星點設計－效應面優化黃芩苷自微乳化制劑的處方

周維，李小芳，向志蕓，李培培，李平，林浩，羅開沛

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星點設計－效應面優化黃芩苷自微乳化制劑的處方

周維，李小芳，向志蕓，李培培，李平，林浩，羅開沛

[摘要]目的：優化篩選難溶性成分黃芩苷自微乳化制劑的處方。方法：在溶解度試驗和三元相圖的基礎上，以自乳化載藥量、自乳化時間、總評歸一值為評價指標，采用星點設計-效應面優化法優化黃芩苷自微乳化處方。結果：黃芩苷自微乳化制劑的最優處方為吐溫-80—PEG-400—油酸乙酯，其質量比為（1.13：0.52：0.2），評價指標的預測值與實測值基本一致。結論：所制備的黃芩苷自微乳化制劑均一、澄清透明，星點-效應面法對黃芩苷自微乳化制劑的處方優化是一種有效手段。

[關鍵詞]黃芩苷；自微乳化；三元相圖；星點設計-效應面優化法

[作者單位]成都中醫藥大學藥學院 中藥材標準化教育部重點實驗室 中藥資源系統研究與開發利用省部共建國家重點實驗室培育基地，四川 成都 611137

自微乳化給藥系統是由藥物、油相、乳化劑和助乳化劑組成的固體或液體劑型，口服后能在胃腸道蠕動或環境溫度 (37 ℃) 及溫和攪拌的條件下自發形成水包油型乳劑，能夠顯著提高難溶性藥物的溶解和溶出，提高口服給藥的相對生物利用度[1～5]。

黃芩苷是從中藥黃芩提取到的黃酮類有效成分, 具有清熱解毒、抑菌抗炎、降壓等藥理作用，臨床用于肝炎、高血壓等疾病[6]。但由于其分子呈平面型, 分子間引力大, 水中溶解性差，造成體內吸收差、生物利用度低、藥效不穩定，從而限制了藥效的充分發揮，故影響了臨床療效。

為提高黃芩苷在體內的生物利用度，本實驗在文獻報道基礎上，通過測定黃芩苷在輔料中的溶解度，篩選增溶效果較好的油相、表面活性劑、助表面活性劑，繪制三元相圖并采用星點設計-效應面優化法[7]（CCD-RSM)對處方進行優化，篩選最佳處方比例，為后續黃芩苷自微乳化制劑研究提供基礎。

1　材料與儀器

黃芩苷（純度＞95％，實驗室自制）；黃芩苷對照品（成都曼斯特生物科技有限公司，批號：MUST-14083014）；橄欖油（北京化工廠）；中鏈甘油三酸酯(MCT，鐵嶺北亞藥用油有限公司)；油酸乙酯（上海飛祥化工廠）；Transcotol P（淮安和元化工有限公司）；吐溫-80、Labrasol、乳化劑-OP、吐溫-20 、油酸、PEG400、1,2-丙二醇、丙三醇，均購自成都市科龍化工試劑廠，其他試劑均為分析純。

BP61 型十萬分之一電子天平（德國Satorius 公司）；UV-6100型紫外可見分光光度計（上海美譜達儀器有限公司）；Nicomp 380 ZLS型激光粒度儀(美國PSS公司)；85-2型恒溫磁力攪拌器(江蘇金壇市金城國勝實驗儀器廠；80-1 型離心沉淀器（江蘇正基儀器有限公司）。

2　方法與結果

2.1黃芩苷的溶解度測定

將過量黃芩苷添加到不同的油相（橄欖油、MCT、油酸、油酸乙酯）、乳化劑（吐溫-80、Labrasol、乳化劑-OP、吐溫-20）、助乳化劑（Transcotol P、PEG400、1，2-丙二醇、丙三醇）中，在25℃條件下，超聲3 h后靜置24 h，在 2000 r．min-1下離心 15 min，制成過飽和溶液。取適量上清液，用95％乙醇稀釋數倍后在紫外可見分光光度計下于波長278 nm 處進行測量，計算黃芩苷在不同溶劑中的溶解度。見表1。

表1　黃芩苷在不同油相、乳化劑、助乳化劑中的溶解度(n=3,x ± s)

結果表明，黃芩苷在油相中溶解度順序為油酸＞油酸乙酯＞橄欖油＞MCT；在乳化劑中溶解度大小依次為乳化劑-OP＞吐溫-80＞吐溫-20＞ Labrasol，但乳化劑-OP會使藥物黃芩苷氧化變色，因此不選用；在助乳化劑中溶解度大小依次為PEG-400＞ Transcotol P ＞1,2-丙二醇＞丙三醇。

2.2輔料配伍試驗初選處方輔料

選取黃芩苷溶解度較好的2種油相(油酸，油酸乙酯)，2種乳化劑(吐溫-80，吐溫-20)和2種助乳化劑(PEG-400，Transcotol P)進行配伍對比試驗。結果表明乳化劑為吐溫-20時均不能形成自乳化；初步篩選出乳化效果較好的油相為油酸和油酸乙酯，乳化劑吐溫-80，助乳化劑PEG-400和Transcotol P。

2.3三元相圖篩選處方種類及比例范圍

偽三元相圖分別以油相、乳化劑和助乳化劑為頂點，相圖中各點代表不同的油相、乳化劑和助乳化劑比例，在處方中三者的總量一定，只是相對含量變化[4]。將油相、乳化劑和助乳化劑各為一相，固定總質量為2 g，磁力攪拌均勻。取0.5 mL不分層的空白處方乳，加入到50 mL、37 ℃恒溫的雙蒸水中，磁力攪拌，觀察其能否形成澄清透明且帶少許藍色熒光的溶液。采用Origin Pro 8.0軟件繪制三元相圖，通過對比相圖形成的自乳化區域大小，篩選處方輔料及其比例范圍，結果見圖1～4。

圖1

圖2

圖3

圖4

由圖1～4可知，圖1的自乳化區域面積較大，因此，可以確定處方輔料及其比例范圍分別為乳化劑吐溫-80 (10％～80％)，油相油酸乙酯(10％～50％)，助乳化劑PEG-400(10％～80％)。

2.4 星點設計-效應面優化法優選

2.4.1 星點設計 在三元相圖基礎上，采用星點設計—效應面優化法篩選最佳處方。以乳化劑X1（吐溫-80）、助乳化劑X2（PEG-400）、油相X3（油酸乙酯）用量為自變量，因素水平見表1。以形成乳液的乳化時間Y1、載藥量Y2及粒徑Y3為考察指標，以總評OD值為效應變量，采用Design Expert 8.0.5統計軟件進行三因素、五水平的星點設計，試驗因素水平設計見表2。按表中比例，稱取吐溫-80、PEG-400、油酸乙酯，磁力攪拌均勻，加入過量黃芩苷，在25 ℃條件下，超聲3 h 后靜置24 h，在 2000 r．min-1下離心15 min，制成過飽和溶液。取適量上清液，用 95％乙醇稀釋數倍后在紫外可見分光光度計下于波長 278 nm 處進行測量，計算黃芩苷自微乳的載藥量。用激光粒度掃描儀測定乳液粒徑，以目測法觀察處方是否完全乳化并用秒表記錄時間。結果見表3。

表2　星點設計的因素及水平

表3　星點設計與結果

2.4.2 模型擬合 在數據處理分析分析中，引入總評值（OD 值），即“歸一化法”。采用 Hassan[8～10]方法分別進行數學轉換求 “歸一值”dmin和 dmax，dmin= (ymax-yi) / (ymax-ymin) ，dmax= (yi-ymin) / (ymax－ymin) ；OD = (d1d2… dn)1 / n，n 為指標數。以總評OD 值為效應進行優化，最終得到綜合效應最佳的處方比例。運用 Design Expert 8.0.5 軟件，對實驗數據進行多元線性、兩因素相互作用 (2FI) 、二次多項式或更高次項的模型擬合非線性擬合處理，以相關系數 (r) 和置信度 (P) 為模型判定標準。結果表明，實驗數據采用二項式模型有顯著性差異，相關系數較高，擬合度較好。二次項方程如下：

2.4.3 結果分析 根據二次多項式模型方程擬合結果作出 OD 值對三個因素中任意兩個因素的效應面三維圖和二維等高線圖 (見圖 5～7) ，利用效應面和等高線分析各因素的相互作用。等高線的密度和形狀可以反映因素對響應值的影響大小和因素之間的交互強弱[11]。從圖5～7可以看出X1(吐溫-80)、X2(PEG-400)、X3(油酸乙酯)各因素間交互用顯著。增大表面活性劑X1比例，OD值先增大最后減??；隨著助表面活性劑X2比例增加，OD值呈現出先不變后減小的趨勢；減小油相X3比例，OD值增大。

圖5　乳化劑A(X1)、助乳化劑B(X2)對OD值的三維效應面圖及等高線圖

圖6　乳化劑A(X1)、油相C(X3)對OD值的三維效應面圖及等高線圖

圖7　助乳化劑B(X2)、油相C(X3)對OD值的三維效應面圖及等高線圖

2.4.4 最優處方驗證 運用 Design Expert 8.0.5 軟件分析，以OD值最佳對黃芩苷自微乳化制劑處方組成進行預測，得最佳處方質量配比：X1(吐溫-80) =1.13，X2(PEG-400)=0.52，X3(油酸乙酯) =0.2，預測自乳化時間為10.48s，載藥量 12.982 mg．ml-1，粒徑為19.0nm。

以OD值最佳預測的處方比例按“2.4.1”項下操作進行驗證試驗，結果各指標的偏差絕對值均較小，證實所建數學模型預測性良好，結果見表4。

表4　星點設計-效應面優化法的驗證(n=3,±s)

表4　星點設計-效應面優化法的驗證(n=3,±s)

注: 偏差％ = (預測值一實測值) /預測值 ×100％

指標　預測值　實際值　偏差％乳化時間Y1（s）　10.48　11.17 ±0.92　6.58載藥量Y2（mg/g）　12.982 　12.710 ±0.314　- 2.09粒徑Y3（nm）　19.0　18.3 ±0.45　- 3.86

3　溶解度的測定

取3份空白乳與水按照1 g∶50 mL比例混合，輕微攪拌使完全乳化，再加入過量黃芩苷，在25 ℃條件下，超聲0.5 h后靜置24 h，在 2000 r．min-1下離心15 min，制成過飽和溶液。取適量上清液，用 95％乙醇稀釋數倍后在紫外可見分光光度計下于波長 278 nm 處進行測量，計算其溶解度。同等條件下測得黃芩苷在水中的溶解度。

結果表明：黃芩苷在空白乳中的溶解度為（0.269 ±1.315）mg．ml-1。黃芩苷在水中的溶解度為（0.053 ±0.365）mg．ml-1。由此可知，將黃芩苷制成微乳，其在水中的溶解度可以得到明顯提高。

4　討論

在自微乳化體系中，形成乳液的乳滴粒徑大小不僅影響自微乳化體系的穩定性，同時也是影響自乳化吸收的最主要因素。粒徑越小，比表面積就越大，藥物溶出速率越快，有利于藥物的體內吸收[12]。乳化效率是指處方加水后在輕微攪拌下形成的乳液完全分散至澄清透明的時間，自微乳化時間越短，乳化效率越高。通過測定黃芩苷在空白乳和水中的溶解度，發現自微乳化釋藥系統可以明顯改善黃芩苷在水中的溶解度，進而可以提高其在體內的生物利用度。

本實驗利用星點—效應面法，以多指標總評”歸一”值(OD)為效應變量，采用非線性方程擬合數據模型，實現多指標的同步優化，確定了其輔料和最佳配比，優選出理想的黃芩苷自微乳處方，且具有較佳的預測效果，為后期黃芩苷自微乳化進一步制劑成型提供一定指導意義。

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（責任編輯：傅舒）

·炮制制劑·

Optimization of Baicalin self-microemulsifying prescription by central composite design-response surface methodology

ZHOU Wei, LI Xiao-fang, XIANG Zhi-yun, LI Pei-pei, LI Ping, LIN Hao, LUO Kai-pei
(School of Pharmacy, Chengdu University of Traditional Chinese Medicine; Key Laboratory of Standardization for Chinese Herbal Medicine, Ministry of Education; National Key Laboratory Breeding Base of Systematic Research, Development and Utilization of Chinese Medicine Resources, Chengdu 611137,Sichuan)

[Abstract]Objective: To optimize the prescription of poorly soluble baicalin self-microemulsifying preparation.Method: Based on results of solubility test and ternary phase diagrams, central composite design-response surface methodology was used to optimize baicalin self-microemulsifying prescription with self-emulsifying drug loading, self-emulsifying time, overall desirability as indexes.Result: Baicalin self emulsifying preparation was optimized as Tween 80, PEG 400 and oleic acid ethyl ester in the ration of 1.13:0.52:0.2.The measured values were in accordance with the predicted evaluation.Conclusion: The baicalin selfmicroemulsifying preparation is uniform, clear and transparent.The central composite design-response surface methodology is effective in optimizing baicalin self-microemulsifying preparation.

[Key words]Baicalin ; self-microemulsifying; ternary phase diagrams; central composite design-response surface methodology

[收稿日期]2015-4-27

[通訊作者]李小芳，女，教授，博士生導師，從事中藥新劑型及中藥新技術研究Email:lixiaofang918@163.com

[作者簡介]周維（1990-），女，碩士生，研究方向為中藥新劑型及中藥新技術研究Tel:18380227865 Email:1175792483@qq.com

[基金項目]四川省教育廳重點項目（15ZA0094）

[中圖分類號]R 283.5

[文獻標識碼]A

[文章編號]1674-926X(2016)01-009-04