一乳白色乳
剂,未见油花,未分层,流动性良好。
3.3 影响因素实验
3.3.1 高温试验   将香叶油亚微乳 (批号
20090401)置40℃烘箱内放置10d,分别于第0,5,
10天取样,测定各考察指标,结果见表4。
表4 高温试验
时间/天 外观 粒径/nm pH KE
0 均一乳剂 1684 852 0024
5 均一乳剂 1706 849 0025
10 均一乳剂 1713 850 0028
  结果表明,在40℃下,乳剂外观未发生明显变
化,粒径和KE稍有增大,pH变小。
3.3.2 光照试验 将香叶油亚微乳(批号200904)
置恒温(25℃)光照箱中放置10d,分别于第0,5,
10天取样,测定各考察指标,结果见表5。
表5 光照试验
时间/天 外观 粒径/nm pH KE
0 均一乳剂 1684 852 0024
5 均一乳剂 1690 848 0026
10 均一乳剂 1701 847 0026
  结果表明,在强光照射下,乳剂外观未发生明显
变化,粒径和KE稍有增大,pH变小。
4 讨论
均质压力和次数均能显著影响乳剂的粒径,随
着压力和次数的增加,粒径减小;但当压力超过一定
值和次数过多时,粒径反而增大。这可能是因为随
着压力和次数的增加,乳剂的温度也随之升高,乳滴
粒子的动能增大,粒子更易碰撞聚集而增大。
DGDG分子中含有酯键和不饱和双键,故其较
易氧化分解,所以在制备工艺中并没有加热灭菌,而
是采用薄膜滤过除菌的方法,在灌封时需要充氮处
理,以防氧化。
本实验的主要目的在于探讨 DGDG作为乳化
剂使用的可行性,为了简化处方,并未向其添加抗氧
剂和等渗调节剂。
目前,国内文献报道中常用均匀设计和正交设
计优化工艺或处方,但是,二者均是基于线性模型的
设计(效应与因素间完全呈线性关系的很少),所以
在很多情况下它们只能给出某一因素的取值方向,
无法求得极值。CCDRSM则可以根据实际情况,选
择线性模型和非线性模型(包括二项式和三项式模
型),这样就可以大大降低拟合值和实测值之间的
偏差,提高预测精度。
亚微乳在高温和光照下外观无明显变化,粒径
和KE值稍有增大,pH变小,但变化均较小,表明其
稳定性良好。
研究发现,由燕麦中分离得到的 DGDG的亲水
亲油平衡值为7~815,从HLB值可以预测,其应该
也可以作为 W/O乳剂的乳化剂,在此方面还需要
进一步研究以证实。
[参考文献]
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Preparationandstabilityofsubmicroemulsionof
whichtheemulsifierisdigalactosyldiglyceridefromnaturalproduct
LIXingang1,HUJie1,ZHAOXiuli1,HUHaiyang1,ZHAOQingchun2,CHENDawei1
(1.SchoolofPharmacy,ShenyangPharmaceuticalUniversity,Shenyang110016,China;
2.DepartmentofPharmacy,TheGeneralHospitalofShenyangMilitaryRegion,Shenyang110016,China)
[Abstract] Objective:Tostudythefeasibilityofdigalactosyldiglyceride(DGDG),whichwasusedasanewtypeofemulsifier
topreparesubmicroemulsionofbayoil.Method:Bayoilasthemodeldrug,emulsiferinoilmethodwasusedtoprepareforemilk.
Throughsinglefactorinvestigationandcentralcompositedesignresponsesurfacemethodology(CCDRSM),weoptimizedtheprepara
tiontechnologyandformularespectively.Thestabilityofsubmicroemulsionwasstudied.Result:Theoptimatechnologyasfolow:
emulsiferinoilmethodwasusedtoprepareforemilk,tempwas60℃,themicroemulsionwaspreparedbytwostephighpressureho
mogenmethod,pressurewas80Pa,10times,microporefilmwasusedtosterilize,filingandsealingatthepreservationofnitrogen.
Thebestformulaasfolow:soybeanoil11%,DGDG16%,sodiumoleate016%.Theparticlesizeofthreebatchssubmicroemul
sionswerefrom1680to1693nm;Zetapotentialwerefrom2553to2490mV,pHvaluewerefrom848to852.Thedeviation
betweenmeasuredvalueandpredictivevaluewas18%.Itwasstableinhightemperatureandilumination.Conclusion:DGDGcould
beusedastheemulsifierofbayoilsubmicroemulsion.
[Keywords] digalactosyldiglyceride;bayoil;submicroemulsion;centralcompositedesignresponsesurfacemethodology
[责任编辑 周 驰]

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