中药单体对乳膏物理稳定性的影响机制探讨

[摘要]该文分别以结构母核相近的黄酮类及生物碱类中药单体为乳膏所载药物，以稳定的山梨醇酐单硬脂酸酯（司盘60）-聚氧乙烯脱水山梨醇单油酸酯（吐温80）乳化体系为乳膏基质，采用近红外稳定性分析技术定量表征乳膏的物理稳定性，基于乳膏凝胶网状结构理论、溶度参数理论、双电层理论、界面膜理论，探寻中药单体对乳膏物理稳定性的影响机制。结果表明，延胡索乙素、苦参碱、柚皮素、氧化苦参碱中药单体与乳膏基质辅料具有接近的溶度参数，其制备的乳膏具有较高的Zeta电位值，较强的物理稳定性，且与基质乳膏具有较为接近的微观结构信息；而黄芩苷、小檗碱、黄藤素、黄芩素中药单体与乳膏基质辅料的溶度参数差异较大，其制备的乳膏具有较低的Zeta电位值，较差的物理稳定性，且与基质乳膏的微观结构信息差异较大。

[关键词]影响机制；物理稳定性；乳化；凝胶网络结构；溶度参数；Zeta电位值

乳膏属于热力学不稳定的多相复杂结构体系，其物理稳定性受多重机制的影响，目前国内外对乳膏物理稳定性机制的解释主要存在以下几种理论：①乳化理论，在O/W乳膏中表面活性剂聚集在油水界面上形成界面膜并降低油水界面张力，防止油滴的聚并[1]，故中药单体与表面活性剂的相互作用将直接影响表面活性剂的乳化能力，进而影响乳膏的物理稳定性；②凝胶网状结构理论，大量研究认为表面活性剂参与界面膜和乳膏连续相的形成[2]，Barry[3]和Eccleston[4]认为乳膏连续相主要由亲水凝胶相和亲脂凝胶相组成，亲脂凝胶相和亲水凝胶相共同构成了乳膏的“凝胶网状结构”，乳膏中的油滴分散在这种凝胶网状结构中，从而避免了聚并和絮凝的发生，维持乳膏的稳定性[5]，故表征乳膏凝胶网状结构的流变参数，水分分布结果及偏光显微结果均与乳膏物理稳定性存在一定关联；③双电层理论，存在于油滴表面的表面活性剂由于电离作用、吸附作用或是与分散介质介电常数的差异，均易导致油滴周围具有双电层结构，使得分散相油滴相互靠近时因双电层产生的排斥作用而不容易发生聚集，维持乳膏的稳定，故中药单体对乳膏双电层的破坏亦是影响乳膏物理稳定性的原因之一[6]；④溶度参数理论，溶度参数可用于定量表征2组分或2系统间的亲和性与互溶性，它是相似相溶原理的定量表达，即具有相近溶度参数的2组分具有较好的互溶性[7-8]。故药物与乳膏基质辅料间的相容性差，容易导致“两相分离”现象，影响乳膏制剂的物理稳定性。

本研究分别根据以上乳膏稳定性理论，探寻中药单体对乳膏物理稳定性的影响机制。

1 材料

FA25高剪切分散乳化机（上海弗鲁克流体机械制造有限公司）；GL-16离心机（上海安亭科学仪器厂）； Physical MCR101流变仪（奥地利Anton Paar公司）； Turbiscan Lab 专家型近红外稳定性分析仪，RHELOLASERLAB光学微流变仪（法国Formulaction公司）；OLYMPUS CX41偏光显微镜（日本OLYMPUS公司）；TG/DTA 6300型热重差热综合热分析仪（日本精工株式会社）；Malvern纳米粒度仪（英国马尔文公司）；DDS-307A型电导率仪（上海精密科学仪器有限公司）。

肉豆蔻酸异丙酯（IPM），山梨醇酐单硬脂酸酯（司盘60），聚氧乙烯脱水山梨醇单油酸酯（吐温80）（国药集团化学试剂有限公司）；十六醇，十八醇（西陇化工股份有限公司）；双蒸水（自制）；小檗碱（陕西森弗生物技术有限公司）；黄芩苷，柚皮素（南京泽朗医药科技有限公司）；苦参碱（陕西永健制药有限公司）；氧化苦参碱，延胡索乙素，黄芩素，黄藤素（西安嘉定生物科技有限公司）；防腐剂：Glydant Plus Liquid（GPL）（瑞士Lonza集团）。

2 方法与结果

2.1 供试乳膏载药量的确定与制备

2.1.1 乳膏的制备

油相：司盘60 2 g，十六醇6.4 g，十八醇9.6 g，IPM 10 g；水相：吐温80 2 g，GPL 0.2 g，双蒸水70 mL，载药乳膏是在乳膏基质处方的基础上分别载入不同量的中药单体于油相中。将水相、油相分别加热到（80±2）℃，将水相缓慢倒入油相中，10 000 r・min-1高速剪切乳化1 min，迅速放入夹套水中，边搅拌边冷却直至室温，灌装于玻璃乳膏盒中，即得。将乳膏于25 ℃，75%湿度（RH）放置1 d后表征乳膏微观结构及物理稳定性。

2.1.2 乳膏载药量的确定

中药乳膏的物理稳定性问题，需在特定的载药量下进行探讨，几乎可做这么一猜想：任何中药提取物只要其载药量无限小，都可与稳定的乳膏基质处方制备稳定的中药乳膏，同理，任何中药提取物，当其载药量无限大时，其所得的中药乳膏必将会不稳定。中药乳膏的物理稳定性反映在乳膏基质对中药提取物载药量的耐受性上，即乳膏基质所能承受的载药量越大，则认为药物与乳膏基质的相容性越好，越容易制备稳定的药物乳膏，本研究为能很好的区分同一乳膏基质对不同中药单体的相容性差别，以乳膏离心稳定性（12 000 r・min-1，15 min）为评价指标，采用载药量逐步递增法初步确定各中药单体在乳膏基质中的最大载药量，见表1。

以上中药单体按其在乳膏基质中的最大载药情况，大概可分为2组，即≤0.4%的组和接近4.0%的组。本研究为考察各药物乳膏在其最大载药量情况下的稳定性情况，将黄芩苷、小檗碱、黄芩素、氧化苦参碱、黄藤素在乳膏基质中载药量确定为0.4%，柚皮素、苦参碱、延胡索乙素确定为4.0%，按上法制备各药物乳膏。

2.2 近红外物理稳定性定量表征

近红外稳定性分析技术是利用光散射和光透射原理，测量乳膏分散相粒径及分散相浓度随时间的变化大小及变化速率，通过稳定性动力学参数（stability kinetics index，SKI）定量表征乳膏的物理稳定性[9]，即SKI越大，乳膏物理稳定性越差[10]。乳膏储存温度、测量温度均为40 ℃，测试时间15 d，乳膏近红外稳定性结果见图1，2。在低载药量药物乳膏中（图1），氧化苦参碱乳膏具有最低的SKI值，表明其具有最佳的物理稳定性。在高载药量药物乳膏中（图2），药物的加入明显使乳膏的SKI值增加，且各药物乳膏的SKI值大小顺序为柚皮素>苦参碱>延胡索乙素。

2.3 乳膏稳定性机制探讨

2.3.1 乳化理论

为使乳膏中油相均匀、稳定的分布在连续相中，需借助乳化剂的乳化能力，使其在油水界面形成乳化膜，以降低油水界面能。然而，中药单体与乳化剂的相互作用可能在一定程度上降低了乳化剂的乳化能力。本研究通过光学微流变测定中药单体对吐温80水溶液黏度的影响，以表征中药单体与吐温80的相互作用强度，吐温80水溶液的制备方法为：按照基质处方中的用量，称取2.000 0 g吐温80于70 mL双蒸水中，（80±2） ℃水浴加热30 min，常温冷却至25 ℃，即得；分别将0.1 g各种中药单体与2.000 0 g吐温80同时加入到70 mL双蒸水中，同法制得药物吐温80水溶液。将吐温80水溶液及药物吐温80水溶液装于40 mL样品管中，于RHEOLASERLAB光学微流变仪中测量其宏观黏度指数，测试时间30 min，测试温度25 ℃，结果见表2。药物的加入均在一定程度上降低了吐温80水溶液的黏度，其中延胡索乙素、苦参碱、柚皮素、氧化苦参碱降低的较少，而小檗碱、黄芩素、黄藤素、黄芩苷降低的较为明显。这与前期研究结果较吻合，即延胡索乙素、苦参碱、氧化苦参碱与基质乳膏的相容性较好，在乳膏基质中具有较高的载药量，推测药物与吐温80的相互作用可能是药物与基质乳膏相容性差的原因之一。

2.3.2 凝胶网状结构理论

乳膏的连续相结构（即凝胶网状结构）主要通过显微观察、水分分布及结构强度3个方面进行表征。

2.3.2.1 乳膏显微观察 所有的乳膏在偏光显微镜下均能观察到或多或少的各向异性的球形层状液晶结构，但相对于基质乳膏，药物的加入均在一定程度削弱了球形层状液晶结构的形成，见图3。其中黄芩苷、小檗碱、黄芩素、氧化苦参碱、黄藤素对球形层状液晶结构的削弱更为明显，光亮的球形层状液晶结构明显较少。而延胡索乙素、苦参碱、柚皮素乳膏中仍有较多的球形层状液晶结构，其中以延胡索乙素乳膏最多、最清晰，苦参碱乳膏次之。表明延胡索乙素、苦参碱、柚皮素相比于黄芩苷、小檗碱、黄芩素、黄藤素、氧化苦参碱具有与基质更好的相容性，这与各药物在乳膏基质中的最大载药量结果相一致，即乳膏基质对延胡索乙素、苦参碱、柚皮素具有更强的载药能力。推测药物可通过影响乳膏层状液晶结构的形成来影响乳膏物理稳定性。

2.3.2.2 乳膏水分分布 乳膏热重结果见表3。相对于基质乳膏，药物的加入使得乳膏中的自由水（20～50 ℃）及亲水凝胶相水（70～110 ℃）含量明显增加，而亲脂凝胶相水（50～70 ℃）含量明显降低，这与偏光显微镜观察结果一致，即药物的加入明显削弱了乳膏层状液晶结构的形成。在低载药量药物乳膏中，氧化苦参碱乳膏的水分分布与基质乳膏水分分布最为接近，而在高载药量药物乳膏中，苦参碱乳膏、延胡索乙素乳膏与基质乳膏最为接近。柚皮素乳膏相对于基质乳膏具有较高的自由水和亲水凝胶相水，较低的亲脂凝胶相水。以上结果表明，氧化苦参碱、苦参碱、延胡索乙素与基质具有较好的相容性。表现为与基质具有较为类似的水分分布，然而其他药物乳膏相对于基质，自由水及亲水凝胶相水明显升高。故药物通过影响乳膏亲脂凝胶相和亲水凝胶相的形成来影响乳膏的物理稳定性，而乳膏亲脂凝胶相和亲水凝胶相的变化又可通过乳膏各温度阶段水分分布结果得以反映。

2.3.2.3 屈服值 乳膏屈服值结果见表3。与基质乳膏比较，药物的加入明显降低了乳膏的屈服值，表明药物阻碍了乳膏凝胶网状结构的形成，降低了乳膏凝胶网状结构强度。然而在各药物乳膏中苦参碱及氧化苦参碱乳膏与基质乳膏的屈服值最为接近，表明二者均与乳膏基质具有较好的相容性。这或许是由于苦参碱及氧化苦参碱在水中具有较高的溶解度，对乳膏凝胶结构的形成影响较小所致。

2.3.2.4 黏弹性 乳膏黏弹性可通过机械流变仪

的固定频率震荡扫描得到，结果见表4。与基质乳膏相比，药物的加入均明显削弱了乳膏的黏弹性，表现为存储模量（G′）、损耗模量（G′′）、相等点（G′= G′′）、流动点（FP）、线性黏弹区域（LVE-S）的降低。且使黏性比弹性降低的更多，表现为损耗因子（损耗模量与弹性模量的比值，tanσ）的降低。在低载药量（0.4%的载药量）乳膏中，黄酮类药物（黄芩苷、黄芩素）乳膏的黏弹特性均低于生物碱类药物（小檗碱、氧化苦参碱）乳膏。表现为黄芩苷及黄芩素乳膏具有较低的G′，G′′，FP，G′= G′′，LVE-S及弹性因子，小檗碱及氧化苦参碱乳膏反之。然而在高载药量药物乳膏中，各乳膏的黏弹性大小顺序为基质乳膏>延胡索乙素乳膏>苦参碱乳膏>柚皮素乳膏，这一结果与表1中各药物在基质中的载药能力大小顺序相一致。这或许可以推测，药物对乳膏黏弹性降低的越多，基质对药物的载药能力越差。

2.3.3 双电层理论

O/W乳膏作为一种常见的油水分散体系，其物理稳定性还受双电层电位的影响，2005年版《中国药典》二部[11]附录IX E粒度与粒度分布法中描述“只有当分散体系中的双电层电位（Zeta电位）处于一定范围内，体系才处于稳定状态”，即分散粒子越小，Zeta电位绝对值越高，体系越稳定[12]。反之，Zeta电位绝对值越低，使得吸引力大于排斥力，分散相粒子被破坏而发生聚结或絮凝。利用Malvern纳米粒度仪的Zeta电位测量模块测量药物乳膏的 Zeta电位，探寻药物对乳膏内油滴表面电荷分布的影响，进而分析药物乳膏物理稳定性规律，结果见表5。氧化苦参碱、柚皮素、苦参碱、延胡索乙素制备的乳膏具有较高的Zeta电位值，即乳膏内的油滴间具有较高的静电排斥作用，使得油滴之间不容易发生聚集、絮凝等不稳定现象。相反，黄芩苷、黄芩素、小檗碱、黄腾素制备的乳膏具有较低的Zeta电位值，使得油滴之间的静电排斥作用较小，油滴易发生聚集、絮凝等现象，严重影响乳膏的物理稳定性。故推测中药单体对乳膏双电层的破坏是影响乳膏物理稳定性的关键原因之一。

2.3.4 溶度参数理论

利用溶度参数理论研究中药单体与乳膏基质辅料的相容性，溶度参数可定量表征物质的内聚性质，其物理意义为单位体积物质内聚能的平方根。它以“相似相溶”原理[13]为依据，即有相似溶度参数的2种物质互溶性较好。故2种物质溶度参数的差值（Δδ）可作为衡量2种材料相容性好坏的指标。

Hansen[14]在1967年提出物质内聚能应为色散力、极性力和氢键力三者作用力的贡献之和，从而建立了Hansen三维溶度参数（Hansen solubility parameters，HSP），其中δd ，δp，δh分别是与色散力、极性力、氢键力相应的溶度参数。本文采用ChemSW Molecular Modeling ProTM软件估算各组分色散力、极性力、氢键力相应的溶度参数，并根据公式计算各组分的溶度参数，基质辅料混合物的溶度参数根据公式δm=δ1×V1+δ2×V2+…δn×Vn计算，其中δm为混合物的溶度参数，V1， V2，Vn为混合物中各组分的体积分数。考虑到乳膏基质中水的含量较高，且水的溶度参数与其他基质辅料差异较大，若将水参与到乳膏基质辅料混合物溶度参数的计算将会掩盖其他基质辅料对混合物溶度参数的贡献，故在基质辅料混合物溶度参数的计算时不考虑水的影响，各物料及其混合物的溶度参数结果见表6。

氧化苦参碱、延胡索乙素、苦参碱与基质辅料混合物具有较好的相容性，表现出较低的Δδ值，分别为2.48，4.73，2.77；此外黄酮类化合物（黄芩苷、黄芩素、柚皮素Δδ值分别为11.85，10.13，10.88）相比于生物碱化合物（小檗碱、黄藤素Δδ值分别为6.92，4.75）与基质具有更差的相容性。当与药物乳膏微观结构及近红外稳定性结果相关联时不难发现，中药单体的溶度参数与基质辅料混合物越接近，其制备的药物乳膏与基质乳膏具有较为接近的微观结构信息，较强的物理稳定性。

3 结论

中药乳膏的物理稳定性受多方面因素的影响，本文主要从乳化理论、凝胶网状结构理论、双电层理论和溶度参数理论4个方面研究中药单体对乳膏物理稳定性的影响机制。

乳化理论研究表明：中药单体降低了吐温80水溶液的黏度，推测中药单体与吐温80发生一定的相互作用，这或许降低了吐温80的乳化性能，从而使得乳膏物理稳定性降低；凝胶网状结构理论研究表明：相对于基质乳膏，中药单体的加入使得乳膏自由水增多、亲脂凝胶相水降低，层状液晶结构形成受阻，乳膏凝胶结构强度削弱，且这些凝胶结构信息与乳膏基质差异越大，乳膏物理稳定性越差；从溶度参数角度考虑发现，中药单体具有与乳膏基质辅料越接近的溶度参数，则中药单体与乳膏基质的相容性越好，相应的药物乳膏物理稳定性越强；从胶体稳定性角度考虑，中药单体影响乳膏内油滴周围的界面电荷，当中药单体使得乳膏内油滴周围的界面电荷绝对值越大，则油滴之间的静电排斥作用力越强，油滴越不容易发生聚并，乳膏物理稳定性越强。

乳膏属于多相复杂的结构体系，故其物理稳定性受多方面因素的影响。应从多角度去考虑乳膏的物理稳定性问题，研究药物对乳膏物理稳定性影响的机制，这样有利于针对不同的药物选择不同的、稳定的乳膏基质，避免基质筛选过程的同质化现象及盲目性。

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Discussing of influence mechanism of Chinese herbal monomer on

physical stability of cream

YIN Hui-fu， NIE He-yun， WANG Sen， ZHU Wei-feng*， LI Rong-miao

（Key Laboratory of Modern Preparation of Traditional Chinese Medicine，

Ministry of Education， Jiangxi University of Traditional Chinese Medicine， Nanchang 330004， China）

[Abstract] This study left flavonoids and alkaloids Chinese herbal monomer with common parent nucleus as cream base carriages drug respectively， cream base were prepared with stable span 60-tween 80 emulsification system. The near-infrared stability analysis technology was performed to quantitatively characterize the physical stability of cream. Base on the theory of gel network structure， theory of emulsification， theory of solubility parameter and theory of double layer， the influence mechanism of Chinese herbal monomer on physical stability of cream was discussed. The results showed that tetrahydropalmatine， matrine and naringenin had similar solubility parameter value with cream base material， creams prepared with those Chinese herbal monomer have higher Zeta potential value and stronger physical stability， and that those creams had similar microstructure information with cream base. However， a larger solubility parameter difference exists between baicalin， baicalein， berberine， palmatine and cream base material. Creams prepared with those Chinese herbal monomers had lower Zeta potential value and poorer physical stability， and that those creams had great different microstructure information with cream base.

[Key words] influence mechanism； physical stability； emulsification； gel network structure； solubility parameter； Zeta potential

doi：10.4268/cjcmm20141919