李培培，李小芳，周维，李平，向志芸，杨露

·炮制制剂·

魔芋葡甘聚糖-海藻酸钠载药凝胶微球的工艺研究

李培培，李小芳，周维，李平，向志芸，杨露

目的：以魔芋葡甘聚糖、海藻酸钠共混体系为载体材料，制备黄连素凝胶微球。方法：采用滴制法制备凝胶微球，单因素实验考察多糖浓度、共混比例（魔芋葡甘聚糖:海藻酸钠）、加药量、CaCl2溶液浓度对微球的影响，正交试验设计优化微球制备工艺，并采用多指标综合评分法对其进行评价。结果：优化的最佳制备工艺为多糖浓度2.5%，共混比例1:5，加药量0.5 g，CaCl2溶液浓度3%，微球的综合评分最高。结论：采用滴制法制备凝胶微球，方法简便易操作，制得的微球圆整性好，载药量和包封率均较高。

魔芋葡甘聚糖； 海藻酸钠；黄连素；凝胶微球

魔芋葡甘聚糖（konjoc glucomannan，简称KGM）是从天南星科植物魔芋块茎中提取的多糖成分，又名魔芋胶。其主链由D-甘露糖和 D-葡萄糖以β-1，4吡喃糖苷键聚合而成，在C-6 侧链上有少量乙酰基团。研究表明［1］，魔芋胶在胃肠道上端不会被消化道酶降解，但可被小肠末端及结肠部位的β-甘露聚糖酶所降解，魔芋葡甘聚糖还具有良好的凝胶性、吸水溶胀性及生物相容性［2］，并且具有利于通便和预防直肠癌和结肠癌的功能［3］。魔芋胶的这些特性使其在结肠靶向给药系统方面具有相当的研发前景，而魔芋葡甘聚糖与天然高分子的共混作为药物释放载体近年来一直都是国内外研究重点。

海藻酸钠（sodium alginate，简称SA）是从褐藻类的海带或马尾藻中提取的一种多糖碳水化合物。海藻酸钠是一种阴离子型天然高分子材料，由 α-L-甘露糖醛酸的钠盐（G）与β-D-古罗糖醛酸钠盐（M）通过 1，4-糖苷键连接组成共聚物，能与金属离子如Ca2+、Zn2+等发生反应，将其中的Na+置换出来形成交联网状结构的凝胶。此凝胶具有在pH值7.4的弱碱性环境中溶胀，而在pH值1.2的酸性环境中几乎不溶胀［4］。常作为结肠靶向给药系统的载体材料应用于药物科学领域。

考虑到魔芋葡甘聚糖具有结肠活性和结肠特异降解性，易生物降解，以及海藻酸钠可与金属离子反应凝胶化且具有pH敏感性，本文将魔芋葡甘聚糖与海藻酸钠共混应用，利用Ca2+进行交联制备了共混凝胶微球，以期发挥多糖共混协同增效作用，制备具有结肠酶降解性及pH敏感性结肠靶向给药制剂。

1　仪器与试剂

UV-6100型紫外可见分光光度计（上海美普达仪器有限公司）；85-2型恒温磁力搅拌器（江苏金坛市金城国胜实验仪器厂）；DZF-6050型真空干燥箱（上海琅玕实验设备有限公司）；BP-61电子分析天平（德国Satorius）；SB-5200DT超声波清洗机（宁波新枝生物科技股份有限公司）；UPT-1-10T超纯水机（成都超纯科技有限公司）；盐酸小檗碱对照品（批号：MUST-15010411，成都曼斯特生物科技有限公司）魔芋葡甘聚糖（Ruibio进口分装）；海藻酸钠（成都市科龙化工试剂厂）；黄连素提取物（实验室自制，纯度95%以上）；无水氯化钙；磷酸二氢钠；磷酸氢二钠（成都市科龙化工试剂厂）

2　方法与结果

2.1黄连素标准曲线的绘制

2.1.1测定波长的选择 取适量黄连素及空白的微球溶于pH7.4磷酸盐缓冲液，在200～800 nm波长范围进行紫外扫描，黄连素在345.5 nm处有最大吸收，而凝胶微球在此波长没有吸收，故选择345.5 nm为黄连素的检测波长。

2.1.2对照品溶液的制备 精密称取盐酸小檗碱对照品5 mg，用适量pH7.4磷酸盐缓冲液超声溶解，定容至100 mL，得浓度为0.05 mg·mL-1的对照品溶液。

2.1.3标准曲线的绘制 精密吸取“2.1.2”项下的对照品溶液0.4、0.8、1.2、1.6、2.0、2.4 mL置10 mL容量瓶中并定容，得一系列不同浓度的标准溶液，于345.5 nm处测定吸光度，以吸光度A为横坐标，浓度C为纵坐标，绘制标准曲线，得到标准曲线方程为：C=15.925A-0.2564，R2=0.9992。结果表明，黄连素在2～12μg·mL-1浓度范围内与吸光度呈良好的线性关系。

2. 2 载药量与包封率的测定

取干燥后的微球适量，置研钵中研细，精密称定10 mg，置25 mL容量瓶中，加适量pH 7.4磷酸盐缓冲液超声溶解后，定容至刻度，作为样品溶液。精密吸取适量的样品溶液，置于10 mL容量瓶中，用pH 7.4磷酸盐缓冲液定容至刻度，于345.5 nm处测定吸光度，计算黄连素的含量。

载药量=微球含药量/微球质量×100%

包封率=实际载药量/理论载药量×100%

2.3魔芋葡甘聚糖-海藻酸钠载药凝胶微球的制备

称取一定量的黄连素，加入50 mL纯化水，置恒温磁力搅拌器中，60℃搅拌溶解后，称取一定总量、一定比例的魔芋葡甘聚糖与海藻酸钠，混合均匀，缓缓加入黄连素溶液中，继续60℃磁力搅拌至溶解，静置片刻待气泡消除后，用针管滴加到一定浓度的CaCl2溶液中，交联1h，取出，去离子水冲洗3遍，电吹风机吹干表面水分，放入真空干燥箱，60℃干燥至恒重。

2.4单因素实验

按照单因素实验方法考察多糖浓度、共混比例、加药量、CaCl2溶液浓度对黄连素微球载药量、包封率和微球形态的影响。

2.4.1多糖浓度对载药量和包封率的影响 固定共混比例（KGM ：SA）1:4，加药量0.5 g，CaCl2溶液浓度3%，改变多糖浓度，按“2.3”项下方法制备凝胶微球，多糖浓度对黄连素微球的影响见图1 。由结果可知随着多糖浓度的增大，微球载药量降低，包封率增加，这是因为多糖浓度增加，相同质量的微球中含药量降低，故载药量减少，而随着浓度增加，微球的结构更加致密，更容易包埋药物，所以包封率上升。多糖浓度小于1%时，溶液过稀，不易与CaCl2溶液交联成型，但当多糖浓度达到3%时，溶液粘稠度较大，滴制出的微球有拖尾现象。

图1　多糖浓度对微球载药量和包封率的影响

2.4.2共混比例对载药量和包封率的影响 固定多糖浓度2.5%，加药量0.5 g，CaCl2溶液浓度3%，改变共混比例（KGM ：SA），按“2.3”项下方法制备凝胶微球，共混比例对黄连素微球的影响见图2。由结果可知，随着多糖中海藻酸钠比例的增大，微球的载药量和包封率均成上升趋势。当共混比例达到1:6时，趋势减缓。海藻酸钠比例越大，浓度越大，交联作用越强，微球结构更加紧密，载药量与包封率增大，增加到一定程度后，趋于平稳。

图2　共混比例对微球载药量和包封率的影响

2.4.3加药量对载药量和包封率的影响 固定多糖2.5%，共混比例（KGM ：SA）1:4，CaCl2溶液浓度3%，改变加药量，按“2.3”项下方法制备凝胶微球，加药量对黄连素微球的影响见图3。由结果可知，加药量增大，微球的载药量增加，加药量为0.9 g时，趋势减缓，包封率先上升后下降，可能是由于多糖溶液中药物含量大，形成微球时与溶液的接触增加而导致药物泄露。加入药物量大于0.9 g时，形成的微球较软，无弹性，一捻即碎，分析原因是药物含量过高，阻碍了海藻酸钠与Ca2+的交联作用。

图3　加药量对微球载药量和包封率的影响

2.4.4CaCl2溶液浓度对载药量和包封率的影响 固定多糖浓度2.5%，（KGM ：SA）1:4，加药量0.5 g，改变CaCl2溶液浓度，按“2.3”项下方法制备凝胶微球，CaCl2溶液浓度对黄连素微球的影响见图4。由结果可知，随着CaCl2溶液浓度的增大，载药量和包封率均呈先增大后减小的趋势。CaCl2溶液浓度较低时，Ca2+与海藻酸钠-魔芋葡甘聚糖混合溶液中的Na+置换率低，导致载药量和包封率低，当CaCl2溶液浓度过高时，反应较为活跃，导致药物渗漏，载药量和包封率降低。

图4　CaCl2溶液浓度对载药量和包封率的影响

2.5正交实验设计

根据单因素实验结果，每个因素设4个水平，根据正交试验设计原理选用L16（45）正交表设计实验，实验因素水平见表1。

表1　正交实验因素水平表

由于正交实验中制得的部分微球有粘连、拖尾、扁平等现象，而微球是否圆整和均一对其释药有很大影响，因此在正交实验中增加微球外形评分作为评价指标，评分标准见表2。

表2　微球形态评分标准

本试验以载药量、包封率、形态评分权重加和的综合评价为指标，应用综合评分法评价处方工艺［5～6］评价微球制备工艺，综合微球特点及要求和相关文献，权衡各指标对处方的贡献，设定指标载药量的权重为20%，包封率的权重为40%，微球形态评分的指标为40%。综合评分OD=Ai/Amax×20%+Bi/ Bmax×40%+Ci/Cmax×40%。正交实验设计与结果见表3。

表3　微球制备工艺正交实验设计与结果

注：A：多糖浓度，B：为共混比例，C：加药量，D：CaCl2溶液浓度，E：空白，Y1：载药量，Y2：包封率，Y3：形态评分。

由表3直观分析可知，各因素对微球制备影响大小顺序为C＞A＞B＞D，使用SPSS软件对实验数据进行分析，校正模型的P＞0.05，表明此模型无统计学意义，查阅文献［7］，若正交试验中某些因素所对应的离差平方和与误差平方和没有显著差异，应将它们合并起来作为误差估计，这样可使估计更为精确。因素D的离差平方与误差项相近，因此将D合并到误差项，再一次进行方差分析，得到结果见表4，此模型具有统计学意义，且A（多糖浓度）、C（加药量）2个因素对微球制备有明显影响（P＜0.05），B（共混比例）作用不显著，影响程度大小为C＞A＞B。因素D影响可忽略，得出微球的最佳制备工艺为A4B3C3，即以多糖浓度2.5%、共混比例1:5，加药量0.5 g 制备微球时，微球的综合评价最高。

表4　正交实验方差分析表

2.6优选工艺验证

按上述优选工艺进行3批验证实验，包封率分别为88.43%、87.88%、88.98%，载药分别为25.27%、25.11%、25.42%，外形评分为1.0、0.9、1.0，OD值0.804、0.762、0.807，评价较高、工艺稳定，与预期结果一致。

3　讨论

魔芋葡甘聚糖与海藻酸钠均为天然高分子多糖，来源丰富、廉价易得、安全无毒。魔芋葡甘聚糖不被上消化道消化酶降解，但可被结肠酶特异性降解，并且具有结肠活性，海藻酸钠具有PH敏感性，在酸性溶液中不溶胀，可与金属阳离子交联形成凝胶，这两种辅料常作为药物载体应用于结肠靶向给药系统。本文将魔芋葡甘聚糖与海藻酸钠共混应用，发挥其协同增效的作用，本实验采用滴制法制备魔芋葡甘聚糖-海藻酸钠载黄连素凝胶微球，操作方法简便。首先通过单因素实验考察多糖浓度、复配比例、加药量、CaCl2溶液浓度对微球载药量和包封率的影响，在单因素实验基础上进一步应用正交试验设计优化微球制备工艺，最后得出在多糖浓度2.5%、共混比例1:5，加药量0.5 g时，微球的综合评价最高，工艺验证实验表明制备工艺重现性良好，值得的凝胶微球载药量高、包封率大、球形圆整。

本文中单因素试验在预实验的基础上选择较佳的水平进行，成球良好，大小均一，因此只选择了载药量和包封率为评价指标，但正交实验过程中，由于不同因素水平的不同组合，导致有些微球形态不佳，出现拖尾、粘连、扁平等现象，而微球形态对微球释药有很大影响，因此，正交实验中，在载药量和包封率的基础上加入微球的形态评分作为评价指标。

［1］Nakajima N，Ishihara K，MatsmLra Y.Dietary—fiberdegrading enzymes from a human intestinal Clostridium and their application to oligosaccharide production from nonstarchy polysaccharides using immobilized cells［J］. Appl Microbiol Biotehnol，2002，59（2-3）:182.

［2］Wang C，Xu M，Lv W P，el al.Study on rheological behavior of konjac glucomannan［J］.Physics Procedia，2012（33）:25.

［3］谢建华，庞杰，朱国辉，等.魔芋葡甘聚糖功能研究进展［J］.食品工业科技，2005年12期:180.

［4］张驰宇.pH敏感型海藻酸钙多孔凝胶微球的制备及溶胀性能的研究［J］.功能材料，2010，12（41）:2153.

［5］JIANG L，GUO Y，LI S H，et al. Optimization of extraction technology for Qingfang Tongyu Powder by Multiple Guidelines Grading Method［J］.Chin J Exp Trad Med Form，2012，18（3）: 26.

［6］ SUN W J，YU S，SHAN M Q，et al. Optimization of drying technology of schizonepetae herba by Multiple- Index Grading Method［J］. Chin Pharm Aff，2012，26（6） : 577-5.

［7］王海滨. 方差分析在正交试验误差估计中的应用［J］.数学学习与研究，2010，23:81.

（责任编辑：傅舒）

Study on the preparation of drug-loaded gel microspheres using konjac glucomannan and sodium alginate

LI Pei-pei, LI Xiao-fang, ZHOU Wei, LI Ping, XIANG Zhi-yun, YANG Lu
(School of Pharmacy, Chengdu University of Traditional Chinese Medicine; Key Laboratory of Standardization for Chinese Herbal Medicine, Ministry of Education; National Key Laboratory Breeding Base of Systematic Research, Development and Utilization of Chinese Medicine Resources , Chengdu 611137, Sichuan)

Objective: The study is to prepare berberine gel microspheres with konjac glucomannan （KGM） and sodium alginate （SA） as carrier materials. Method: The gel microspheres were prepared by dipping method. The infl uence factors on microspheres such as polysaccharides concentration，the ration of KGM to SA，the dosage and CaCl2concentration were studied by single factor experiment. The extraction technology of microspheres preparation was optimized by orthogonal design，and evaluated by multiple index comprehensive evaluation. Result: The best conditions of berberine gel microspheres were optimized as following: 2.5% polysaccharides，the ration of KGM to SA （5:1），0.5g dosage，3%CaCl2concentration. Conclusion: The drip method of hydrogel microspheres preparation was simple and easy to operate. The microspheres have good shape，high drug loading rate and encapsulation effi ciency.

Konjac glucomannan； sodium alginate； berberine； gel microspheres

R 283.5

A

1674-926X（2015）06-007-04

成都中医药大学 中药材标准化教育部重点实验室 四川省中药资源系统研究与开发利用重点实验室—省部共建国家重点实验室培育基地，四川 成都 611137

李培培，在读硕士，从事中药新剂型及中药新技术研究Email: 2690506425@ qq. com

李小芳，女，教授，博士生导师，从事中药新剂型及中药新技术研究

Email:lixiaofang918@163.com

2015-04-27