复方肉桂醛微囊的制备及质量评价_李宇伟.pdf

试验研究NO.06 202366饲料研究 FEED RESEARCH复方肉桂醛微囊的制备及质量评价李宇伟1，2 连瑞丽1 廉世宇1 张桂枝2，3*姜东凤2，3 靳双星1，2 李利红1（1.河南牧业经济学院动物医药学院，河南 郑州 450046；2.河南省家禽疾病防控工程技术研究中心，河南 郑州 450000；3.河南牧业经济学院动物科技学院，河南 郑州 450046）摘要：试验旨在优化复方肉桂醛微囊的制备工艺，评价复方肉桂醛微囊的质量。试验以乙基纤维素为壁材，采用单凝聚法制备复方肉桂醛微囊，单因素试验探讨芯壁比、加水量、搅拌速度对微囊形成的影响，以包埋率与微囊产率为评价指标，通过正交试验，筛选最优工艺参数，并对正交试验结果进行验证。结果显示，最优工艺为芯壁比45、加水量为每克乙基纤维素使用25 mL的蒸馏水、搅拌速度800 r/min，获得最佳包埋率为30.73%，对应产率为69.03%。微观形态观察结果显示有新构象形成，表明微囊制备成功。溶出度试验结果表明，在溶液中药物未达到一定质量浓度时，微囊会快速释放；当溶液中药物达到一定质量浓度时，药物释放速率将会减慢并逐渐趋于稳定。研究表明，试验通过复方肉桂醛的特殊微囊包被处理技术，筛选出了复方肉桂醛微囊的最优制备工艺，为植物精油产品进一步研究提供参考。关键词：肉桂醛；微囊；制备工艺；质量评价中图分类号：S 816.7 文献标识码：A 文章编号：1002-2813（2023）06-0066-05 Doi：10.13557/ki.issn1002-2813.2023.06.014Preparation and quality evaluation of compound cinnamaldehyde microcapsulesLI Yu-wei LIAN Rui-li LIAN Shi-yu ZHANG Gui-zhi JIANG Dong-feng JIN Shuang-xing LI Li-hongAbstract:The experiment was to optimize preparation technology and evaluate the quality of compound cinnamaldehyde microcapsules.Compound cinnamaldehyde microcapsules were prepared by monocoagulation method,of which ethylcellulose was wall material.The effect of core to wall ratio,water content and stirring speed on formation of microcapsules were discussed by single factor test.Taking the embedding rate and microcapsule yield as key technical indicators,the optimal process parameters were selected through orthogonal test,and the results of orthogonal test were verified.The results showed that the optimal process was core to wall ratio of 45,water addition was 25 mL of distilled water per gram of ethyl cellulose,and stirring speed of 800 r/min.The optimal embedding rate was 30.73%,and the corresponding yield was 69.03%.The results of microscopic observation showed the formation of new phase,indicating that the microcapsule was successfully prepared.The dissolution test results showed that when the drug in solution did not reach a certain mass concentration,the microcapsule would release rapidly,and when the drug in solution reached a certain concentration,the drug release rate would slow down and gradually become stable.The experiment indicates that the optimal preparation process of compound cinnamaldehyde microcapsule is screened through special coating treatment technology of compound cinnamaldehyde microcapsule,which can provide a reference for further research of plant essential oil products.Key words:cinnamaldehyde;microcapsules;preparation process;quality evaluation饲料端“禁抗”、养殖端“减抗”以及食品端“限抗”给养殖业带来了巨大挑战1-3。植物精油源于天然植物，具有抗菌、抗氧化、调节免疫力等作用4，可作为“替抗”产品的选择之一4-5。肉桂醛是存在于天然肉桂中的一种有效成分，微溶于水6，具有解热镇痛、抗氧化、抗菌消炎、促进生长发育7-8、无残留、控制氨氮排放、减轻空气污染等作用8-9。但肉桂醛的稳定性差、易挥发，直接在畜禽疾病防控中应用存在很大的局限性，不能达到预期的效果。微囊技术是利用高分子材料包裹不稳定的物质，形成具有半透性微小胶囊的技术10-11，可以改善被包裹物质的物理性质，增强稳定性，降低挥第一作者：李宇伟，硕士，副教授，研究方向为药物制剂与质量标准。通信作者：张桂枝，硕士，副教授。基金项目：河南省重点研发与推广专项（科技攻关）（项目编号：212102110366）；河南牧业经济学院院级重点培育学科项目（项目编号：中兽药生药学41000003）收稿日期：2022-07-16试验研究NO.06 202367饲料研究 FEED RESEARCH发性，屏蔽不良气味，延长保存期12。目前，尚无关于肉桂醛、香芹酚和丁酸钠复配的复方肉桂醛微囊的报道，为更好地发挥复方精油和丁酸钠的协同作用，将肉桂醛与香芹酚与丁酸钠复配可增强植物精油和有机酸缓释协同抑菌的效果13-14。本试验通过特殊微囊包被处理技术，采用单因素试验与正交试验相结合的方法优化微囊制备工艺，筛选出复方肉桂醛微囊制备的最优工艺，对复方肉桂醛微囊进行质量评价，为植物精油微囊制剂在畜禽疾病防控中的应用提供一定参考。1材料与方法1.1试验试剂肉桂醛（99%，上海凛恩科技发展有限公司）、香芹酚（99%，上海凛恩科技发展有限公司）、丁酸钠（分析纯，上海阿拉丁生化科技股份有限公司）、乙基纤维素（98%，北京沃凯生物科技有限公司）、无水乙醇（分析纯，天津市恒兴化学试剂制造有限公司）、医用酒精（95%，新乡众诚生物科技有限公司）、蒸馏水（广州屈臣氏食品饮料有限公司）。1.2试验仪器85-2A型磁力搅拌器（常州润滑有限公司）、101-3A型电热鼓风干燥箱（天津市泰斯特仪器有限公司）、SQP型万分之一电子天平（赛多利斯科学仪器北京有限公司）、ShB-型循环水式真空泵（郑州长城科工贸有限公司）、TU-1810SPC型紫外-可见分光光度计（北京普析通用仪器有限公司）、CKX53型倒置荧光显微镜（奥林巴斯公司中国公司）、ZPS-8g型溶出度测定仪（天津市精拓仪器科技有限公司）、KQ5200E型超声波清洗仪（昆山市超声仪器有限公司）、Purelab F1型纯水机（威立雅水处理技术上海有限公司）、DZF-6050 型真空干燥箱（上海新苗医疗器械制造有限公司）。1.3测定指标及方法1.3.1复方肉桂醛微囊的制备课题组通过体外抑菌预试验确定复方肉桂醛微囊的配方，发现精油和丁酸钠复配使用具有协同增效作用，丁酸钠具有促生长作用，经课题组多次复配优化，采用的配方为肉桂醛香芹酚丁酸钠=2113。微囊的制备方法有溶剂法15、沉淀法16-17、喷雾干燥法18-19、喷雾冷凝法20-21、流化床法22、凝聚法23-24。本课题组通过前期多次探索和优化，发现选择单凝聚法制备复方肉桂醛微囊的效果较好，包埋率和产率综合评价高，微囊成型率较好，后期制备复方肉桂醛微囊均采用单凝聚法。单凝聚法具体操作方法：将丁酸钠充分溶解于蒸馏水中，得到丁酸钠溶液，将乙基纤维素充分溶解于无水乙醇，将肉桂醛与香芹酚共同加至乙基纤维素的乙醇溶液中，充分溶解混匀。将丁酸钠溶液缓慢滴入乙醇溶液中，4 静置沉淀12 h，使用蒸馏水洗涤抽滤，40 真空干燥，得复方肉桂醛微囊。1.3.2复方肉桂醛微囊中肉桂醛的含量测定1.3.2.1复方肉桂醛微囊中肉桂醛最大吸收波长的确定取芯材、壁材（乙基纤维素）、混合物、样品各0.1 g，壁材与样品分别使用100 mL的95%乙醇溶解，芯材与混合物分别使用100 mL蒸馏水与95%乙醇混合液（比例为19）溶解，分别从4种溶解后的溶液中取1 mL于10 mL定容瓶中，分别加入对应溶液溶解，以溶剂为空白对照，使用紫外-分光光度计在波长200400 nm处扫描，选择最大吸收波长。1.3.2.2复方肉桂醛微囊中肉桂醛线性关系的确定准确称取肉桂醛对照品0.05 g，置于50 mL容量瓶中，使用95%乙醇定容，超声15 min至完全溶解，得到肉桂醛母液。分别精确称取肉桂醛母液15、20、25、30、35 g于10 mL容量瓶中，使用95%乙醇定容，形成1.5、2.0、2.5、3.0、3.5 mg/L的肉桂醛标准溶液。使用紫外-分光光度计分别测定每个质量浓度下的肉桂醛标准溶液吸光度，平均测定3次，取平均值为最终值，以肉桂醛的质量浓度（mg/L）为横坐标，以最大吸收波长处的吸光度为纵坐标，绘制肉桂醛标准曲线。1.3.3单因素试验在制备过程中发现芯材与壁材的比例（即芯壁比）、加水量、搅拌速度、滴入速率、壁材总含量等多种因素对微囊包埋率与微囊产率的影响，确定以芯材与壁材的比例、搅拌速率、加水量为主要因素进行单因素试验。1.3.3.1芯壁比称取3.25 g丁酸钠溶于100 mL蒸馏水中，充分溶解，得到丁酸钠溶液。分别称取3、4、5、6、7 g乙基纤维素溶于100 mL无水乙醇中，置于磁力搅拌器上，以700 r/min搅拌，至完全溶解，称取0.50 g肉桂醛与0.25 g香芹酚置于乙醇溶液中至完全溶解，将丁酸钠溶液分批次转移至50 mL酸式滴定管，滴入乙醇溶液中直至滴定完全，冷却过夜，使用蒸馏水洗涤过滤，置于40 的烘箱中干燥，得复方肉桂醛微囊成品，设定芯壁比分别为43、44、45、46、47，测定包埋率与产率，计算综合评分。包埋率=微囊中肉桂醛的含量/加入肉桂醛的总量100%(1)产率=样品质量/加入物质总量100%(2)综合评分=包埋率/最大包埋率0.6+产率/最大产率0.4100(3)1.3.3.2加水量称取 3.25 g 丁酸钠分别溶于 50、75、100、125、150 mL蒸馏水中，充分溶解，称取4 g乙基纤维素溶于100 mL无水乙醇中，置于磁力搅拌器上以700 r/min搅拌，完全溶解，称取0.5 g肉桂醛与0.25 g的香芹酚置于该溶液中，至完全溶解，分别将不同质量浓度丁酸钠溶解转移至酸式滴定管，滴入乙醇溶液中至完全滴定，冷却过夜，使用蒸馏水进行洗涤过滤，将滤饼置于40 的试验研究NO.06 202368饲料研究 FEED RESEARCH烘箱中干燥，得复方肉桂醛微囊成品，测定包埋率与产率，计算综合评分。1.3.3.3搅拌速度称取3.25 g丁酸钠溶于100 mL蒸馏水中，充分溶解得到丁酸钠溶液。称取4 g乙基纤维素溶于100 mL无水乙醇中，置于磁力搅拌器上，分别以 500、600、700、800、900 r/min进行搅拌至完全溶解，称取0.50 g肉桂醛与0.25 g的香芹酚置于该溶液中，至完全溶解，分别将不同质量浓度丁酸钠溶液转移至酸式滴定管，滴入乙醇溶液中至完全滴定，冷却过夜，使用蒸馏水进行洗涤过滤，将滤饼置于40 真空干燥箱中进行干燥，得复方肉桂醛微囊成品，测定包埋率与产率，计算综合评分。1.3.4正交试验设计筛选最优制备工艺采用凝聚法制备复方肉桂醛微囊，以芯壁比（A）、加水量（B）、搅拌速度（C）为影响因素，设置空白（D）进行对照，采用L9（34）正交试验设计，根据单因素试验结果，选择芯壁比为43、44、45，加水量为75、100、125 mL，搅拌速度为600、700、800 r/min进行正交试验，正交试验因素水平设计见表1。1.3.5复方肉桂醛微囊最优制备工艺的验证试验根据正交试验所得数据进行分析，以复方肉桂醛微囊的包埋率、产率、综合评分为指标，筛选出最优工艺，根据该工艺平行制备3组样品，以进一步验证最优工艺的准确性。1.3.6复方肉桂醛微囊的质量评价1.3.6.1微囊形态观察分别取出适量的肉桂醛、香芹酚、丁酸钠、乙基纤维素，分别制成混合物1、混合物2以及与配方相对应的样品，置于倒置显微镜上观察成像情况。1.3.6.2微囊溶出度测定根据2020版中国药典的溶出度测定方法分别制备，复方药物（肉桂醛、香芹酚与丁酸钠的复方药物）、药物和乙基纤维素的混合物、2份复方肉桂醛微囊样品。以 1 000 mL 0.1 mol/L 盐 酸 为 溶 出 介 质，100 r/min、（37.00.3）使用桨法进行溶出度测试。分别取第0、5、10、15、20、25、30、35、40、45 min时各个样品内5 mL溶液，补充5 mL相同环境因素下的溶出介质，利用紫外-可见光分光度计测定出每份溶液的最大吸收波长以及该吸收波长下的吸光度，计算不同时间点的累积溶出度，绘制坐标图。溶出度(X)=An/A100%(4)累积溶出度(Y)=XnXn-1+Xn-2+.+X1VV1式中：An为不同时间点所得溶液对应的吸光度；A为加入总药物的吸光度；V1为不同时间点所取溶液的体积（mL）；V为溶出介质的总体积（mL）。2结果与分析2.1复方肉桂醛微囊中肉桂醛含量的测定2.1.1肉桂醛、香芹酚、乙基纤维素、复方肉桂醛微囊的紫外光谱测定结果（见图1图4）复方肉桂醛微囊的主要成分为肉桂醛，由图1图4可知，复方肉桂醛微囊的最大吸收波长与肉桂醛的最大吸收波长相近，最大吸收波长向三者中间移动，测得最大吸收波长均为290 nm，乙基纤维素在200400 nm处无紫外吸收，不会影响复方肉桂醛微囊中药物含量的测定。因此，将290 nm设定为复方肉桂醛微囊的最大吸收波长。2.1.2肉桂醛标准曲线（见图5）由图 5 可知，肉桂醛标准曲线的回归方程为y=0.148 6x+0.144 5，R2=0.993 9，表 明 肉 桂 醛 在 1.53.5 mg/L内线性关系良好。2.2复方肉桂醛微囊单因素试验结果2.2.1 芯 壁 比 对 复 方 肉 桂 醛 微 囊 综 合 评 分 的 影 响（见图6）由图6可知，复方肉桂醛微囊的综合评分随着乙基表1正交试验因素水平设计 水平123A434445B/mL75100125C/(r/min)600700800图1肉桂醛紫外光谱结果图2香芹酚紫外光谱结果图3乙基纤维素紫外光谱结果图4复方肉桂醛微囊紫外光谱结果图5肉桂醛标准曲线测定结果试验研究NO.06 202369饲料研究 FEED RESEARCH纤维素质量的增加而增加，芯壁比为44时，综合评分达到最大值，表明此时的包埋程度最完全，当加入乙基纤维素量增多时，会因为乙基纤维素的自身性质，产生出大量的空囊，使最终产物的产率不断上涨，但是包埋率逐步下降，综合评分下降。因此，加入乙基纤维素不可过多也不可过少，否则会使药物无法被完全包裹，从而造成浪费。2.2.2 加 水 量 对 复 方 肉 桂 醛 微 囊 综 合 评 分 的 影 响（见图7）由图7可知，当加水量到达100 mL时，综合评分达到最大值，随着加水量继续增加，包埋率减少，当加水量超过100 mL时，形成的产物有部分为空囊，从而造成产物的产率不断上涨、包埋率下降，综合评分下降的结果。因此加水量不可过多，会形成大量空囊，也不可过少，会使部分药物无法形成微囊，从而造成浪费。2.2.3搅拌速度对复方肉桂醛微囊综合评分的影响（见图8）由图8可知，肉桂醛微囊的包埋率随搅拌速度改变而变化，当搅拌速度达到700 r/min时，包埋率达到最大，产率也达到最大，综合评分达到最大值，当搅拌速度超过700 r/min时，综合评分下降。2.3正交试验与方差分析结果（见表2、表3）由表2可知，根据R值判断影响微囊形成因素的排序为ABC，得到复方肉桂醛微囊制备的工艺为A3B3C3，即芯壁比（A）45，加水量（B）为每克乙基纤维素用25 mL的蒸馏水，搅拌速度（C）800 r/min。由表3可知，芯壁比（A）对复方肉桂醛微囊的产率及包埋率具有显著影响（P0.01），芯壁比为最大的影响因素，加水量和搅拌速度对微囊无明显影响。2.4验证试验结果（见表4）由表4可知，以最佳工艺A3B3C3为条件进行验证试验，所有样品综合评分均超过99，明显优于正交试验中的数据，因此确定配方中芯壁比45、加水量125 mL、转速800 r/min为复方肉桂醛微囊的最佳制备工艺。2.5复方肉桂醛微囊的质量评价2.5.1各物质的显微观察结果（见图9）由图9可知，对各种物质以及混合物与样品的明显差别可确定，包埋前后，药物与壁材的显微形态发生了明显变化，并且微囊样品最终以规则球状呈现，表明形成了新的构象，形成了微囊。表3方差分析结果 项目ABCD（误差）离差平方和4 503.23018.0595.7788.782自由度2222均方2 251.6159.0302.8894.391F值512.7642.0560.658P值0.0020.3270.603注：F0.1（2，2）=9，F0.05（2，2）=19，F0.01（2，2）=99。表4验证试验结果 工艺条件A3B3C3序号123平均值包埋率/%30.1130.7329.9630.27产率/%67.8869.0369.2168.71综合评分99.45101.4199.53100.13图6芯壁比复方肉桂醛微囊综合评分的影响图7加水量对复方肉桂醛微囊综合评分的影响图8搅拌速度对复方肉桂醛微囊综合评分表2正交试验结果 序号123456789K1K2K3k1k2k3RA111222333130.35188.87292.6443.4562.9697.5554.10B123123123198.96203.55209.3466.3267.8569.783.46C123231312204.61200.73206.5168.2066.9168.841.93D（空白）123312231200.18204.26207.4266.7368.0969.142.41包埋率/%10.2311.5312.9615.9716.3317.1227.7527.2627.37产率/%43.1438.2842.0060.8761.2563.1877.4786.6680.77综合评分40.7542.3547.2561.3862.4265.0896.8498.7997.01试验研究NO.06 202370饲料研究 FEED RESEARCH2.5.2溶出度含量测定结果（见图10）由图10可知，复方肉桂醛微囊的样品在045 min时的涨幅比较大，在45 min之后涨幅减缓并趋于稳定，累积溶出百分率43%左右时释放减慢，将药物与壁材混合反而会加速药物的释放。在一定时间内，样品的释放速度大于药物和混合物，但是当溶液中药物浓度达到一定量时，样品的释放速度逐渐下降并趋于平稳，而药物与混合物组依旧原速率释放，表明在溶液介质中药物浓度未达到一定标准时，所制备的微囊将会快速释放，当药物浓度达到一定量时，会减缓释放量，并逐步趋向平稳。3结论本试验采用凝聚法中的单凝聚法制备复方肉桂醛微囊，通过研究芯壁比、加水量以及搅拌速度对包埋率、产率的影响，筛选出最佳工艺为芯壁比为45、加水量为每克乙基纤维素使用25 mL水、搅拌速度800 r/min、最佳包埋率为30.73%，产率为69.03%。将制备好的微囊为粉末状物质，无明显的肉桂醛或其他药物的刺激性气味，将样品置于显微镜上进行观察，可观察到大小均一的球状体。溶出度试验结果表明，在溶液中药物未达到一定浓度时，微囊会快速释放，当溶液中药物达到一定浓度时，药物释放速率将会减慢并逐渐趋于稳定。参考文献1 李朝云.减抗替抗形势下饲料配方的设计思路J.广东饲料,2020,29(2):17-19.2 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