β-環(huán)糊精包合皮革防霉劑OIT的研究

　　【中國鞋網(wǎng)】摘要:采用β-環(huán)糊精包合皮革防霉劑N-辛基-4-異噻唑啉-3-酮(OIT)制得了緩釋長效防霉劑,研究了OIT與β-環(huán)糊精的質(zhì)量比、包合時(shí)間、包合溫度對產(chǎn)物包合率的影響,得到了最佳包合條件,最后對產(chǎn)物進(jìn)行了表征和緩釋性能的測定.

    關(guān)鍵詞:β-環(huán)糊精;N-辛基-4-異噻唑啉-3-酮;包合物;皮革;防霉劑

    中圖分類號:TS529.1文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A

    0前言

    N-辛基-4-異噻唑啉-3-酮(OIT)是目前皮革工業(yè)常用的一種低毒、高效、廣譜型的防霉劑,對霉菌具有很強(qiáng)的殺滅作用,能達(dá)到理想的防霉效果[1,2].但其直接使用時(shí)藥效散發(fā)快,持續(xù)時(shí)間短,產(chǎn)生局部毒性大,因此影響了它的使用效果.本文利用β-環(huán)糊精對藥品的優(yōu)良包合與緩釋作用對皮革防霉劑OIT進(jìn)行了包合,制得了使用方便、安全,可用于皮革的緩釋型防霉劑.

    1實(shí)驗(yàn)

    1.1主要儀器與試劑

    主要儀器:熱重分析儀TGAQ500,美國TA公司;JJ-1型定時(shí)電動(dòng)攪拌器,金壇市華峰儀器有限公司;凱式定氮儀B-324,瑞士BUCHI公司.

    主要試劑:β-環(huán)糊精(β-CD),陜西禮泉化工有限實(shí)業(yè)公司;N-辛基-4-異噻唑啉-3-酮(OIT)98%,石家莊博雅化工公司.

    1.2OIT包合物的制備

    1.2.1環(huán)糊精包合OIT機(jī)理

    β-環(huán)糊精是由淀粉經(jīng)酶解環(huán)化而成的由7個(gè)吡喃葡萄糖單元以α-1,4甙鍵連接的環(huán)狀低聚糖化合物,它形成了一種中空立體結(jié)構(gòu)的籠狀化合物,如圖1所示.吡喃葡萄糖環(huán)上的氫原子位于空腔內(nèi)并覆蓋了配糖氧原子,使空腔內(nèi)部成為疏水性空間,環(huán)糊精分子空腔邊緣含有羥基,使空腔外部表現(xiàn)為吸水性.這種憎水性內(nèi)腔可與很多油溶性物質(zhì)結(jié)合形成一種特殊的包合物,而親水的外腔可增大油溶性物質(zhì)在水中的溶解性,形成具有緩釋作用的微囊,它已在醫(yī)藥、食品、農(nóng)藥、化肥的緩釋上得到了較好的應(yīng)用[4-6].

　　N-辛基-4-異噻唑啉-3-酮(OIT)作為處理高檔皮革的一種低毒、高效、廣譜型防霉劑,對霉菌具有很強(qiáng)的殺滅作用,但是它僅溶于有機(jī)溶劑而微溶于水,使用過程不方便.通過β-環(huán)糊精包合OIT不但可增大它的溶解性,而且可產(chǎn)生緩釋作用,延長藥物的作用時(shí)間.

    1.2.2包合物的制備

    將去離子水按實(shí)驗(yàn)設(shè)定條件加熱至實(shí)驗(yàn)溫度,再加入4.0gβ-環(huán)糊精制成飽和溶液,緩慢滴加實(shí)驗(yàn)量OIT到β-環(huán)糊精溶液中,攪拌反應(yīng)至一定時(shí)間,趁熱取出,放置至室溫,在冰箱3~5℃下冷藏24h,抽濾,沉淀物用少量去離子水洗滌,再用無水乙醇淋洗兩次,于40℃真空干燥得白色粉末狀包合物.

    1.3包封率的測定

    精密稱取上述一定質(zhì)量的β-環(huán)糊精包合物,加0.2g硫酸銅,3g硫酸鉀及20mL硫酸,在消化爐中消解45min后自然冷卻.放冷后,用全自動(dòng)凱式定氮儀測定包合物中氮的摩爾量即為包合物中含OIT的摩爾量,并按中國藥典2000年版微囊、微球與脂質(zhì)體制劑指導(dǎo)原則計(jì)算包封率和收得率:

包封率和收得率

　　1.4實(shí)驗(yàn)因素的確定

　　環(huán)糊精包接油性客體物質(zhì)的動(dòng)力學(xué)原因是:在水溶液中,環(huán)糊精親脂腔體中的水分子形成氫鍵的傾向得不到滿足,因而比溶液中的水分子具有更高的熱焓,并且親脂性藥物整個(gè)分子能通過置換環(huán)糊精腔體內(nèi)的水分子來降低體系能量.環(huán)糊精可以在水溶液中選擇性地與有機(jī)小分子結(jié)合,借范德華力、氫鍵、偶極互相作用而形成具有不同穩(wěn)定性的包合物,這是一個(gè)平衡過程,當(dāng)形成1∶1的包合物時(shí)可以用下式表征這一過程:

　　式中:O為有機(jī)客體分子,Ka是結(jié)合常數(shù),Kb是解離常數(shù)[7].結(jié)合包合原理,為了提高反應(yīng)活性,增大結(jié)合常數(shù)可使包合過程向正方向進(jìn)行,因此本實(shí)驗(yàn)固定β-環(huán)糊精加入量為4.00g,考察OIT與β-環(huán)糊精的質(zhì)量比、反應(yīng)溫度、反應(yīng)時(shí)間對包合物包封率與收得率的影響,以得到最佳條件.

　　1.5熱重分析實(shí)驗(yàn)

    對得到的包合物采用熱重分析(TGA)進(jìn)行驗(yàn)證.測試條件為:鉑坩堝;氣氛為氮?dú)?斜坡設(shè)定:升溫速率10℃/min.

    1.6釋放性能測定

    將β-環(huán)糊精包合物配成一定濃度的乙醇-水溶液均勻浸涂于實(shí)驗(yàn)用原皮上,在自然條件下暴露于空氣中,每隔一定時(shí)間用乙醇定期萃取同面積的原皮,將濾液處理后用UV-3000紫外分光光度計(jì)在Kmax=276nm下測定其吸光度,同時(shí)將經(jīng)計(jì)算與包合物中等量的OIT配成同濃度乙醇-水溶液做同上的對比實(shí)驗(yàn),分析包合物的OIT釋放和保留性能.

    2結(jié)果與討論

    2.1OIT加入量的影響

    OIT的用量影響到所得產(chǎn)品的包封率和成本,因?yàn)棣?CD的空腔容納OIT有一飽和量.OIT加入量的影響如圖2所示,包封率曲線顯示,當(dāng)OIT加入量從0.40g增加到0.80g時(shí),隨著OIT投入量的增加,包封率基本保持不變,都在70%以上,此后再增加OIT投入量包封率不斷減少.這是由于提高OIT的投入量,雖然可以使包合物中OIT的絕對量稍有提高,但同時(shí)有大量的藥物游離在外.而從收得率曲線可以看出,當(dāng)OIT投入量為0.8g以下時(shí),收得率很低,說明有很多的β-CD過量未參與反應(yīng);當(dāng)OIT投入量為0.8g,收得率達(dá)到最大值時(shí),再增加OIT投入量則收得率降低,說明此時(shí)的OIT為過量,故從包封率和收得率曲線可以看出,OIT投入量以0.8g為最佳.

    2.2包合時(shí)間的影響

  包合時(shí)間的影響

　　β-CD包合OIT的過程實(shí)際上就是水分子與OIT分子在范德華力的作用下,相互置換的重排和移去過程,因此會(huì)有一個(gè)時(shí)間的平衡過程.包合時(shí)間的影響如圖3所示,包封率曲線顯示包合時(shí)間由0.5h提高到1.5h時(shí),包封率增加很快,但是在1.5h以后,再延長包合時(shí)間,包封率提高已不明顯.這是因?yàn)樵黾影�合時(shí)間能為β-環(huán)糊精和OIT提供更多的相互碰撞機(jī)會(huì),有利于包合物的形成,提高包合率.但當(dāng)包合物充分形成后,β-CD的空腔已經(jīng)飽和,再增加包合時(shí)間對促進(jìn)包合物的形成效果甚微,收得率曲線顯示包合時(shí)間對收得率影響不大,但在1.5h時(shí)收得率較高,綜合包封率和收得率曲線,選擇1.5h包合時(shí)間為最佳.

　　2.3包合溫度的影響

    通過對包合物形成過程的熱力學(xué)分析可知,環(huán)糊精分子空腔無論是在固相還是在水溶液中并非是空著的,而是結(jié)合有水分子,范德華力和疏水鍵互相作用、氫鍵和釋放能量、電荷轉(zhuǎn)移以及π-π堆積都是包合物形成與穩(wěn)定的驅(qū)動(dòng)力.伴隨包合物的形成會(huì)有明顯的熱量變化,因此溫度也是包合過程重要的影響因素.包合溫度過低,則β-環(huán)糊精在水中溶解度較小,不利于包結(jié)絡(luò)合過程,此時(shí)Ka迅速下降,影響包合向產(chǎn)物方向進(jìn)行.包合溫度的影響如圖4所示,由包封率曲線可知,溫度為40~55℃,包封率隨溫度的升高而增加,在55℃時(shí)包封率最高.當(dāng)包合溫度上升至60℃時(shí),包封率反而降低.這是因?yàn)樵谝欢�溫度范圍�?nèi),提高包合溫度能增加β-環(huán)糊精的溶解度,并為OIT的絡(luò)合提供動(dòng)能,促進(jìn)二者的相互碰撞幾率,有利于包合物的生成.但當(dāng)包合達(dá)到平衡后,過高的溫度又促進(jìn)了已形成的包合物中OIT分子的熱運(yùn)動(dòng),導(dǎo)致包合物的解絡(luò).由收得率曲線可以看出,包合溫度對收得率影響不大,在55℃時(shí)收得率相對較高,故溫度以55℃為宜.

包合溫度的影響

　　3包合物的檢測

    3.1熱重分析(TGA)

    對OIT、β-CD、二者物理混合物和β-CD-OIT包合物4種樣品進(jìn)行熱重分析,結(jié)果如圖5所示.由圖5可見,物理混合物的圖譜基本上是OIT和β-CD的圖譜的簡單疊加,它與包合物的圖譜有明顯的區(qū)別.熱重曲線顯示β-CD-OIT包合物(A)的明顯失重溫度約為252℃;溫度升至350℃左右時(shí),總失重率達(dá)到60%;β-CD(B)的明顯失重溫度為278℃,溫度升至350℃時(shí),總失重率達(dá)75%.TGA曲線說明,經(jīng)過包合反應(yīng)后獲得的新物質(zhì)的失重起始溫度向低溫區(qū)遷移了26℃,同時(shí)顯示經(jīng)過包合后熱穩(wěn)定性增強(qiáng),證明了包合物的形成.

包合物的緩釋性能

  3.2包合物的緩釋性能

    對實(shí)驗(yàn)樣品和對照樣品進(jìn)行原皮藥物釋放性能測定,結(jié)果如圖6所示.

    從圖6可以看出,經(jīng)過β-CD包合,皮革在放置一個(gè)月后其中的OIT濃度減少了69.78%,放置兩個(gè)月后減少了31.46%,而直接浸涂OIT的皮革樣品則其在放置20天左右已基本揮發(fā)殆盡,故可證明經(jīng)本實(shí)驗(yàn)β-CD包合的OIT具有良好的緩釋性能.

　　4結(jié)論

　　研究得到β-環(huán)糊精包合皮革防霉劑OIT的最佳工藝條件為:OIT加入量為0.8g,包合時(shí)間為1.5h,包合溫度為55℃.對反應(yīng)產(chǎn)物的熱重分析結(jié)果證明β-CD-OIT包合物已經(jīng)形成,并具有良好的藥物緩釋性能.

    參考文獻(xiàn)

    [1]葛艷蕊,王奎濤.β-環(huán)糊精玫瑰香精微膠囊的制備[J].河北科技大學(xué)學(xué)報(bào),2004,25(4):14-16.

    [2]王潮霞,劉麗雅,陳水.β-環(huán)糊精制備香精微膠囊的機(jī)理及其應(yīng)用[J].印染助劑,2003,20(4):5-8.

    [3]辜海彬,陳武勇.皮革防霉及防霉劑的研究進(jìn)展[J].中國皮革,2005,33(1):12-15.

    [4]李志堅(jiān),楊偉和,邱美堅(jiān).皮革防霉劑的現(xiàn)狀與發(fā)展[J].廣東化工,2002,(2):14-15.[5]β-環(huán)糊精和染料木黃酮包合作用的研究[J].食品科學(xué),2006,27(2):94-99.

    [6]周立斌,陳莉,王亦農(nóng),等.β-環(huán)糊精對芳香族氨基酸的包合作用研究[J].離子交換與吸附,2005,21(2):159-167.

    [7]陳洪燕,萬明.β-環(huán)糊精包合纈草揮發(fā)油的工藝研究[J].中國醫(yī)院藥學(xué)雜志,2005,25(4):336-337.

    [8]ParkCW,KimSJ,ParkSJ,etal.InclusioncomplexofConjugatedLinoleicAcid(CLA)withCyclodextrins[J].JAgriFoodChem,2002,50:2977-2983.