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(centralcompositedesignre
sponsesurfacemethodology,CCDRSM)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,022μm微乳滤膜滤过灭菌,充氮灌封即得。
最优处方为:DGDG用量16%;大豆油用量11%;油酸钠用量016%。其中香叶油用量为03%。所得亚微乳外观细腻洁
白,所制3批样品粒径为1680~1693nm,Zeta电位为2553~2490mV,pH848~852,最佳处方的验证结果与预测值相
差18%。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] 20090521
[通信作者] 赵庆春,Tel:(024)28856205,Email:zhaoqc53@yahoo.
com.cn;陈大为,Tel:(024)23986306,Email:chendawei@syphu.
edu.cn
[作者简介] 李新刚,硕士,主要从事中药制剂研究。Email:lxg
198320022003@163.com
据国内外文献报道[14],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.),UV2501PC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),DF101S
集热式恒温加热磁力搅拌器(巩义市英峪予华仪器
厂),AEL160型电子天平(日本岛津株式会社)
TGL16B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。022μm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℃
1
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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
022μm微乳滤膜滤过灭菌,充氮灌封即得。
2.1.3 CCDRSM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 CCDRSM[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
A
DGDG用量
B
大豆油用量
C
油酸钠用量
-1732 08 1 004
-1 105 14 007
0 14 2 012
1 175 26 017
1732 2 3 02
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 2766 600 000
2 1 -1 -1 2395 283 066
3 -1 1 -1 2265 534 033
4 1 1 -1 2800 104 047
5 -1 -1 1 2499 143 072
6 1 -1 1 2190 180 088
7 -1 1 1 2435 467 041
8 1 1 1 2445 341 057
9 -1732 0 0 2668 370 042
10 1732 0 0 2416 443 045
11 0 -1732 0 2393 074 084
12 0 1732 0 2519 465 038
13 0 0 -17323006 207 000
14 0 0 17322155 372 066
15~20 0 0 0 2466 070 079
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=051+008A-009B+
016C(r=076,P=002)拟合度不高。
非线性方程拟合方程为 Y=079+008A-
011B-009C-005A2 -016B2 -014C2 -
007AB-006AC-010BC(r=0935,P=0076)
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
2
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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
06,即半乳糖脂用量16%;B取-15,即大豆油用
量11%;C取075,即油酸钠用量016%。其中香
叶油用量为03%。将 A=06,B=-15,C=075
代入非线性拟合方程,求得Y=1348。
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
Timehistory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
1684,1693,1680nm,平均值1686nm。
按参考文献[7]中所述方法测定3批样品KE值
分 别 为 0023%,0016%,0021%,平 均 值
0020%。
根据 Hassan归一化方法,1686归一化为
155,而KE值0020归一化为113。
Y=(155×113)1/2=1323
偏差为=[(1348-1323)/1348]×100%=18%
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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 849 -2490
20090402 848 -2553
20090403 852 -2517
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 1684 852 0024
5 均一乳剂 1706 849 0025
10 均一乳剂 1713 850 0028
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 1684 852 0024
5 均一乳剂 1690 848 0026
10 均一乳剂 1701 847 0026
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。CCDRSM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7~815,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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Preparationandstabilityofsubmicroemulsionof
whichtheemulsifierisdigalactosyldiglyceridefromnaturalproduct
LIXingang1,HUJie1,ZHAOXiuli1,HUHaiyang1,ZHAOQingchun2,CHENDawei1
(1.SchoolofPharmacy,ShenyangPharmaceuticalUniversity,Shenyang110016,China;
2.DepartmentofPharmacy,TheGeneralHospitalofShenyangMilitaryRegion,Shenyang110016,China)
[Abstract] Objective:Tostudythefeasibilityofdigalactosyldiglyceride(DGDG),whichwasusedasanewtypeofemulsifier
topreparesubmicroemulsionofbayoil.Method:Bayoilasthemodeldrug,emulsiferinoilmethodwasusedtoprepareforemilk.
Throughsinglefactorinvestigationandcentralcompositedesignresponsesurfacemethodology(CCDRSM),weoptimizedtheprepara
tiontechnologyandformularespectively.Thestabilityofsubmicroemulsionwasstudied.Result:Theoptimatechnologyasfolow:
emulsiferinoilmethodwasusedtoprepareforemilk,tempwas60℃,themicroemulsionwaspreparedbytwostephighpressureho
mogenmethod,pressurewas80Pa,10times,microporefilmwasusedtosterilize,filingandsealingatthepreservationofnitrogen.
Thebestformulaasfolow:soybeanoil11%,DGDG16%,sodiumoleate016%.Theparticlesizeofthreebatchssubmicroemul
sionswerefrom1680to1693nm;Zetapotentialwerefrom2553to2490mV,pHvaluewerefrom848to852.Thedeviation
betweenmeasuredvalueandpredictivevaluewas18%.Itwasstableinhightemperatureandilumination.Conclusion:DGDGcould
beusedastheemulsifierofbayoilsubmicroemulsion.
[Keywords] digalactosyldiglyceride;bayoil;submicroemulsion;centralcompositedesignresponsesurfacemethodology
[责任编辑 周 驰]
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