超臨界CO2萃取柏子仁油的β-環(huán)糊精包合工藝

湯須崇,肖美添,葉靜

(華僑大學(xué)化工學(xué)院,福建泉州362021)

超臨界CO2萃取柏子仁油的β-環(huán)糊精包合工藝

湯須崇,肖美添,葉靜

(華僑大學(xué)化工學(xué)院,福建泉州362021)

采用超臨界CO2萃取法提取柏子仁油,然后采用β-環(huán)糊精飽和水溶液法制備柏子仁油/β-環(huán)糊精包合物.以包合物產(chǎn)率為主要篩選指標(biāo),考察影響包合工藝的主要因素,并用正交試驗(yàn)優(yōu)化最佳包合條件.結(jié)果表明,在β-環(huán)糊精與柏子仁油的質(zhì)量體積比為10∶1,包合溫度為70℃,包合時(shí)間為60 min,水與β-環(huán)糊精的體積質(zhì)量比為12∶1的最優(yōu)條件下,包合物的平均產(chǎn)率為82.13%,變異系數(shù)為1.37%.紫外掃描與紅外光譜分析表明,β-環(huán)糊精能夠?qū)Π刈尤视瓦M(jìn)行有效包合.

柏子仁油;β-環(huán)糊精;包合工藝;超臨界萃取

柏子仁為柏科植物側(cè)柏(Platycladus orientalis(Linn.)Franco)的成熟種仁[1],富含脂肪油,具有潤(rùn)腸通便[2]、滋養(yǎng)肝腎[3]、促智[4]、鎮(zhèn)靜[5]等作用的有效成分.采用超臨界CO2萃取法提取出的柏子仁油不穩(wěn)定、易氧化、酸敗,影響了其療效.利用β-環(huán)糊精(β-CD)具有環(huán)狀中空筒形,環(huán)外親水,環(huán)內(nèi)疏水的特殊結(jié)構(gòu),以及特別容易與揮發(fā)性成分形成較穩(wěn)定的包合物的性質(zhì)[6-7].在實(shí)驗(yàn)室制備柏子仁油/β-環(huán)糊精包合物,使柏子仁油被鍵合或被吸附在空腔結(jié)構(gòu)中,使油粉末化,增加藥物穩(wěn)定性,為制備含有柏子仁油的中成藥的各種劑型提供依據(jù).本文對(duì)β-環(huán)糊精包合超臨界CO2萃取柏子仁油的工藝進(jìn)行優(yōu)化.

1 儀器和材料

1.1 儀器

C-MAGHS7型加熱磁力攪拌器,ETS-D4型接觸式溫度計(jì)(德國(guó)IKA公司);DHG-9246A型電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱(上海精宏實(shí)驗(yàn)設(shè)備有限公司);HD-221-50-06型超臨界萃取裝置(江蘇南通華安超臨界萃取裝置有限公司);FTIR 8400-S型傅里葉變換紅外光譜儀(日本島津Shimadz公司);UV-1800pc型紫外可見分光光度計(jì)(上海美譜達(dá)儀器有限公司);SHB-ⅢT型循環(huán)水真空泵(河南鄭州長(zhǎng)城科工貿(mào)儀器有限公司);JY5002型電子天平(上海精密科學(xué)儀器有限公司).

1.2 材料

柏子仁(優(yōu)質(zhì),產(chǎn)地山東,安徽亳州市中藥飲片廠,批號(hào)100322);β-環(huán)糊精粉末(純度>99%)(天津市光復(fù)精細(xì)化工研究所);其余所用試劑均為分析純.

2 柏子仁油/β-環(huán)糊精包合物的制備

取柏子仁藥材,凈制,于50℃干燥10 h,粉碎至20目,放入超臨界萃取釜中進(jìn)行萃取.萃取釜萃取壓力為25 M Pa,萃取溫度為50℃,萃取時(shí)間為120 min,CO2流量為18～20 L·h-1.經(jīng)分離,可得到金黃色的柏子仁油,萃取率為33.61%.分離釜I壓力控制在6 M Pa,溫度控制在45℃;分離釜Ⅱ壓力控制在5 M Pa,溫度控制在35℃.

將適量β-環(huán)糊精粉末溶于水中,加熱溶解制成飽和水溶液,降至規(guī)定溫度;然后,滴入柏子仁油,置規(guī)定溫度的加熱磁力攪拌器,在200 r·min-1攪拌速度下攪拌至規(guī)定時(shí)間,取出,放入4℃的冰箱中冷藏24 h.抽濾得白色結(jié)晶,用30 m L無水乙醇洗滌濾渣,置于60℃烘箱中干燥5 h,粉碎后即可得最終產(chǎn)物——柏子仁油/β-環(huán)糊精包合物.

3 包合物制備單因素分析

3.1 β-環(huán)糊精與柏子仁油質(zhì)量體積比

β-環(huán)糊精與柏子仁油質(zhì)量體積比(m(β-CD)∶V(油))對(duì)包合物產(chǎn)率(η)的影響,如圖1所示.從圖1可以看出,當(dāng)β-環(huán)糊精與柏子仁油質(zhì)量體積比小于10∶1時(shí),包合物產(chǎn)率隨著β-環(huán)糊精的增加而顯著升高;當(dāng)β-環(huán)糊精與柏子仁油質(zhì)量體積比大于10∶1時(shí),包合物的產(chǎn)率隨著β-環(huán)糊精的增加而降低.這是由β-環(huán)糊精分子外部親水、內(nèi)部疏水的特殊結(jié)構(gòu)決定的.

在水溶液中,當(dāng)β-環(huán)糊精的疏水中心遇到疏水基且分子大小、形狀與之相適應(yīng)的外來分子時(shí),就會(huì)借助疏水基之間的親和力與之結(jié)合.因此,在β-環(huán)糊精與柏子仁油質(zhì)量體積比小于10∶1時(shí),隨著β-環(huán)糊精的增加,逐漸被包合完全,包合物產(chǎn)率也隨著升高;當(dāng)β-環(huán)糊精與柏子仁油質(zhì)量體積比等于10∶1時(shí),柏子仁油被完全包合,包合物產(chǎn)率達(dá)到最大值;再繼續(xù)增加β-環(huán)糊精,有部分β-環(huán)糊精沒有起到包合效果,包合物產(chǎn)率又降低.因此,β-環(huán)糊精與油質(zhì)量體積比的適宜比例為10∶1.

3.2 包合溫度

包合溫度(θ)對(duì)包合物產(chǎn)率的影響,如圖2所示.從圖2可以看出,包合溫度增加對(duì)柏子仁油包合物產(chǎn)率產(chǎn)生不同的影響.在60℃,80℃時(shí),均達(dá)到了最佳包合效率,但包合溫度過高會(huì)影響柏子仁油的穩(wěn)定性,故選擇包合的適宜溫度為60℃.

圖1 β-環(huán)糊精與柏子仁油質(zhì)量體積比對(duì)包合物產(chǎn)率的影響Fig.1 Effects of the m/V ratio ofβ-CD and seman platycladi oil on the yield of inclusion

圖2 包合溫度對(duì) 包合物產(chǎn)率的影響Fig.2 Effects of inclusion temperature on the yield of inclusion

3.3 包合時(shí)間

包合時(shí)間(t)對(duì)包合物產(chǎn)率的影響,如圖3所示.從圖3可知,隨著包合時(shí)間的增加,包合物產(chǎn)率呈下降趨勢(shì).這是因?yàn)閿嚢钑r(shí)間過久,形成的包合物被破壞了.因此,確定適宜的包合時(shí)間為30 m in.

3.4 水與β-環(huán)糊精體積質(zhì)量比

圖3 包合時(shí)間對(duì)包合物產(chǎn)率的影響Fig.3 Effects of inclusion time on the yield of inclusion

水與β-環(huán)糊精體積質(zhì)量比(V(H2O)∶m(β-CD))對(duì)包合物產(chǎn)率的影響,如圖4所示.從圖4可以看出,隨著加水量的增加,包合物產(chǎn)率呈先顯著下降后上升的趨勢(shì).這是因?yàn)棣?環(huán)糊精對(duì)有效分子的包埋只有在水存在時(shí)才能進(jìn)行.

β-環(huán)糊精分子中被水分子占據(jù)的非極性基團(tuán)可以被非極性的柏子仁油快速置換下來,但過多的水分子與β-環(huán)糊精的非極性部位結(jié)合,阻礙柏子仁油進(jìn)入疏水基團(tuán)中[8],并且會(huì)使柏子仁油的濃度降低,不利于包合,所以包合物產(chǎn)率會(huì)降低.因此,確定水與β-環(huán)糊精適宜的體積質(zhì)量比為12∶1.

4 包合物制備正交試驗(yàn)

圖4 水與β-環(huán)糊精體積質(zhì)量比對(duì)包合物產(chǎn)率的影響Fig.4 Ratio of water toβ-CD on the yield of inclusion

4.1 正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果

由預(yù)實(shí)驗(yàn)可知,影響包合物產(chǎn)率的主要因素有β-環(huán)糊精與柏子仁油的質(zhì)量體積比、包合溫度、包合時(shí)間和β-環(huán)糊精與水的體積質(zhì)量比.以柏子仁油包合物產(chǎn)率為指標(biāo),采用L9(34)對(duì)4個(gè)因素進(jìn)行考察.正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果如表1所示,方差分析結(jié)果如表2所示.

4.2 數(shù)據(jù)處理與結(jié)果分析

比較表1的4個(gè)因素極差值(R)可知,影響包合物產(chǎn)率的因素大小順序?yàn)锳>D>C>B.從表2可看出,因素A,D的P值分別為0.005和0.006,均小于0.01,說明因素A,D有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義;因素B,C的P值分別為0.316和0.299,均大于0.10,說明因素B,C無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義,即因素A,D對(duì)實(shí)驗(yàn)指標(biāo)有顯著影響,而因素B,C對(duì)實(shí)驗(yàn)指標(biāo)的影響不顯著,其影響的大小順序?yàn)锳>D>C>B.

表1 正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果Tab.1 Resultsof orthogonal experiment

表2 包合物產(chǎn)率方差分析結(jié)果Tab.2 Variance analysisof inclusion rate

優(yōu)化結(jié)果表明:β-環(huán)糊精包合柏子仁油最佳包合工藝條件為A3B3C2D1,即β-環(huán)糊精和柏子仁油的質(zhì)量體積比為10∶1,包合溫度為70℃,包合時(shí)間為60 min,水和β-環(huán)糊精的體積質(zhì)量比為12∶1.

對(duì)正交試驗(yàn)優(yōu)選出的最佳工藝進(jìn)行驗(yàn)證,可得到3批驗(yàn)證性試驗(yàn)的平均產(chǎn)率為82.13%,變異系數(shù)為1.37%,表明包合工藝穩(wěn)定、可行.

5 包合物的光譜分析

5.1 紅外光譜分析

圖5為柏子仁油、β-環(huán)糊精和柏子仁油/β-環(huán)糊精包合物的紅外光譜(IR)圖.從圖5(a)可看出,柏子仁油在781,1 496 cm-1處有特征吸收峰.從圖5(b)可看出,β-環(huán)糊精在742,1 220,1 540,1 770,3 010 cm-1處有特征吸收峰.從圖5(c)可看出,包合物的紅外光譜圖整體顯示β-環(huán)糊精紅外譜圖的特征,在742,827,1 220,1 540,2 996 cm-1處有特征吸收峰.雖然峰形有微弱的紅移,峰強(qiáng)度有稍微減弱,但峰形與峰強(qiáng)度和β-環(huán)糊精的基本一致,而柏子仁油的特征峰基本上消失了,說明柏子仁油已經(jīng)被β-環(huán)糊精包合,且形成新的物相.這與文獻(xiàn)[9]的試驗(yàn)研究結(jié)果一致.

圖5 紅外光譜譜圖Fig.5 IR spectra

5.2 紫外光譜分析

圖6 紫外可見光譜圖Fig.6 UV spectra

采用紫外分光光度法,以吸收曲線與吸收峰的位置和強(qiáng)度來判斷包合物形成的情況,結(jié)果如圖6所示.從圖6(a),(b)對(duì)比可以看出,柏子仁油乙酸乙酯溶液與β-環(huán)糊精包合物乙酸乙酯提取液所得紫外掃描圖形成的吸收光譜峰形類似,說明包合物已經(jīng)形成.

6 結(jié)束語

超臨界CO2萃取制備的柏子仁油呈金黃色油狀透明液體,流動(dòng)性較好,具獨(dú)特的柏子仁香氣和苦味,經(jīng)β-環(huán)糊精包合后,由油狀液態(tài)變?yōu)楣虘B(tài),掩蓋氣味,避免了揮發(fā),增加其有效成分的穩(wěn)定性.又因?yàn)棣?環(huán)糊精立體結(jié)構(gòu)外部有很多親水性醇羥基,可增大脂肪油在水中的溶解度和溶解速率,從而可提高其生物利用度,為制備中成藥的各種制劑特別是片劑、顆粒劑等固體劑型創(chuàng)造了先決條件.采用飽和水溶液法進(jìn)行包合實(shí)驗(yàn),工藝簡(jiǎn)單、科學(xué),便于工業(yè)化生產(chǎn).

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(責(zé)任編輯:錢筠英文審校:劉源崗)

Preparation ofβ-Cyclodextrin Inclusion Com plex for Seman PlatycladiOil Extracted from CO2Supercritical Fluid

TANG Xu-chong,XIAO Mei-tian,YE Jing
(College of Chemical Engineering,Huaqiao University,Quanzhou 362021,China)

In thiswork,seman platycladioilwas extracted by the method of supercritical CO2extraction firstly.Thenβcyclodextrin inclusion compound of seman platycladi oil was prepared by the way of saturated solution.During the process,the inclusion yield was selected as the main screening index and the op timum conditions were investigated using o rthogonal test.The proportion between quality ofβ-cyclodextrin and volume of seman platycladioil was 10∶1;the proportion between volume of water and quality ofβ-cyclodextrin was 12∶1;inclusion temperature was 70℃;inclusion time was 60 min;the mean inclusion property rates was 82.13%,coefficient of variation was 1.37%in the best condition. Furthermo re,UV and IR spectra showed thatβ-cyclodextrin could effectively include seman platycladi oil.

seman platycladioil;β-cyclodextrin;including methods;supercritical fluid extraction

O 641.4;R 284.2

A

1000-5013(2011)03-0304-05

2010-09-07

湯須崇(1985-),男,助理實(shí)驗(yàn)師,主要從事中藥成分提取和分離的研究.E-mail:tangxuchong035022@ 163.com.

華僑大學(xué)科研基金資助項(xiàng)目(09HZR08)