環糊精包合物制備及分子模擬-KQ-200VDE使用

角鯊烯又名鯊烯、三十碳六烯、魚肝油萜，化學名 為2,6,10,15,19,23-六甲基-2,6,10,14,18,22-二十四碳六烯，由Tsujimoto于1906年在黑鯊魚肝油中發現，是一種高度 不飽和烴類化合物。在常溫下，角鯊烯為油狀的無色液體，不溶于水，難溶于冰醋酸、乙醇和甲醇，易溶于四 氯化碳、乙醚、丙酮、石油醚等有機溶劑，因其含6 個非 共軛雙鍵，因此極不穩定，很容易氧化。角鯊烯具有提 高體內超氧化物歧化酶活性、增強機體免疫能力、改善 性功能、抗衰老、抗疲勞、抗腫瘤等多種生理功能，因 此，被廣泛應用于醫藥、化妝品和食品行業，但由于其 水溶性較差、易被氧化等，使其在具體應用過程中受到 了嚴峻挑戰。雖然已有膠囊產品問世，但多數以保健品形式銷售，產品品種單一。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

角鯊烯標準品（純度＞99%） 北京寰宇科創生物 科技發展有限公司；γ-環糊精（純度＞99.0%） 東京 化成工業株式會社；正己烷（色譜純） 天津賽孚瑞科 技有限公司。

1.2 儀器與設備

2010-Plus氣相色譜儀（配有氫火焰離子檢測器和色 譜工作站） 日本島津企業管理有限公司；Tensor II FTIR儀、AM-400型1 H NMR分析儀 德國布魯克科技 有限公司；FA2004B電子天平 上海佑科儀器儀表有限 公司；昆山舒美KQ-200VDE型三頻數控超聲波清洗器 昆山市 超聲儀器有限公司；TH70-85-2磁力攪拌器余姚市東 方電工儀器有限公司。

1.3 方法

1.3.1 包合物的制備

采用水溶液法參考相關制備包合物。稱量一定 量的γ-環糊精溶于25 mL蒸餾水中，使其形成40 mmol/L 的γ-環糊精溶液，將角鯊烯緩慢滴加在γ-環糊精溶液中 （參照按照主客物質的量比為3∶1添加）并超聲 振蕩15 min。在40 ℃條件下磁力攪拌72 h即可得到包合 物溶液。靜置1 h，用吸油紙去除溶液表面未包合的角鯊 烯油滴，置于－60 ℃、100 Pa條件下凍干，得到角鯊烯/ γ-環糊精包合物粉末。

1.3.2 包合物的表征

1.3.2.1 相溶解度測定

參照相關對包合物進行相溶解度測定。稱 取一定量的γ-環糊精溶于25 mL蒸餾水中，分別配制濃度 為0、10、20、30 mmol/L和40 mmol/L的環糊精溶液， 并按主客物質的量比1∶1.5的比例向其中滴加過量的角鯊 烯，超聲振蕩15 min，分別在25、40 ℃及55 ℃條件下 磁力攪拌72 h，得到包合物溶液。取5 mL包合物溶液， 向其中加入10 mL正己烷，超聲萃取10 min。靜置后經 0.45 μm有機濾膜過濾后用氣相色譜檢測得到包合物中角 鯊烯含量。 氣相色譜條件參照相關，具體條件如下： Rtx-5毛細管柱（30 m×0.25 mm，0.25 μm）；升溫 程序：150 ℃維持1 min，15 ℃/min升溫至250 ℃維持 12 min；載氣為99.999% N2，空氣流速400 mL/min，氫氣 流速40 mL/min，分流比1∶10；進樣口溫度250 ℃；進樣 口壓力204 kPa；氫火焰離子檢測器溫度290 ℃；進樣量 1 μL；定量方法為峰面積歸一化外標法。 以環糊精的濃度為橫坐標，角鯊烯的溶解度為縱坐 標，繪制相溶解圖，并計算包合常數、增溶因子（S/S0， S及S0分別為角鯊烯在環糊精溶液及水中的溶解度）及 熱力學參數，按式（1）～（3）計算：

式（1）中：K為包合常數/（L/mol）；k為相溶解度 圖中線性回歸方程的斜率；d為相溶解度圖中線性回歸方 程的截距/（mmol/L）。 式（2）中：ΔG為反應的吉布斯自由能/（J/mol）； Δ H 為反應的焓變 / （ J / mol ） ； R 為氣體常數， 8.314 J/（K·mol）；T為熱力學溫度/K；ΔS為反應的熵 變/（J/（K·mol））。根據式（3），將lnK對1/T作圖，通過線性擬合得到 直線的截距可計算ΔS。


1.3.2.2 FTIR分析

將約1 mg樣品（γ-環糊精和角鯊烯/γ-環糊精包合 物）置于盛有約100 mg干燥溴化鉀的瑪瑙研缽中充分混 合并研磨成細粉末。然后將樣品裝入模具中壓成片狀， 并置于FTIR儀中進行測試。通過向溴化鉀片劑中加入 1 滴角鯊烯制備角鯊烯片劑樣品。 1.3.2.3 1 H NMR分析 用核磁共振波譜儀在500 MHz、25 ℃條件下記錄 1 H NMR譜。將角鯊烯、包合物和γ-環糊精分別溶解在氘 代二甲基亞砜中，置于內徑為5 mm的核磁管中，分別進 行測試。并根據包合物1 H NMR圖譜中呈現的各基團圖譜 的積分面積計算包合物中主客物質的量比。

2 結果與分析

在25、40 ℃及55 ℃下，在0～40 mmol/L 范圍內，角鯊烯在γ-環糊精溶液中的相溶解圖為AL型， 即形成的包合物主客物質的量比為1∶1，不同于報 道的γ-環糊精與角鯊烯可形成主客比近似為2.68∶1的包合 物，這可能與包合物制備條件不同有關。包合過程是一個動態平衡的過程，即包合與解離同 時存在。而包合常數K值是決定包合物性質的一個重要參 數，其大小能夠反映環糊精和角鯊烯形成包合物過程中 結合力的強弱，所以，K值可對包合過程作出定量描述。 一般K值越大說明環糊精的包合效果越明顯，增大客體分 子溶解度的能力越強。包合常數K隨著溫 度的升高而增大，表明所形成的包合物越來越穩定，這 是由于分子熱運動隨溫度的升高變得更加劇烈，有利于 角鯊烯進入環糊精的空腔內，從而使反應向有利于包合 的方向進行，這與相關研究結論一致。

3 結 論

應用水溶液法結合冷凍干燥法制備角鯊烯/γ-環糊精 包合物，并通過相溶解度、FTIR、1 H NMR分析及分子模 擬對γ-環糊精包合角鯊烯的機理進行研究。結果顯示，角 鯊烯被γ-環糊精成功包埋，且在客體分子過量的情況下， 可與γ-環糊精形成主客物質的量比1∶1的包合物，而當 γ-環糊精過量時，可形成主客物質的量比3.45∶1的包合 物。相溶解度及熱力學參數分析結果表明，γ-環糊精對 角鯊烯增溶效果明顯，最大可提高至原來的309 倍；包 合常數隨溫度升高而增大，整個包合過程釋放的反應熱 較小，呈自發的吸熱反應，溫度升高導致的無序化增加 （熵增加）是包合反應的主要驅動力。分子模擬結果表 明，包合物的分子結構為角鯊烯鏈狀分子將γ-環糊精環狀 分子均勻地“串聯”在一起，且最佳主客物質的量比為 4∶1，但大于4∶1后包合物分子結構突然變得不穩定，具 體機理仍有待進一步研究。本研究對于進一步闡明環糊 精包合角鯊烯的機理具有重要的指導意義，并可為擴大 角鯊烯在食品、化妝品及醫藥等領域水溶性環境中的應 用提供理論依據及參考。


 

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