HPβCD包合百里香挥发油的实验研究.docx
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HPβCD包合百里香挥发油的实验研究
HP-β-CD包合百里香挥发油的实验研究
[摘要]目的:
采用正交试验法优选百里香挥发油-HP-β-CD包合物的制备工艺。
方法:
采用正交试验设计,以HP-β-CD与挥发油的用量配比(V:
W)、包合温度、搅拌时间、HP-β-CD浓度为考察因素,以挥发油利用率、包合物含油率和包合物收得率进行综合评分,采用水溶液法优选制备百里香挥发油-HP-β-CD包合物的工艺。
结果:
最佳包合条件为:
挥发油:
HP-β-CD(V:
W)=1:
10,搅拌时间2h,包合温度为30℃,HP-β-CD浓度为5%。
结论:
此工艺可提高制剂稳定性,方法简便易行,能适用于大生产。
[关键词]百里香;挥发油;HP-β-CD;包合物;正交试验
StudyonthePreparationofHP-β-cyclodextrinInclusionCompoundsofVolatileOilExtractedfromThymusmongolicusRonnbyOrthogonalTest
ABSTRACT:
OBJECTIVETooptimizethepreparationtechnologyofHP-β-cyelodextrin(HP-β-CD)inclusioncompoundofvolatileoilinThymusmongolicusRonnbytheorthogonaldesign。
METHODSUsingthreeindexesincludingtheusingamountandratioofvolatileoiltoHP-β-CD(V:
W),inclusiontemperature,stirringtimeand(HP-β-CD)concentrationfortheinvestigationfactors,tocomprehensivelyevaluatethevolatileoilutilizationefficiencyandinclusionyield.ThewatersolutionmethodwasusedtooptimizethetechnologyforpreparingHP-β-cyelodextrininclusioncompound.RESULTSTheoptimuminclusionconditionwasthatvolatileoil:
HP-β-cyelodextrin(HP-β-CD)inproportionas1:
8wasmixed,andtriturated2hours,30℃,HP-β-cyelodextrin(HP-β-CD)concentrationof5%。
CONCLUSIONThisprocesscanimprovepreparationstability,andthemethodisconvenientandcanbeappliedtolarge-scaleproduction.
KEYWORDS:
thymusmongolicusRonn;Volatileoil;HP-β-cyclodextrins(HP-β-CD);inclusioncompound;orthogonaltest
1引言
百里香(ThymusmongolicusRonn.),又名:
地椒、地花椒、山椒、山胡椒、地姜、千里香。
百里香既是药用植物,又是经济植物,原产于地中海沿岸,全球约有300-400种,广泛分布在北非、欧洲和亚洲温带地区,经济栽培以南欧最多[1],我国有11种,2个变种,分布于新疆、青海、西藏及黄河流域及以北地区[2]。
百里香是一种颇具开发价值的多用途植物,可作为芳香疏菜、药用植物、香料作物、蜜源植物、观赏植被及干旱土壤的水上保持植物被大面积种植[3]。
但挥发油有见光易氧化分解、易于在制剂的生产、贮藏过程中散失等缺点而影响药效。
采用羟丙基-β-环糊精包合可以避免药效损失,并可使之粉末化、微囊化而改变其物理性状,且能提高水溶性,便于固体制剂的制备及其稳定性。
羟丙基-β-环糊精包合挥发油较成熟的方法有搅拌法、研磨法、饱和水溶液法、超声法等,其中水溶液法具有挥发油包合物收率高、省工时的优点,为了更好地发挥百里香挥发油的治疗作用,提高其稳定性和水溶性,减少散失,本研究采用正交设计法对百里香挥发油羟丙基-β-环糊精包合工艺条件进行了优化,确立了最佳工艺条件,利用紫外光谱分析法、傅里叶变换红外分析法对包合物进行表征,利用气相色谱-质谱联用技术测定了百里香挥发油的化学成分,为百里香挥发油的开发利用提供依据。
1.1百里香的食用价值
百里香作为一种香辛疏菜,早在古罗马时期就已应用于人们的生活。
在西方,百里香是一种家喻户晓的香草;在我国,百里香自古就有栽培,明朝李时珍在《本草纲目》中“味微辛、上人以之煮羊肉食,香矣”的记述,但主要是作为香辛疏菜,用做调味品,用量较少,一直没有受到应有的重视。
百里香在烹饪中主要用的是茎和叶片,鲜叶、嫩尖或其干制品与其它芳香料混合,可为菜肴增香,特别适宜烤肉及烤野味类,与海鲜类原料也是很好的组合,其淡雅的香气为各种新鲜鱼肉虾贝类等海产品添加独特的清香,同时也有矫腥除臭的作用。
百里香的天然防腐作用还使其成为肉酱、香肠、腌肉和泡菜的绿色无害的香料添加剂。
在民间,生鲜百里香或干燥之后可单独用作茶饮。
1.2百里香的药用价值
1.2.1百里香全草药用价值
百里香全株可入药,可用于治疗痉挛性咳嗽、白口咳,炎症、流行性感冒、喉头肿痛,具有驱风、止咳化痰、温中散寒、健脾消食之功效。
《中药大辞典》中记载[4]:
百里香的花煎剂流浸膏可以用于支气管炎或上呼吸逍疾病的防治,也可用于神经炎或脊神经根炎门痛之用。
我国民间常用百里香干燥全草置于衣柜内或放于床下,做衣服、皮毛制品及毯毡的防虫物,也可将干草搓绳点燃于室内熏杀蚊虫。
百里香具有抗菌的效果,含有缓解止痛成分,也能加强免疫系统功能,对神经系统具有镇静的作用。
1.2.2百里香挥发油的药用价值[5-6]
百里香挥发油中百里香酚的含量最大,百里香挥发油具有抗氧化、抗菌、抗炎、防止血栓形成以及减缓身体器官组织衰老等重要作用,许多品种百里香挥发油还显示出镇咳、抗菌、消毒、抗微生物、提神、摧眠、镇静等疗效作用,也可应用于烟草行业中[7],某些品种的挥发油还具有一定的抗肿瘤作用。
近年来,国内外对百里香植物化学成分的研究较多,获得了许多具有开发前途的成分,并将其应用于医疗、保健、化妆品、食品等方面。
2仪器与试药
2.1仪器
JRA-6数显磁力搅拌水浴锅(金坛市杰瑞尔电器有限公司);LGJ-18S冷冻干燥机(北京松源华兴科技发展有限公司);ARll40型电子分析天平(奥豪斯国际贸易上海有限公司);KQ-250DE型数控超声波清洗器(昆山市超声仪器有限公司);挥发油提取器(华东医药器化有限公司);紫外分光光度计UA-1000();IS-10型傅里叶红外光谱仪(美国热电公司);气相色谱-质谱联用仪(FocusGC-PolarisQ,美国热电公司)。
2.2药品
HP-β-CD(上海杉普化工有限公司);百里香(甘肃省中药材公司);无水乙醇(烟台市双双化工有限公司);石油醚(天津市德恩化学试剂有限公司);试剂均为分析纯。
3方法结果
3.1百里香挥发油的提取(水蒸汽蒸馏法)[8]
在圆底烧瓶中加入干燥的百里香(粉碎程度≦1.5cm)150g和4倍蒸馏水,充分浸泡3h;连接挥发油提取器,缓缓加热至微沸,保持4h,收集油层。
重复上述步骤2次,合并挥发油,用石油醚(沸程30~60℃)萃取,合并有机层,加入少量无水硫酸钠干燥,旋转蒸发除石油醚得黏稠状黄色色油状液体(具有很强的芳香性气味),干燥后放置阴冷处,避光密封保存,待用。
3.2指标确定[8]
3.2.1挥发油的空白回收率的测定
准确称取适量挥发油置于圆底烧瓶中,加入适量蒸馏水进行蒸馏,至油量不再增加,停止加热,收集挥发油即得挥发油的空白回收率。
本实验空白回收率为91.2%。
3.2.2挥发油收得率、包合率、含油率的测定
将制得的包合物置烧瓶中,加入蒸馏水适虽,提取挥发油至油量不再增加,停止加热,即得包合物实际含油量。
3.3百里香挥发油-HP-β-CD包合物的工艺设计
根据预实验和参考文献[9-12]影响环糊精包合的主要因素是挥发油(mL)与HP-β-CD(g)的比例(A)、搅拌时间(B)、包合温度(C)及HP-β-CD浓度(D)为考察因素,以综合评分为评价指标,取3水平,用L9(34)正交试验表安排试验。
见表1,实验结果见表2,方差分析结果见表3。
表1HP-β-CD包合百里香挥发油工艺L9(34)正交试验因素水平表
Tab.1FactorsandlevelsoforthogonaltestoninclusionofvolatileoilwithHP-β-CD
水平
A
B
C
D
HP-β-CD浓度(%)
挥发油(mL):
HP-β-CD(g)
包合温度(℃)
搅拌时间(h)
1
2
3
1:
6
1:
8
1:
10
30
40
50
2.0
2.5
3.0
5
10
15
按正交表中各因素的比例各取HP-β-CD4.0g于超声清洗器中加蒸馏水溶解,待溶解完全后放入磁力搅拌器中,固定转速,缓慢滴加挥发油0.5ml(分散于0.5ml乙醇中),在不同温度下继续搅拌至规定时间,抽滤,以少量蒸馏水洗涤,再以少量无水乙醇洗涤至无挥发油气味,-60℃真空冷冻干燥至恒重,得HP-β-CD包合物。
直观分析结果:
确定最佳包合工艺条件为A3B1C2D1,即油:
HP-β-CD为1:
10,温度30℃,搅拌2.5h,HP-β-CD浓度5%。
表2HP-β-CD包合百里香挥发油工艺L9(34)正交试验结果
Tab.2ResultsoforthogonaltestoninclusionofvolatileoilwithHP-β-CD
实验号
因素水平
包合物得率(%)
油利用率(%)
综合评分
A
B
C
D
1
1
1
1
1
92.33
61.00
70.399
2
1
2
2
2
90.38
52.49
63.857
3
1
3
3
3
88.08
58.47
67.353
4
2
1
2
3
92.46
84.19
86.671
5
2
2
3
1
91.74
49.18
61.948
6
2
3
1
2
90.88
73.02
78.378
7
3
1
3
2
95.50
68.95
76.915
8
3
2
1
3
95.68
58.92
69.948
9
3
3
2
1
95.94
81.87
86.091
K1
201.6090
233.9850
218.7250
218.4380
K3
226.9970
195.7530
236.6190
219.1500
K3
232.9540
231.8220
206.2160
223.9720
R
31.3450
38.2320
30.4030
5.5340
实验采用包合物得率和油利用率作为评价指标,其权重系数分别为0.3,0.7
表3HP-β-CD包合百里香挥发油工艺L9(34)正交试验结果方差分析表
Tab.3VarianceanalysisoforthogonaltestoninclusionofvolatileoilwithHP-β-CD
方差来源
离差平方和
自由度
方差
F值
显著性P
A
184.7273
2
92.3636
30.5706
<0.05
<0.05
<0.05
>0.05
B
307.4819
2
153.7410
50.8853
C
155.6681
2
77.8340
25.7616
D
6.0426
2
3.0213
1.0000
按最佳包合工艺条件为A3B1C2D1,即油:
羟丙基-β-环糊精为1:
10,温度30℃,搅拌2.5h,HP-β-CD浓度5%进行验证实验,得到三组实验数据(见表4)结果平均包合物收率为88.76%,平均油利用率为89.63%,高于正交表中实验条件下结果。
表4验证实验数据
Tab.4Verifytheexperimentaldata
验证实验
一
二
三
平均数据
包合物收得率(%)
91.40
90.72
93.18
91.77
油利用率(%)
83.22
77.75
84.85
81.94
通过正交实验筛选混合油的最佳包合工艺,挥发油与HP-β-CD比例为1:
10,包合时间为2.5h,包合温度为30℃,HP-β-CD浓度5%。
验证试验结果表明本工艺重复性较好,质量稳定,包合物收得率和油包合率均较高。
挥发油经羟丙基-β-环糊精包合后,其稳定性好,便于制剂,减少了药物的损失量,且包合物有效掩盖了挥发油性气味,保持挥发油生理活性,因而大大提高了制剂产品的质量。
3.5包合物质量考察
3.5.1紫外光谱法
取20μl百里香挥发油溶于20ml乙醇作供试品;取20μl包合物提取的百里香挥发油溶于20ml乙醇作供试品;262mg挥发油包合物溶于20ml乙醇作供试品;取20μl挥发油240mgHP-β-CD物理混合溶于20ml乙醇作供试品;取240mgHP-β-CD溶于20ml乙醇作供试品,在190~400nm范围内进行扫描,各供试品紫外光谱图见图1。
图1百里香挥发油、环糊精、提取包合物中挥发油、物理混合物与包合物的紫外光谱图
Fig.1Thymevolatileoil,HP-β-CD,extractionoftheinclusioncompoundinthevolatileoil,theUVspectrumofphysicalmixtureandinclusioncomplexes
3.5.2红外光谱法
取百里香挥发油、包合物提取的百里香挥发油、挥发油包合物、挥发油-HP-β-CD物理混合物、HP-β-CD各少量作为试样1、2、3、4、5。
各样品用溴化钾压片后在400~4000cm-1叫范围内进行扫描,各供试品红外光谱图见图2。
百里香分子结构中有酚羟基体系,在范围1200~1300cm-1内有吸收,可作为鉴定包合效果的依据。
物理混合物的红外光谱图在3400~3500cm-1及1200~1300cm-1范围内所出现的特征峰在HP-β-CD和挥发油的图谱中均可找到,说明HP-β-CD与挥发油并未发生作用;包合物图谱在2932.91cm-1处的峰型减弱并且发生偏移,在1253.5cm-1处的羟基特征峰消失,推测挥发油被包合,HP-β-CD对挥发油的羟基产生了屏蔽效应。
图2百里香挥发油、环糊精、提取包合物中挥发油、物理混合物与包合物的红外光谱图
Fig.2Thymevolatileoil,cyclodextrininclusioncompoundextractvolatileoil,physicalmixtureandinclusioncomplexesinfraredspectra
3.6百里香挥发油原油与包合物中提取油的化学成分的分析比较[13-20]
3.6.1气相色谱-质谱分析条件
气相色谱条件:
色谱柱:
5%苯甲基聚硅氧烷弹性石英毛细管柱(弱极性柱)TR-5MS,30m×0.25mm,膜厚0.25μm;柱温:
250℃;进样口温度:
250℃;程序升温:
从50℃开始,保持3min,以8℃/min的升温速率升至250℃,并保持2min;载气:
高纯氦气;载气流速:
1.0ml/min;载气模式:
恒流模式;进样方式:
分流进样;分流比1∶20。
质谱条件:
传输线温度:
270℃;电离方式:
EI;电子能量:
70eV;离子源温度250℃;质量扫描方式:
FullScan;质量扫描范围:
50-650;溶剂延迟:
2min;质谱数据库:
NlST2005版标准质谱检索库。
3.6.2百里香精油的分析
在上述仪器条件下,取用乙醚稀释的百里香挥发油0.2μL进样进行分离,得总离子流图,用面积归一化法测定各组分的百分含量并用气相色谱-质谱联用技术做挥发油的GC-MS总离子流色谱检测,所得质谱图经NIST05版计算机质谱数据库检索,以确定百里香精油的化学成分。
3.6.3结果与讨论
本实验通过GC-MS联用分析了百里香精油原油与包合物中提取油的化学成分,经气相色谱处理机用面积归一化法从其总离子流图(图3、图4)中计算了各组分的百分含量,并用气相色谱-质谱联用技术做GC-MS离子流色谱检测,所得质谱图经计算机质谱数据库检索,确定了百里香精油的绝大部分化学成分,分析鉴定结果见表5、表6。
3.6.3.1百里香挥发油化学成分的分析鉴定
图3百里香挥发油的GC-MS总离子流色谱图
Fig.3TotalionchromatogramofessentialoilfromThymusmongolicusbyGC/MS
表5百里香挥发油原油化学成分气-质联用分析结果
序号
保留时间
/min
化合物名称
化学式
分子量
相对含量
/%
1
9.33
1-甲基-2-异丙基-苯
Benzene,1-methyl-2-(1-methylethyl)
C10H14
134
18.62
2
9.48
顺式-1-甲基-4-异丙基-2-环己烯-1-醇
2-Cyclohexen-1-ol,1-methyl-4-(1-methylethyl)-,cis
C10H18O
154
4.47
3
10.00
1-甲基-4-异丙基-1,4-环己二烯-1-醇
1,4-Cyclohexadiene,1-methyl-4-(1-methylethyl)-
C10H16
136
1.76
4
10.22
2-甲基-5-(1-异丙基)二环[3.1.0]己烷-2-醇
Bicyclo[3.1.0]hexan-2-ol,2-methyl-5-(1-methylenthyl)-,(1.alpha,2.beta,5.alpha.)-
C10H18O
154
1.09
5
12.25
茨醇Borneol
C10H18O
154
3.12
6
12.42
2-甲基-5-异丙基-二环[3.1.0]己烷-2-醇Bicyclo[3.1.0]hexan-2-ol,2-methyl-5-(1-methylethyl)-,(1à,2à,5à)-
C10H18O
154
1.05
7
13.58
2-甲氧基-5-甲基-异丙苯Benzene,1-methoxy-4-methyl-2-(1-methylethyl)-
C11H16O
164
11.08
8
14.55
百里香酚
Phenol,2-methyl-5-(1-methylethyl)-
C10H14O
150
45.13
9
16.68
石竹烯Caryophyllene
C15H24
204
1.12
10
19.26
2,5-二叔丁基对甲酚
Caryophylleneoxide
C15H24O
220
2.34
由表1可知,百里香挥发油原油中含量在2%以上的成分有;1-甲基-2-异丙基-苯(18.62%)、顺式-1-甲基-4-异丙基-2-环己烯-1-醇(4.47%)、茨醇(3.12%)、2-甲氧基-5-甲基-异丙苯(11.08%)、百里酚(45.13%)、2,5-二叔丁基对甲酚(2.34%)。
其中,具有药用价值的成分有:
莰醇,是多中天然挥发油的成分,用于合成香料、农药、樟脑等。
百里酚,有特殊香气,是多种香精油的组分之一,对眼睛、皮肤和呼吸道有刺激性,有防腐和杀菌作用,是指被药物、香料和指示剂的原料。
石竹烯,具有特异气味,用作香料,有平喘、镇咳、祛痰作用,临床上用于治疗气管炎。
3.6.3.2百里香挥发油提取油化学成分的分析鉴定
图4包合物中提取油的GC-MS总离子流色谱图
Thyme volatileoil extracted inclusioncompound
TotalionchromatogramofessentialoilfromThyme volatileoil extracted inclusioncompoundbyGC/MS
表6包合物中提取油化学成分气-质联用分析结果
序号
保留时间
/min
化合物名称
化学式
分子量
相对含量/%
1
9.37
四甲基苯
Benzene,1,2,4,5-tetramethyl-
C10H14
134
19.93
2
9.51
桉叶醇
Eucalyptol
C10H18O
154
4.75
3
10.02
1-甲基-4-(1-甲基乙基)环己醇
1,4-Cyclohexadiene,1-methyl-4-(1-methylethyl)-
C10H16
136
2.01
4
10.24
2-甲基-5-(1-异丙基)二环[3.1.0]己烷-2-醇
Bicyclo[3.1.0]hexan-2-ol,2-methyl-5-(1-methylethyl)-,(1à,2à,5à)-
C10H18O
154
1.14
5
12.29
à-Santolinealcohol
C10H18O
154
3.22
6
12.44
2-甲基-5-异丙基-二环[3.1.0]己烷-2-醇)
Bicyclo[3.1.0]hexan-2-ol,2-methyl-5-(1-methylethyl)-,(1à,2à,5à)-
C10H18O
154
1.07
7
13.60
2-甲氧基-4-甲基-1-(1-甲基乙基)苯
Benzene,2-methoxy-4-methyl-1-(1-methylethyl)-
C11H16O
164
10.90
8
14.56
百里香酚
Phenol,2-methyl-5-(1-methylethyl)-
C10H14O
150
42.78
9
16.69
石竹烯
Caryophyllene
C15H24
204
1.17
10
17.97
香木兰烯
1H-Cycloprop[e]azulene,decahydro-1,1,7-trimethyl-4-methylene-,[1aR-(1aà,4aá,7à,7aá,7bà)]-
C15H24
204
2.12
11
19.27
Ledeneoxide-(II)
C15H24O
220
2.39
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- HP CD 百里 挥发油 实验 研究