唐宏伟 旷春桃 向 舒 李湘洲 杨 婷 易祥光

(中南林业科技大学材料科学与工程学院，湖南 长沙 410004)

β-环糊精(β-CD)是淀粉生物降解得到的由7个D-吡喃葡萄糖单元通过α-1,4糖苷键形成的环状低聚糖[1]。β-CD可通过羟基的化学反应，选择性地进行化学修饰制备各种衍生物，提高其性能，其中羟丙基-β-环糊精(HP-β-CD)是应用最为广泛的β-CD衍生物之一。由于β-CD及其衍生物的“内腔疏水、外腔亲水”锥形空腔结构，具有提高脂溶性物质的稳定性、生物利用度以及控制药物释放等作用，常用作脂溶性物质的增溶剂，稳定剂以及靶向制剂的载体等[2]。Duarte等[3]采用甲基化-β-CD包埋白藜芦醇，白藜芦醇水溶性提高400倍；Hsu等[4]研究表明，HP-β-CD包埋大黄乙醇提取物可提高其水溶性和生物利用度。

白藜芦醇(Resveratrol，Res)是广泛存在于虎杖、葡萄、花生、桑葚[5-7]等植物中的多酚类化合物，被喻为继紫杉醇之后的又一天然抗癌药物。Res具有抗癌[8-9]、抗氧化[10]、促进伤口愈合[11]和减轻神经痛[12]等生物活性。然而，Res水溶性和稳定性差，见光易分解等缺点限制了它的应用[13-14]。Zhang等[15]将抗溶剂沉淀法制备的Res纳米分散体和Res原料直接暴露于阳光下，Res纳米分散体中Res仅减少的质量分数为14%，而Res原料减少的质量分数80%；高欣等[16]研究表明，采用共研磨技术制备的纳米级Res的水溶性显著增加，吸收速率和生物利用度也明显提高。但是，采用喷雾干燥法制备水溶性Res/HP-β-CD微胶囊尚未有文献报道。

本研究拟采用喷雾干燥法制备水溶性Res/HP-β-CD微胶囊，优化其制备工艺，并采用紫外光谱(UV)、红外光谱(IR)、扫描电镜(SEM)对微胶囊进行结构表征，以期获得水溶性白藜芦醇，拓宽其应用领域。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

1.1.1 材料与试剂

白藜芦醇(Res)：花垣恒远植物生化有限公司；

羟丙基-β-环糊精(HP-β-CD)：生物试剂(BR)，美国Sigma-aldrich公司；

无水乙醇：分析纯，天津市富宇精细化工有限公司。

1.1.2 主要仪器设备

小型喷雾干燥仪：B-290型，瑞士BUCHI实验室仪器公司；

扫描电镜：JSM-6380LV型，日本电子株式会社；

傅立叶红外光谱仪：Affinity-I型，日本岛津有限公司；

紫外可见分光光度计：UV-2600型，上海天美科学仪器有限公司；

化学合成反应仪：PPS-1511-CE型，日本东京理化器械株式会社。

1.2 方法

1.2.1 Res标准曲线的测定 准确移取10.8 mg/L 的Res贮备液0.5，1.0，2.0，3.0，4.0，5.0 mL加入10 mL的棕色容量瓶内，用蒸馏水定容至10 mL，以蒸馏水为参比于307 nm处测其吸光度，以吸光度对Res浓度进行线性回归，得标准曲线方程。

1.2.2 喷雾干燥法制备水溶性Res/HP-β-CD微胶囊

准确称取一定量的HP-β-CD，加30 mL蒸馏水溶解，转移至化学合成反应仪中，然后缓慢滴加用5 mL无水乙醇溶解的Res，在设定温度下搅拌，最后将溶液在试验设定条件下喷雾干燥，得到水溶性Res/HP-β-CD微胶囊。

1.2.3 Res/HP-β-CD微胶囊溶解度的测定 在离心管中加入2.0 mL蒸馏水，加入过量的Res/HP-β-CD微胶囊，25 ℃超声震荡24 h后，5 000 r/min离心10 min，过滤，取滤液用蒸馏水稀释，于307 nm处测定吸光度，计算Res的溶解度[17]。

1.2.4 Res/HP-β-CD微胶囊载药量的测定 准确称取Res/HP-β-CD微胶囊一定量(m2)，用蒸馏水充分溶解，5 000 r/min 离心10 min，过滤，取滤液用蒸馏水稀释，于307 nm处测定吸光度，计算样品中Res的质量(m1)，Res/HP-β-CD微胶囊中载药量按式(1)计算：

(1)

式中：

L——微胶囊中Res载药量，%；

m1——样品中Res的质量，g；

m2——样品的质量，g。

1.2.5 紫外吸收光谱(UV)的测定 准确称取一定量Res和Res/HP-β-CD微胶囊，用蒸馏水充分溶解，5 000 r/min离心10 min，过滤，取滤液用蒸馏水稀释，以蒸馏水为参比在250～400 nm进行扫描。

1.2.6 红外光谱(IR)的测定 分别取Res、HP-β-CD、Res和HP-β-CD的物理混合物，以及Res/HP-β-CD微胶囊，KBr 压片后进行IR测定，扫描范围400～4 000 cm-1。

1.2.7 扫描电镜(SEM)的测定 取适量Res和HP-β-CD 的物理混合物以及Res/HP-β-CD微胶囊，对其表观形貌进行观测。金/钯合金为镀靶，真空喷金镀膜，电压：15 kV。

1.2.8 正交试验优化Res/HP-β-CD微胶囊的制备工艺

在预试验考察了芯壁比、搅拌温度、进料流量和进风温度的基础上，采用四因素三水平正交试验设计优化Res/HP-β-CD微胶囊的制备工艺。

1.2.9 综合评分的确定 采用综合评分法对Res/HP-β-CD微胶囊的制备工艺进行综合评定，将多指标转化为单指标，综合考虑载药量和溶解度在Res/HP-β-CD微胶囊中的重要性，将试验组中最大Res载药量设定为100分，权重系数40，最大Res溶解度设定为100分，权重系数60，综合评分按式(2)计算[18]。

(2)

式中：

Y——综合评分；

L——试验组的Res载药量，%；

Lmax——试验组中最大Res载药量，%；

S——试验组的Res溶解度，g/L；

Smax——试验组中最大Res溶解度，g/L。

1.3 数据处理

每个试验重复3次试验，取平均值。采用Excel 2010进行统计分析，Origin 8.5软件绘图。

2 结果与分析

2.1 Res的标准曲线

Res的标准曲线见图1。线性回归方程为A=0.285 6CRes+0.018 8(R2=0.999 8)，结果表明，在0.54～5.40 mg/L时线性关系良好。

2.2 预试验结果

Res/HP-β-CD微胶囊的化学计量比为1∶1[19]，HP-β-CD作为Res增溶剂的同时，HP-β-CD可对进入其空腔的Res起到保护作用，提高Res的稳定性，因此，试验中物料摩尔比nRes∶nHP-β-CD为1∶1左右，即质量比wRes∶wHP-β-CD为1∶4～1∶6。预试验表明，进料流量过大，料液雾化后不能完全干燥，出现粘壁现象以及一部分料液以液滴形式进入喷雾圆筒，因此进料流量在3.0 mL/min左右；此外，由于Res的热不稳定性，进风温度过低，干燥速率太慢，甚至干燥不完全，进风温度太高，不利于Res的稳定，因此，进风温度选择150 ℃左右。

图1 Res的标准曲线Figure 1 The standard curve of Res

2.3 Res/HP-β-CD微胶囊制备工艺的优化

在预试验的基础上，确定正交试验的因素和水平取值见表1，结果见表2。

表1 因素水平表Table 1 Factors and levels

表2 正交试验结果Table 2 Results of orthogonal test

表2极差分析表明，搅拌温度对综合评分影响最大，因为HP-β-CD与Res的包合作用为放热反应，随温度的升高，包合形成常数减少，包合物趋向于解离，因此，适当降低温度有利于微胶囊的形成[20]，其次为进风温度，进风温度太高，会导致Res降解，再次为进料流量和物料比，进料流量太大，容易出现粘壁现象。因此，优化工艺条件为A2B1C1D1，即wRes∶wHP-β-CD1∶5(g/g)，搅拌温度30 ℃，进料流量2.1 mL/min，进风温度140 ℃。在优化工艺条件下进行3次重复验证实验，所得Res/HP-β-CD微胶囊的载药量为15.18%，溶解度为12.75 g/L。

2.4 Res/HP-β-CD微胶囊的UV分析

Res和Res/HP-β-CD微胶囊的UV光谱图见图2。

图2 Res,and Res/HP-β-CD微胶囊的紫外吸收光谱Figure 2 UV spectra of Res,and Res/HP-β-CD microcapsule

从图2可知，Res的最大吸收峰位于305 nm，而Res/HP-β-CD的最大吸收波长从305 nm红移到307 nm，因为Res进入HP-β-CD及其衍生物空腔后，HP-β-CD内部高能水分子移出，Res进入HP-β-CD分子空腔内，Res与HP-β-CD存在氢键、疏水作用力、范德华力等多种作用力，对白藜芦醇的电子云产生干扰，从而使得最大吸收波长发生红移[21-23]。

2.5 Res/HP-β-CD微胶囊的IR分析

Res、HP-β-CD、Res和HP-β-CD物理混合物及Res/HP-β-CD微胶囊的红外光谱图见图3。

从图3可知，Res和HP-β-CD的物理混合物[图3(c)]的IR谱图是Res的IR谱图[(图3(a)]和HP-β-CD的IR谱图[图3(b)]的叠加，出现了Res和HP-β-CD的特征吸收峰，波数没有明显变化。

在Res/HP-β-CD微胶囊的IR谱图[图3(d)]中，HP-β-CD 的O─H伸缩振动吸收峰3 383 cm-1覆盖了Res[图3(a)]的O─H伸缩振动峰，并且红移到3 338 cm-1，可能是Res苯环上酚羟基与HP-β-CD端口的OH形成氢键所致[23]。Res的IR谱图[图3(a)]中位于1 585，1 510，1 443 cm-1处的苯基骨架振动峰，在Res/HP-β-CD微胶囊的IR谱图中分别移到1 602，1 516，1 456 cm-1，并且吸收强度减弱，因为Res苯环进入了HP-β-CD的疏水空腔，与HP-β-CD的疏水空腔发生疏水作用，起到保护Res的作用，说明Res/HP-β-CD微胶囊可以提高Res的稳定性。Res的IR谱图[图3(a)]的烯烃面外C─H弯曲振动吸收峰(962 cm-1)在Res/HP-β-CD微胶囊的IR谱图中消失，说明Res分子进入了HP-β-CD的空腔，形成了微胶囊[24]。

图3 Res、HP-β-CD、Res和HP-β-CD物理混合物及Res/HP-β-CD微胶囊的红外光谱的红外光谱图Figure 3 Infrared spectra of Res,HP-β-CD,physical mixture of Res and HP-β-CD,and Res/HP-β-CD microcapsules

2.6 Res/HP-β-CD微胶囊的SEM分析

Res和HP-β-CD的物理混合物以及Res/HP-β-CD微胶囊的SEM图见图4。

从图4可知，Res和HP-β-CD物理混合物的SEM图[图4(a)]中可见2种形态特征，球形的HP-β-CD和片状的Res，球表面有凹陷、缺损、小孔和褶皱等，而Res/HP-β-CD微胶囊[图4(b)]为外形饱满、表面光滑的球形，无裂纹和凹陷，大小比较均匀，粒径大约为1～10 μm，远小于物理混合物中球形状态的HP-β-CD。HP-β-CD本身对难溶药物具有增溶效果，并且粒径减少，比表面积增加，增加了Res的水溶性[25-26]，此外，Res与HP-β-CD形成微胶囊后，可以很好地将Res隔离，增强其稳定性。

图4 Res和HP-β-CD物理混合物及Res/HP-β-CD微胶囊的SEM图Figure 4 SEM of physical mixture of Res and HP-β-CD, and Res/HP-β-CD microcapsule

3 结论

(1)HP-β-CD对Res具有良好的增溶效应，喷雾干燥法制备Res/ HP-β-CD微胶囊的优化工艺为wRes∶wHP-β-CD1∶5(g/g)，搅拌温度30 ℃，进料流量2.1 mL/min，进风温度140 ℃，该条件下，载药量为15.18%，溶解度为12.75 g/L。

(2)Res与HP-β-CD通过氢键、疏水作用力等作用力形成Res/ HP-β-CD微胶囊，通过喷雾干燥制备的Res/ HP-β-CD微胶囊粒径减少，比表面积增大，提高了Res的溶解度。

将来可对Res/ HP-β-CD微胶囊的稳定性、释放性能以及生物活性进行研究。