星點設(shè)計－效應(yīng)面法優(yōu)化香附揮發(fā)油的β－環(huán)糊精包合物制備工藝

★ 楊松濤 蘇丹 宋永貴＊＊ (1．遼寧省撫順市藥品檢驗所 撫順113006;2．江西中醫(yī)學(xué)院 南昌330006;3．中藥固體制劑制造技術(shù)國家工程研究中心 南昌330006)

香附為莎草科植物莎草Cyperus rotundus L．的干燥根莖，具有疏肝解郁、理氣寬中、調(diào)經(jīng)止痛的功效，臨床常用于肝郁氣滯、胸脅脹痛、疝氣疼痛、乳房脹痛、脾胃氣滯、月經(jīng)不調(diào)、經(jīng)閉痛經(jīng)［1］。香附中所含揮發(fā)油具有抗腫瘤、降血壓、雌激素樣以及抗炎作用［2－5］。但揮發(fā)油成分容易損失，且氣味不良，不易貯存，水溶性差，直接使用生物利用度低，此外，香附揮發(fā)油具有一定的刺激性和辛辣感，直接服用不易接受。目前主要采用環(huán)糊精對香附揮發(fā)油進(jìn)行包合，然后制成相應(yīng)的制劑。本研究采用操作簡單，試驗次數(shù)少，精度高，預(yù)測性好星點設(shè)計法［6，7］(central composite design，CCD)設(shè)計實驗，其結(jié)果采用集數(shù)學(xué)和統(tǒng)計學(xué)方法于一體的效應(yīng)面法(response surface methodology，RSM)進(jìn)行優(yōu)化，得到香附揮發(fā)油－β－環(huán)糊精包合物制備工藝。

1 儀器與試藥

揮發(fā)油測定儀(上海玻璃儀器廠);SHZ－DIII型循環(huán)水式真空泵(浙江黃巖求精真空泵廠);85－1型恒溫磁力攪拌器(江蘇金壇市國旺實驗儀器廠);BT125D電子分析天平(賽多利斯科學(xué)儀器(北京)有限公司);香附揮發(fā)油(自制);β－環(huán)糊精(沈陽試劑三廠，純度＞98%，批號:20060125);水、乙醇等其余試劑均為分析純。

2 方法與結(jié)果

2．1 試驗方法和結(jié)果 選取包合時間、β－環(huán)糊精∶揮發(fā)油(m/v)以及包合溫度這3個對包合工藝影響較大的因素，根據(jù)預(yù)實驗單因素法考察結(jié)果及在最高和最低水平制備揮發(fā)油β－CD包合物的可行性，將上述3種因素的水平設(shè)置為:β－環(huán)糊精∶揮發(fā)油(m/v)為2－10，包合溫度為30℃ －555℃，包合時間為1－4小時。分別用X1、X2、X3來表示包合時間、β－環(huán)糊精∶揮發(fā)油(m/v)以及包合溫度，并以1．682，1、0、－1 和 －1．682 分別代表變量的水平，按方程Xi=(Xi－X0)/ΔX對自變量進(jìn)行編碼，其中，Xi為變量的編碼值，Xi為變量的真實值，X0為實驗中心點變量的真實值，ΔX為變量的變化步長，進(jìn)行三因素五水平的試驗設(shè)計(見表1)。

表1 試驗因素水平編碼表

按表1試驗因素水平安排試驗，對香附揮發(fā)油進(jìn)行飽和水溶液包合，以揮發(fā)油包合率為指標(biāo)。結(jié)果如表2所示。

表2 Central Composite Design試驗結(jié)果

2．2 響應(yīng)面法分析方案與結(jié)果 采用Design Expert 7．0軟件對表2實驗數(shù)據(jù)進(jìn)行多元回歸擬合，經(jīng)過運算后分別得到揮發(fā)油包結(jié)率(%)對包合時間(Xl)、揮發(fā)油∶β－環(huán)糊精(X2)和 包合溫度(X3)的模型，其擬合二次多項回歸模擬方程為:

Y=9．79+7．11X1－ 2．13X2+3．54X3+0．14X1X2+0．95X1X3－ 0．35X2X3－ 10．71X1X1－ 0．98X2X2－0．1X3X3(R2=0．7217)。擬合方程的相關(guān)系數(shù)說明設(shè)計模型擬合程度良好，可以用此模型對香附揮發(fā)油的β－環(huán)糊精包合制備工藝進(jìn)行分析和預(yù)測。分析上述回歸模型的方差，結(jié)果見表3。

表3 回歸模型方差分析

從表3中可以看出，模型中一次項Xl，X2，X3不顯著;X1X2交互項顯著;二次項X1^2極顯著，X2^2，X3^2不顯著。說明揮發(fā)油包合模型中各因素對包合率(%)的影響不是簡單的線性關(guān)系。

2．3 包合工藝的效應(yīng)面法優(yōu)選 采用Design Expert 7．0實驗設(shè)計軟件繪制指標(biāo)與自變量的三維曲面圖(圖1)，得到最優(yōu)包合工藝條件:β－CD:揮發(fā)油(w/v)為6，包合溫度為42．5℃，包合時間為2．5小時。

圖1 揮發(fā)油∶β－CD、包合時間以及包合溫度交互作用對揮發(fā)油包結(jié)率的影響

3 討論

(1)星點設(shè)計(central composite design，CCD)法在試驗設(shè)計上，較正交設(shè)計和均勻設(shè)計多采用的線性數(shù)學(xué)模型，精度不如星點設(shè)計，預(yù)測性較差。星點設(shè)計方法簡便，且在模型建立上采用非線性數(shù)學(xué)模型擬合，復(fù)合相關(guān)系數(shù)較高，預(yù)測值更接近真實值。

(2)應(yīng)用響應(yīng)面法得到最佳的包合工藝為:β－CD:揮發(fā)油(w/v)為6，包合溫度為42．5℃，包合時間為2．5小時。按上述最佳工藝，進(jìn)行3次重復(fù)試驗，測得揮發(fā)油包結(jié)率與預(yù)測值基本相同。說明用星點設(shè)計－效應(yīng)面法進(jìn)行的工藝優(yōu)選方法簡便，擬合結(jié)果合理、可靠。

［1］國家藥典委員會編·中華人民共和國藥典［S］．第1部北京:中國醫(yī)藥科技出版社，2010:241．

［2］黃劍鋒，彭國平．香附的化學(xué)成分及藥理研究進(jìn)展［J］．中藥材，2003，26(1):65 －68．

［3］溫東婷，張蕊，陳世忠．香附化學(xué)成分的分離及對未孕大鼠離體子宮肌收縮的影響［J］．北京大學(xué)學(xué)報(醫(yī)學(xué)版)，2003，35(1):110－111．

［4］解宇環(huán)，沈映君，紀(jì)廣亮，等．香附、藿香揮發(fā)油抗炎、鎮(zhèn)痛、解熱作用的實驗研究［J］．四川生理科學(xué)雜志，2005，27(3):731．

［5］劉國卿，王秋娟，謝卓丘．香附揮發(fā)油藥理研究［J］．中國藥科大學(xué)學(xué)報，1989，20(1):48 －50．

［6］吳偉，崔光華．星點設(shè)計－效應(yīng)面法及其在藥學(xué)中的應(yīng)用［J］．國外醫(yī)學(xué)藥學(xué)分冊，2000，27(5):292 －298．

［7］劉艷杰，項榮武．星點設(shè)計效應(yīng)面法在藥學(xué)試驗設(shè)計中的應(yīng)用［J］．中國現(xiàn)代應(yīng)用藥學(xué)，2007，24(6):455 －457．