溶劑對大麻二酚廣譜油溶解性和抗聚并穩(wěn)定性的影響

馬永強

唐可欣1

王 鑫1

羅 鈺1

彭 禹2

(1. 哈爾濱商業(yè)大學(xué)，黑龍江 哈爾濱 150028; 2. 哈爾濱漢博科技開發(fā)有限公司，黑龍江 哈爾濱 150028)

大麻二酚(CBD)，幾乎不溶于水，具有保護(hù)神經(jīng)、抗痙攣、抗焦慮等多種生物活性功能[1-3]，食用含有CBD的食品能夠給人帶來愉悅感[4]。CBD廣譜油是一種將全譜油CBD中的致幻成分四氫大麻酚(THC)經(jīng)過特別工藝去除后的油狀物質(zhì)，常溫下為固態(tài)。CBD廣譜油的成分主要為CBD，占CBD廣譜油含量的56%；其次為大麻萜酚(CBG)和大麻環(huán)萜酚(CBC)，分別占CBD廣譜油含量的24%和20%。

中國對于CBD研究偏向于其功效[5]、提取[6]和檢測[7]方面，而在如何克服CBD疏水性從而拓寬其應(yīng)用范圍方面的研究有所欠缺，對CBD溶解性方面的研究尚未見報道。國外在增強CBD溶解性方面的研究偏向于藥用治療領(lǐng)域，通過創(chuàng)建自乳化藥物遞送系統(tǒng)、制備改進(jìn)的晶體制劑和其他固態(tài)遞送制劑等潛在途徑以提高CBD的溶解性和生物利用率[8]，但在篩選合適的食品級溶劑來提高CBD溶解度方面的研究鮮有報道。Nathan等[9]通過對CBD環(huán)糊精制劑進(jìn)行冷凍干燥、噴霧干燥處理和對CBD介孔二氧化硅制劑進(jìn)行亞臨界CO2浸漬處理后，顯著增加了CBD的水溶性。Helene等[10]以超臨界二氧化碳為溶劑，在315，326，334 K的溫度下測定了CBD的溶解度，溶解度數(shù)據(jù)使用Peng-Robinson狀態(tài)方程結(jié)合Van der Waals方程進(jìn)行關(guān)聯(lián)，計算結(jié)果與試驗數(shù)據(jù)之間的偏差范圍為0.81%～6.35%。

由于CBD廣譜油的疏水性，無法將其直接加入到食品中，因此選擇合適的溶劑將其溶解并使溶液處于穩(wěn)定狀態(tài)尤為重要。研究擬選用常應(yīng)用于食品中的表面活性劑辛癸酸甘油酯(CCT)、大豆磷脂、蔗糖酯、甘油及1,2-丙二醇作為溶劑，利用其具有固定的親水親油基團(tuán)且在溶液表面能定向排列的特點來溶解CBD廣譜油，通過對廣譜油在不同溶劑中溶解性的研究，篩選出溶解度最高的溶劑。在此廣譜油—溶劑體系中，利用Apelblat模型對試驗數(shù)據(jù)進(jìn)行關(guān)聯(lián)，并進(jìn)行抗聚并穩(wěn)定性質(zhì)的研究，以克服CBD廣譜油疏水性和因油脂聚并導(dǎo)致穩(wěn)定性差的缺點，以期為CBD在食品中的應(yīng)用研究如CBD口服液的制備、CBD保健品的開發(fā)和CBD微膠囊的制備提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

1.1.1 材料與試劑

CBD廣譜油：武漢中昌國標(biāo)物科技有限公司；

辛癸酸甘油酯(純度≥98%)、甘油(純度≥97%)、1,2-丙二醇(純度≥97%)：上海麥克林生化科技有限公司；

大豆磷脂(純度≥97%)、蔗糖酯(純度≥97%)、吐溫20(純度90%)、吐溫40(純度90%)、吐溫80(純度90%)、辣椒紅素(純度60%)：浙江一諾生物科技有限公司。

1.1.2 主要儀器設(shè)備

紫外/可見分光光度計：721S-50型，上海元析儀器有限公司；

數(shù)控超聲波清洗器：KQ-250DE型，昆山市超聲儀器有限公司；

電熱恒溫水浴鍋：HWS-26型，濟南啟科儀器設(shè)備有限公司；

旋轉(zhuǎn)流變儀：Haake Rheo Stress 6000型，美國Thermo Fisher Scientific公司；

磁力攪拌器：HJ-8A型，武漢科爾儀器有限公司；

激光粒度測定儀：Zetasizer NanoZS90型，英國Malvern公司。

1.2 方法

1.2.1 溶劑初步篩選 分別取10 mL辛癸酸甘油酯、大豆磷脂、蔗糖酯、1,2-丙二醇、甘油加入1 g CBD廣譜油，在60 ℃、超聲功率80 W下輔助溶解1 min，通過觀察溶液的外觀初步判定所選用溶劑的溶解性。

1.2.2 CBD方譜油溶解度測定 紫外分光光度法[11]。

(1) 溶液的制備：取1.2.1中初步判定溶解性較好的溶劑10 mL置于小燒杯中備用，精密稱取1.5 g CBD廣譜油加入其中，在60 ℃、超聲功率80 W下輔助溶解1 min， 得到CBD廣譜油樣品溶液，備用。

(2) 最大吸收波長的確定及標(biāo)曲繪制：根據(jù)文獻(xiàn)[12]的方法并修改，精密移取2 mL CBD廣譜油樣品溶液于5 mL 容量瓶，用溶劑定容，在60 ℃、功率為80 W下超聲輔助溶解1 min，200～1 000 nm范圍內(nèi)進(jìn)行掃描，確定最大吸收波長。配置質(zhì)量濃度為50，100，150，200，250 mg/mL 的CBD廣譜油樣品溶液。在60 ℃、功率為80 W下超聲輔助溶解1 min，于最大吸收波長處測定吸光度，以溶液質(zhì)量濃度為橫坐標(biāo)，吸光度為縱坐標(biāo)繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線。

(3) 溶解度測定：根據(jù)文獻(xiàn)[13]修改如下：取10 mL溶劑于小燒杯中，將燒杯置于恒溫水浴鍋內(nèi)，在設(shè)置的溫度(313，323，333，343，353，363 K)下分批加入少量(≤0.02 g)CBD廣譜油，并同時進(jìn)行磁力攪拌，直至某批次加入固體攪拌2 h后仍未完全溶解，超聲3 h直至樣品不再溶解，靜置，則認(rèn)為溶液達(dá)到飽和。測定最大吸收波長處吸光度，將其代入標(biāo)準(zhǔn)曲線得出溶解度。

1.2.3 CBD廣譜油相對分子質(zhì)量測定 按式(1)估算CBD廣譜油的相對分子質(zhì)量[14]。

M=MaPa+MbPb+McPc，

(1)

式中：

Ma——CBD的相對分子質(zhì)量；

Pa——對應(yīng)CBD的相對含量，%；

Mb——CBG的相對分子質(zhì)量；

Pb——對應(yīng)CBG的相對含量，%；

Mc——CBC的相對分子質(zhì)量；

Pc——對應(yīng)CBC的相對含量，%。

1.2.4 CBD廣譜油摩爾溶解度測定 按式(2)計算CBD廣譜油在CCT中的摩爾溶解度。

XRA=(m1/M1)/(m1/M1+m2/M2)，

(2)

式中：

XRA——CBD廣譜油在CCT中的摩爾溶解度，mol/kg；

m1——飽和溶液中溶質(zhì)的質(zhì)量，g；

m2——飽和溶液中溶劑的質(zhì)量，g；

M1——飽和溶液中溶質(zhì)的相對分子質(zhì)量(M1等于CBD、CBG和CBC的相對分子質(zhì)量之和)；

M2——飽和溶液中溶劑的相對分子質(zhì)量。

1.2.5 溶解度數(shù)學(xué)模型 Apelblat溶解度方程建立在理想溶液平衡方程的基礎(chǔ)之上，由Clausius-Clapeyron方程推導(dǎo)出來的簡化方程[式(3)]，應(yīng)用于溶解度的數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)[15-16]。利用相對偏差(RD)[式(4)]、平均相對偏差(ARD)[式(5)]及均方差(RSMD)[式(6)]來評估模型計算值與試驗值之間的偏差。

lnXRA=A+B/T+ClnT，

(3)

式中：

A、B、C——經(jīng)驗常數(shù)；

XRA——摩爾溶解度，mol/kg；

T——溫度，K。

(4)

(5)

(6)

式中：

Xi，MOD——模型計算值；

Xi，EXP——試驗值。

1.2.6 CBD-CCT抗聚并穩(wěn)定性 分別配置質(zhì)量濃度為130，140，150，160，170，180 mg/mL的CBD-CCT樣品溶液，準(zhǔn)確稱取少量的辣椒紅素于樣品溶液中，保證辣椒紅素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2.0%，待辣椒紅素溶解后，于室溫下用移液管分別吸取5 mL的CBD-CCT樣品溶液，注入100 mL 超純水中，觀察0.0，0.5，1.0，1.5，2.0，2.5，3.0 min時水面油滴的聚并情況，采用肉眼計數(shù)法記錄不同時間下直徑≤5.5 mm的游離油滴數(shù)量[17]。向抗聚并穩(wěn)定性最好的樣品溶液中分別加入體積分?jǐn)?shù)為5%的不同分散劑(吐溫20、吐溫40、吐溫80)，探究相同濃度下不同分散劑對CBD廣譜油聚并的影響；選出最優(yōu)分散劑，添加體積分?jǐn)?shù)1%，2%，5%，10%，15%的最優(yōu)分散劑，探究相同分散劑在不同體積分?jǐn)?shù)下對CBD廣譜油聚并的影響。

1.2.7 數(shù)據(jù)處理 利用Origin 2018進(jìn)行繪圖及Apelblat模型試驗數(shù)據(jù)的擬合。

2 結(jié)果與分析

2.1 溶劑初步篩選結(jié)果

通過觀察溶解CBD廣譜油后溶液的外觀，初步判定溶解性較好的溶劑為辛癸酸甘油酯和1,2-丙二醇，如表1所示。

表1 CBD廣譜油溶于不同溶劑的初步篩選Table 1 Preliminary screening of CBD broad spectrum oil soluble in different solvents

2.2 最大吸收波長及標(biāo)曲

結(jié)果表明，CBD-CCT和CBD-1,2-丙二醇這兩種溶液體系的最大吸收波長均為210～232 nm，取中間值220 nm 作為最大吸收波長。

圖1 CBD廣譜油在2種溶劑中的標(biāo)準(zhǔn)曲線Figure 1 Standard curve of CBD broad spectrum oil in two solvents

2.3 溫度對溶劑溶解度的影響

由表2可知，隨著溫度升高，CBD廣譜油在2 種溶劑中的溶解度逐漸增大，353 K時達(dá)最大，溫度高于353 K后，溶解度不再增加。在353 K時，CBD廣譜油在CCT中的溶解度較313 K時的增大了近1.66倍，且在相同溫度下，CBD廣譜油在CCT中的溶解度高于1,2-丙二醇中的，因此，選擇CCT作為最終溶劑進(jìn)行后續(xù)試驗。

表2 不同溫度下CBD廣譜油在2種溶劑中的溶解度Table 2 Solubility of CBD broad spectrum oil in two solvents at different temperatures

2.4 CBD廣譜油相對分子質(zhì)量和摩爾溶解度

根據(jù)式(1)求得CBD廣譜油的相對分子質(zhì)量為314.77。

不同溫度下，CBD廣譜油在CCT中的摩爾溶解度XRA數(shù)據(jù)結(jié)果見表3。

表3 不同溫度下CBD廣譜油在CCT中的摩爾溶解度Table 3 Molar solubility of CBD broad spectrum oil in CCT at different temperatures

結(jié)果表明，在313～353 K范圍內(nèi)，CBD廣譜油的摩爾溶解度具有很高的溫度敏感性，即隨著溫度的升高，CBD廣譜油在CCT中的摩爾溶解度逐漸增大。

2.5 Apelblat模型關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)

溫度為313～353 K時，CBD廣譜油在CCT中摩爾溶解度的試驗值、模型計算值及試驗值與模型計算值之間的偏差結(jié)果見表4。

結(jié)果表明，該模型能夠很好地關(guān)聯(lián)不同溫度下CBD廣譜油在辛癸酸甘油酯中的摩爾溶解度數(shù)據(jù)，且R2在0.98 以上， RD小于2.78%， RSMD為4.1×10-3，證明Apelblat模型與CBD廣譜油在CCT中的溶解特性有較好的相關(guān)性[18]，后續(xù)可根據(jù)模型直接得出不同溫度下CBD廣譜油在CCT中的溶解度數(shù)據(jù)。

表4 CBD廣譜油在CCT中溶解度的試驗值與模型值對比

2.6 CBD廣譜油-CCT抗聚并穩(wěn)定性研究

2.6.1 CBD-CCT質(zhì)量濃度對油脂抗聚并的影響 由圖2可知，當(dāng)CBD-CCT質(zhì)量濃度為170～180 mg/mL

圖2 CBD-CCT質(zhì)量濃度對水中油滴個數(shù)的影響Figure 2 Effect of mass concentration of CBD-CCT onthe number of oil droplets in water

時，油滴的數(shù)量隨CBD-CCT質(zhì)量濃度的減少而增多。當(dāng)CBD-CCT質(zhì)量濃度為170 mg/mL時，油滴數(shù)量達(dá)到最大。當(dāng)CBD-CCT質(zhì)量濃度<170 mg/mL時，油滴數(shù)量隨CBD-CCT質(zhì)量濃度減少而減少。綜上，CBD-CCT質(zhì)量濃度為170 mg/mL時，油滴抗聚并穩(wěn)定性更好，體系溶解性呈最穩(wěn)定的狀態(tài)。

2.6.2 分散劑對油脂抗聚并的影響 由圖3可知，加入分散劑的CBD-CCT較未加入分散劑的油滴數(shù)量均有所增加，說明分散劑有助于增強油滴間的抗聚并穩(wěn)定性，可能是非離子表面活性劑吐溫的加入降低了油—水間的表面張力，界面的能量減少使油滴能更穩(wěn)定地存在于體系中[19-20]。相比吐溫20和吐溫40，加入吐溫80后CBD-CCT在水中的油滴數(shù)量最多，體系呈更加穩(wěn)定的狀態(tài)。因此，選擇吐溫80作為最佳分散劑。

圖3 分散劑對CBD-CCT在水中油滴個數(shù)的影響Figure 3 Effect of different dispersants on the numberof oil drops of CBD-CCT in water

2.6.3 吐溫80體積分?jǐn)?shù)對油脂抗聚并的影響 由圖4可知，當(dāng)吐溫80體積分?jǐn)?shù)<10%時，隨吐溫80體積分?jǐn)?shù)的增加，油滴數(shù)量增加，油滴的抗聚并穩(wěn)定性增強。當(dāng)吐溫80體積分?jǐn)?shù)>10%時，隨吐溫80體積分?jǐn)?shù)的增加，油滴數(shù)量減少，油滴的抗聚并穩(wěn)定性反而減弱，可能是因為體系中膠束數(shù)量逐漸達(dá)到極限，膠束間互相靠近到一定程度時，各自界面上的擴散電層發(fā)生重疊，膠束間的靜電斥力增加，加速油滴聚并[21-22]。綜上，吐溫80體積分?jǐn)?shù)為10%時， CBD-CCT體系抗聚并效果最好，溶液相對穩(wěn)定。

圖4 吐溫80體積分?jǐn)?shù)對CBD-CCT在水中油滴個數(shù)的影響

3 結(jié)論

通過溶劑極性、溶解CBD廣譜油后溶液的外觀得到溶解性較好的2種溶劑——辛癸酸甘油酯(CCT)和1,2-丙二醇，相同溫度下，溶解度最高的溶劑為CCT。在CBD-CCT下，摩爾溶解度和溫度之間符合Apelblat模型，模型的相關(guān)系數(shù)(R2)在0.98以上，相對偏差(RD)小于2.78%，均方根誤差(RSMD)為4.1×10-3。CBD-CCT質(zhì)量濃度為170 mg/mL并在其中加入體積分?jǐn)?shù)為10%的吐溫80分散劑時，抗聚并穩(wěn)定性最好，說明CBD在CCT中溶解度高且能夠很好地處于穩(wěn)定狀態(tài)。在已有的CBD功效、提取及檢測方面研究的基礎(chǔ)上篩選合適的溶劑溶解CBD廣譜油，雖拓寬了CBD應(yīng)用范圍，但研究未將CBD-CCT應(yīng)用于食品中，在實踐性方面有所欠缺，食品加工過程中添加劑的加入可能會對CBD在CCT中的溶解度產(chǎn)生影響，需進(jìn)一步研究。