柚皮素-β-環(huán)糊精包合物的制備及表征

郭亞寧

(寶雞文理學(xué)院 化學(xué)化工學(xué)院，陜西省植物化學(xué)重點實驗室，陜西 寶雞 721013)

柚皮素-β-環(huán)糊精包合物的制備及表征

郭亞寧*

(寶雞文理學(xué)院 化學(xué)化工學(xué)院，陜西省植物化學(xué)重點實驗室，陜西 寶雞 721013)

采用溶液-攪拌法制備了柚皮素-β-環(huán)糊精包合物，利用紫外光譜、紅外光譜、X射線衍射法、差熱分析法對其進(jìn)行結(jié)構(gòu)表征分析，并對其水溶性進(jìn)行測試. 結(jié)果表明包合物的形成提高了柚皮素的水溶性，從而改善了黃酮類化合物水溶性差的問題，有望提高該類化合物的生物利用度，為研發(fā)黃酮類新劑型提供理論基礎(chǔ).

β-環(huán)糊精；柚皮素；包合物；溶解度

β-環(huán)糊精(β-CD)是一類環(huán)狀的、由7 個β-吡喃葡萄糖單元通過α-1,4-糖苷鍵連接而成的低聚糖，具有“內(nèi)疏水、外親水”的剛性錐形空腔結(jié)構(gòu)，其能夠與少許極性、大小、外形及性質(zhì)相匹配的客體分子或某些客體分子的疏水性基團(tuán)構(gòu)成包合物，經(jīng)常用于增加藥物穩(wěn)定性、提高藥物溶解度、提高生物利用度和控制藥物釋放速度的作用[1-3].

柚皮素是二氫黃酮類化合物，在醫(yī)學(xué)、食品化學(xué)，農(nóng)學(xué)及食品科學(xué)等領(lǐng)域都有很廣泛的應(yīng)用，具有抗菌[4-5]、抗氧化[6]、抗腫瘤、抗心律失常、預(yù)防動脈粥樣硬化[7]等生物活性. 但由于其水溶性較差，熱穩(wěn)定性低，導(dǎo)致其生物利用度較低. 為了增強(qiáng)該類化合物的水溶性，改善其藥物活性，研究者采用環(huán)糊精及其衍生物與藥物包合的方式對一些天然產(chǎn)物進(jìn)行修飾以提高生物利用度，取得了一定的效果[8-10]. 為了進(jìn)一步拓展該類化合物的研究范圍，本文采用溶液-攪拌法制備柚皮素-β-環(huán)糊精包合物，利用紫外光譜、紅外光譜、X-射線衍射法、差熱分析法對其進(jìn)行結(jié)構(gòu)表征分析，并對其水溶性進(jìn)行測試. 結(jié)果表明包合物的形成提高了柚皮素的水溶性，改善了黃酮類化合物水溶性差的問題，有望提高該類化合物的生物利用度，為研發(fā)黃酮類新劑型提供理論基礎(chǔ).

1 實驗部分

1.1 主要儀器與試劑

UV-2550型紫外分光光度計(日本島津公司)、X射線衍射儀-UItima Ⅳ(日本理學(xué)公司)、電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱(上海躍進(jìn)醫(yī)療器械有限公司)、Nicolet 170SX FT-IR傅立葉變換紅外光譜儀(賽默飛世爾科技(中國)有限公司)；柚皮素(陜西慧科植物開發(fā)有限公司)、β-環(huán)糊精(陶灣化工廠)、無水乙醇、甲醇. 所用試劑均為分析純.

1.2 柚皮素-β-CD包合物的制備

稱取0.50 g柚皮素，用少量乙醇溶解. 按1∶1摩爾比準(zhǔn)確稱取β-環(huán)糊精2.08 g并加水制成飽和溶液. 然后緩慢加入柚皮素的乙醇溶液，混合均勻，于60 ℃下攪拌30 min，停止加熱并繼續(xù)攪拌5 h，冷卻，4 ℃冷藏靜置過夜，過濾. 固體在40 ℃真空干燥箱中干燥24 h，得柚皮素-β-CD包合物2.06 g，產(chǎn)率為79.8%.

1.3 標(biāo)準(zhǔn)曲線以及包合物溶解度、包合率的測定

1.3.1 柚皮素標(biāo)準(zhǔn)曲線

稱取柚皮素3.86 mg，置10 mL容量瓶中，用乙醇溶解并定容，量取1 mL并稀釋到10倍，之后每次稀釋到之前溶液的5/6，用乙醇定容，搖勻，貯藏，備用. 分別測定不同濃度的柚皮素溶液的吸光度(A). 以吸光度對濃度進(jìn)行線性回歸，得回歸方程為A=58.659 16ρ+0.013 59(R2=0.999 97)，不同濃度的柚皮素紫外吸收光譜如圖1.

圖1 不同濃度柚皮素的紫外吸收光譜Fig.1 Ultraviolet absorption spectra of different concentrations for naringenin

由圖1可知，濃度對柚皮素的紫外吸收具有較大的影響，其吸收強(qiáng)度隨柚皮素濃度的增加而增加.

以吸光度A為縱坐標(biāo)，柚皮素濃度為橫坐標(biāo)，做標(biāo)準(zhǔn)曲線圖，如圖2.

圖2 柚皮素標(biāo)準(zhǔn)曲線Fig.2 Standard curve of naringenin

結(jié)果表明，柚皮素質(zhì)量濃度在5.2～38.6 mg/L范圍內(nèi)與A呈良好線性關(guān)系.

1.3.2 包合物在水中溶解度的測定

稱取5.00 mg柚皮素和5.00 mg的柚皮素-β-環(huán)糊精包合物分別懸浮于15 mL的蒸餾水中，在恒溫磁力攪拌器上攪拌30 min，分別制得柚皮素和柚皮素-β-環(huán)糊精包合物的過飽和溶液. 分別移取上述清液各5 mL轉(zhuǎn)入50 mL的容量瓶中，再加入無水乙醇進(jìn)行稀釋、定容. 然后以無水乙醇作為參比溶液，在288 nm處測定吸光度A，如圖3. 將A代入標(biāo)準(zhǔn)曲線計算出柚皮素單體中柚皮素的含量為4.26 mg/L，包合物飽和水溶液中柚皮素的含量為38.6 mg/L，相當(dāng)于柚皮素-β-環(huán)糊精包合物199.49 mg/L(以包合比1∶1計算).

a-槲皮素；b-包合物.圖3 柚皮素及其包合物在水中的溶解度測定Fig.3 Solubility in water of naringenin and its inclusion compound

1.3.3 包合物中柚皮素含量的測定[11]

稱取3.72 mg的柚皮素-β-環(huán)糊精包合物配成0.037 2 g/L的溶液，以無水乙醇作為參比，在288 nm處測定其吸光度A，如圖4. 將A代入標(biāo)準(zhǔn)曲線計算包合物中柚皮素的含量為15.37%，然后根據(jù)所含β-環(huán)糊精的量推算出該包合物的包合比為1∶1. 以柚皮素和β-環(huán)糊精物質(zhì)的量之比為1∶1完全包合時為基準(zhǔn)，比較得該包合物的包合率為63.32%.

圖4 包合物中柚皮素含量測定圖Fig.4 Content of naringenin in inclusion compound

2 結(jié)果與討論

2.1 紅外光譜分析

分別取少量柚皮素、β-環(huán)糊精、柚皮素與β-環(huán)糊精的混合物、柚皮素-β-環(huán)糊精包合物進(jìn)行紅外光譜測定，其光譜圖如圖5. 從圖5可以看出：包合物和物理混合物的圖譜有著明顯的差異. 包合物在1 599.90、1 155.09和830.63 cm-1處有很強(qiáng)的吸收信號. 并且有5個峰發(fā)生了紅移，分別是1 626.92、1 586.71、1 247.31、889.82和665.94 cm-1. 同時有3個峰消失，分別是970.00、867.19和728.13 cm-1. 圖中柚皮素-β-環(huán)糊精物理混合物的光譜可以明顯看出是柚皮素和β-環(huán)糊精二者疊加的.

圖5 不同柚皮素樣品的紅外光譜圖 Fig.5 FTIR spectrograms of different samples

2.2 X-射線衍射分析

取少量柚皮素、β-環(huán)糊精、柚皮素與β-環(huán)糊精的混合物、柚皮素-β-環(huán)糊精包合物，在Cu-Co輻射，管電壓40 kV，管電流40 mA條件下進(jìn)行X射線衍射分析，如圖6所示. 從圖6中可以看出柚皮素-β-環(huán)糊精包合物已經(jīng)形成一個新的衍射峰. 它的峰值既不同于物理混合物也跟柚皮素、β-環(huán)糊精存在區(qū)別. 圖中柚皮素在3.0°、4.98°、15.54°、17.86°、19.56°、21.88°、24.94°、25.0°、27.42°有較強(qiáng)的衍射峰，可以表現(xiàn)出其晶體性質(zhì).β-環(huán)糊精在3.14°、10.78°、12.64°、17.82°、18.88°、24.2°、32.98°有幾組較寬的吸收峰說明其無定形性. 物理混合物在3.0°、10.74°、12.6°、18.02°、22.22°、25.08°有較強(qiáng)的衍射峰，包合物在3.04°、4.44°、8.74°、10.6°、12.32°、15.62°、17.92°、23.56°、29.94°有較強(qiáng)的衍射峰. 包合物中柚皮素的特征峰消失，存在兩組β-環(huán)糊精較寬的衍射峰，說明柚皮素已被β-環(huán)糊精包合.

圖6 不同柚皮素樣品的X射線衍射圖Fig.6 X-ray diffraction patterns of different naringenin samples

2.3 差熱圖譜分析

以空白作參比，升溫速率為10 ℃/min，升溫范圍為20～400 ℃，分別取少量柚皮素、β-環(huán)糊精、柚皮素與β-環(huán)糊精的混合物、柚皮素-β-環(huán)糊精包合物進(jìn)行差熱分析，如圖7. 由此可看出，包合物和物理混合物存在較為明顯的差異. 圖中可知物理混合物在250 ℃和307 ℃存在兩組較強(qiáng)的吸熱峰，在337 ℃有一組放熱峰. 而包合物的這兩組吸熱峰則移至251 ℃和304 ℃，前后者均強(qiáng)度增加，放熱峰基本消失，并且在137 ℃形成一組較弱的新吸熱峰，說明包合物已經(jīng)形成一種新的物相.

圖7 柚皮素不同樣品的差熱分析圖 Fig.7 Differential scanning calorimetric analysis of different samples

3 結(jié)論

以柚皮素為原料，采用溶液-攪拌法與β-環(huán)糊精進(jìn)行包合，制得柚皮素-β-環(huán)糊精包合物，采用紫外光譜法、X-射線衍射法、紅外光譜法、差熱分析等方法對包合物進(jìn)行結(jié)構(gòu)表征分析，并對其包合率、包合比以及溶解度進(jìn)行測定. 結(jié)果表明包合物中柚皮素的含量為15.37%，包合率為63.32%，包合比為1∶1，且包合物的生成明顯提高了柚皮素的水溶性，有效的解決了其利用率低的難題. 這為進(jìn)一步研發(fā)水溶性強(qiáng)、高效低毒的黃酮類藥物提供理論基礎(chǔ).

[1] 李姝靜, 胡杰. 環(huán)糊精構(gòu)筑超分子體系基礎(chǔ)及應(yīng)用 [M]. 北京: 化學(xué)工業(yè)出版社, 2014.

LI S J, HU J. The basis and application of supramolecular system constructed by cyclodextrin [M]. Beijing: Chemical Industry Press, 2014.

[2] 楊波, 楊光, 李代禧, 等. 苯乙醇香精與β-環(huán)糊精包合物的制備工藝研 [J]. 食品工業(yè)科技, 2007, 28(1): 210-212.

YANG B, YANG G, LI D X, et al. Study on preparation procedure ofβ-cyclodextrin inclusion complex for phenethyl alcohol [J]. Science and Technology of Food Industry, 2007, 28(1): 210-212.

[3] 楊小云, 付麗娜, 陳洪軒, 等. 飽和水溶液法制備莫能菌素-β-環(huán)糊精包合物的研究 [J]. 中國畜牧獸醫(yī), 2017, 44(1): 289-295.

YANG X Y, FU L N, CHEN H X, et al. Study on preparation ofβ-cyclodextrin inclusion compound of monensin by saturated water solution method [J]. China Animal Husbandry & veterinary Medicine, 2017, 44(1): 289-295.

[4] 霍平, 劉萬云. 柚皮素芳酰腙化合物的微波合成與抑菌活性研究 [J]. 化學(xué)試劑, 2012, 34(4): 193-195.

HUO P, LIU W Y. Microwave assisted synthesis and antibacterial activity of naringenin aromatic hydrazone compounds [J]. Chemical Reagents, 2012, 34(4): 193-195.

[5] ZHANG Y, WANG J F, DONG J, et al. Inhibition ofα-toxin production by subinhibitory concentrations of naringenin controls Staphylococcus aureus pneumonia [J]. Fitoterapia, 2013, 86: 92-99.

[6] MOHAMMAD A E, MOSTAFA A. Naringenin attenuates CCl4-induced hepatic inflammation by the activation of an Nrf2-mediated pathway in rats. [J]. Clinical & Experimental Pharmacology & Physiology, 2014, 41(6): 416-422.

[7] 楊穎, 羅暉, 呂湛. 柚皮苷與柚皮素對ApoE-/-小鼠主動脈粥樣硬化斑塊形成的作用 [J]. 醫(yī)藥導(dǎo)報, 2016, 35(11): 1181-1185.

YANG Y, LUO H, LV Z. Effect of naringin and naringenin on atherosclerotic plaque development aorta in apoE-/-mice [J]. Herald of Medicine, 2016, 35(11): 1181-1185.

[8] 馬水仙. 三種天然黃酮與環(huán)糊精的包合行為及性質(zhì)研究 [D]. 昆明: 云南民族大學(xué), 2012.

MA S X. Studies on the inclusion behavior and characte-rization of three flavonoids with cyclodextrins [D]. Kunming: Yunnan Minzu University, 2012.

[9] 解春英. 羥丙基-β-環(huán)糊精包合對柚皮素增溶作用研究 [D]. 杭州: 浙江大學(xué), 2011.

XIE C Y. Study on solubility enhancement of naringenin by inclusion complex with hydroxypropyl-β-cyclodextrin [D]. Hangzhou: Zhejiang University, 2011.

[10] SHULMAN M, COHEN M, SOTO-GUTIERREZ A, et al. Enhancement of naringenin bioavailability by complexation with hydroxypropoyl-β-cyclodextrin [J]. PLos One, 2011, 6(4): 1-6.

[11] 羅蘭, 孫殿甲, 苗愛東, 等. 甲苯米哇書-環(huán)糊精包合物質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的研究 [J]. 新疆醫(yī)科大學(xué)學(xué)報, 2001, 24(1): 66-67.

LUO L, SUN D J, MIAO A D, et al. Quality control of mebendazole-β-CD complex [J]. Journal of Xin Jiang Medical University, 2001, 24(1): 66-67.

[責(zé)任編輯：張普玉]

Preparation and characterization of naringenin-β-cyclodextrin inclusion compound

GUO Yaning*

(CollegeofChemistry&ChemicalEngineering,ShaanxiKeyLaboratoryofPhytochemistry,BaojiUniversityofArtsandSciences,Baoji721013,Shaanxi,China)

Naringenin-β-cyclodextrin inclusion compound was prepared by solution-stirring method, and its structure was characterized by UV spectroscopy, infrared spectroscopy, X-ray diffraction and differential thermal analysis. The test of water-solubility showed that the formation of inclusion compound significantly increased the water-solubility of naringenin, thus improves the water-solubility and bioavailability of flavonoids. This research provides theoretical basis for research and development on new dosage forms of flavonoids.

β-cyclodextrin; naringenin; inclusion compound; solubility

2017-01-17.

寶雞市科技計劃項目(16RKX1-11); 寶雞文理學(xué)院重點項目(ZK15085).

郭亞寧(1977-), 女, 副教授. 研究方向為有機(jī)合成及天然產(chǎn)物修飾與改性.*

, E-mail:ggyn1997@163.com.

R943

A

1008-1011(2017)04-0457-05