基本信息
- 项目名称：
- 叶酸与β-环糊精的包合作用研究
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 生命科学
- 大类：
- 自然科学类学术论文
- 简介：
- 本作品采用MOPAC分子模拟和紫外光谱法探讨水相中β-环糊精与叶酸的包合作用，利用共沉淀法制备β-环糊精-叶酸包合物，并对其进行TG-DTA、FT-IR表征，测定β-环糊精与叶酸的包合比、表观包合稳定常数和包合反应的热力学参数。结果表明，叶酸分子以摩尔比2:1完全进入β-环糊精空腔，自发形成稳定的包合物。经典恒温加速试验法结果显示，包合物中叶酸的稳定性得到显著改善。
- 详细介绍：
- 叶酸（folic acid, FA）又称维生素BC或维生素M，最早是美国科学家Mitchell和Snell等人从菠菜叶中提取纯化得到的一种酸性营养素，因此而得名。它是一类具有蝶酰谷氨酸（pteroylglutamic acid，PGA）结构及FA样生物活性的化合物的统称，由蝶啶、对氨基苯甲酸、一个或多个谷氨酸组合而成。天然存在的FA常以多聚谷氨酰基叶酸的形式存在，人工合成的叶酸则以单谷氨酰基叶酸的形式存在（在本文中，术语FA通指单谷氨酰基叶酸）。 FA在一碳代谢中具有辅酶活性。FA缺乏会导致贫血、皮肤病变、胎儿致畸、癌前病变等多种不良影响。FA的开发与应用是当今世界强化食品研究与药物开发的新热点。由于FA的水溶性差，且对光、热、湿、氧均不稳定，很大程度降低了它的生物利用度。随着叶酸在药物应用方面的不断推广，对叶酸水溶性和稳定性的改善已成为人们的必然需求。 传统的FA剂型大都是加入抗氧化剂来提高FA的稳定性，但通常一些抗氧化剂和FA在水中不能形成均一稳定的溶液，且有研究表明：在FA中加入维生素C等抗氧化剂仅能在短期内保护FA。将FA与糊精、羟丙基甲基纤维素等制成微丸，亦可提高FA稳定性，但工艺比较复杂。目前环糊精包合技术已被证明是提高药物稳定性的一种有效手段，其应用有利于制剂的制备和贮存。近年来已有报道用环糊精（β-CD）及其衍生物包合挥发油、少数种维生素、维甲酸和鱼腥草素等。采用MOPAC分子模拟和紫外光谱法探讨水相中β-环糊精与叶酸的包合作用，利用共沉淀法制备β-环糊精-叶酸包合物，并对其进行TG-DTA、FT-IR表征，测定β-环糊精与叶酸的包合比、表观包合稳定常数和包合反应的热力学参数。结果表明，叶酸分子以摩尔比2:1（β-环糊精:叶酸）完全进入β-环糊精空腔，自发形成稳定的包合物。经典恒温加速试验法结果显示，包合物中叶酸的稳定性得到显著改善。采用响应面法分析优化包合物制备工艺，其较佳工艺条件为：包合温度为82.4℃，包合时间为3.5 h，β-环糊精与叶酸的质量比为5:2。FA的溶解性及稳定性得到显著改善。克服了以上存在的一些问题，解决了β-环糊精包合叶酸的可行性、方法及条件等一系列问题，也解决了目前叶酸制剂中存在的叶酸的相容性差及易降解问题。另外由于药物在环糊精筒状结构内部以非共价键结合，使得许多挥发性有效成分在制剂工艺和贮存过程的逸散量大幅减少，增加了药物的物理稳定性，确保了药物疗效。
作品专业信息
撰写目的和基本思路
- 撰写目的：探讨β-环糊精与叶酸包合的可行性及条件，改善FA的稳定性和溶解性。 基本思路：1.采用分子模拟和紫外光谱法探讨在水相中β-CD与FA包合的可行性；2.采用TG-DTA、FT-IR等手段对包合物进行表征；3.包合过程热力学及动力学参数测定；4.FA-β-CD包合物稳定性评价；5.通过响应面法优化包合工艺条件。
科学性、先进性及独特之处
- 作品首次采用分子模拟结合光谱等手段确认了β-CD可与FA形成包合物，并采用共沉淀法制备出了β-CD-FA包合物，改善FA的稳定性和溶解性，技术路线具有一定的科学性、可行性。此外我们实验中选用的β-CD是一种优良的药物辅料。可通过形成包合物来提高FA的稳定性，不需加入抗氧化剂；FA分子能被隔离而包合在环糊精结构的空腔中，形成的包合物相当于分子胶囊，产生了很好的物理屏蔽作用。
应用价值和现实意义
- FA是一种重要的维生素，缺乏FA会导致贫血和皮肤病变。FA的水溶性差，且对光、热、湿、氧不稳定，很大程度上限制了FA的应用。（1）采用β-CD包合FA，形成的FA-β-CD包合物水溶性好、FA稳定性高，提高了FA的应用范围。（2）解决了β-环糊精包合叶酸的可行性、方法及条件，也解决了目前叶酸制剂中存在的叶酸的相容性差及易降解问题，有助于FA新剂型、新制剂的开发。
学术论文摘要
- 为研究β-环糊精对叶酸的包合作用及其对叶酸的热稳定性和水溶性的影响, 论文采用MOPAC分子模拟和紫外光谱法探讨水相中β-环糊精与叶酸的包合作用，利用共沉淀法制备β-环糊精-叶酸包合物，并对其进行TG-DTA、FT-IR表征，测定β-环糊精与叶酸的包合比、表观包合稳定常数和包合反应的热力学参数。结果表明，叶酸分子以摩尔比2:1（β-环糊精:叶酸）完全进入β-环糊精空腔，自发形成稳定的包合物。经典恒温加速试验法结果显示，包合物中叶酸的稳定性得到显著改善。采用响应面法分析优化包合物制备工艺，其较佳工艺条件为：包合温度为82.4℃，包合时间为3.5 h，β-环糊精与叶酸的质量比为5:2。
获奖情况
- 无
鉴定结果
- 无
参考文献
- [1]樊丽, 闫金红, 常永龙, 等. 环糊精与丹参酮IIA包合作用的研究[J]. 化学研究与应用, 2009, 21(1): 31-35 [2]纵伟, 刘钢湖, 卫军. 熊果酸-β-环糊精包合物制备工艺研究[J]. 食品研究与开发, 2008, 29(1): 11-13谷福根, 崔福德, 高永良. 前列腺素E-1与羟丙基-β-环糊精在水溶液中包合作用的研究[J]. 药学学报, 2004, 39(9): 742-746 [3]赵雯玮. 叶酸强化液乳的研究[D]. 成都: 西华大学, 2010 [4]魏洪君. 一种叶酸微丸及其制备方法[P]. 中国: CN101444488, 2009.06.03 [5]Diasa K, Nikolaoub S, De Giovani W F. Synthesis and spectral investigation of Al(III) catechin/β-cyclodextrin and Al(III) quercetin/β-cyclodextrin inclusion compounds [J]. Spectrochimica Acta Part A: Molecular and Biomolecular Spectroscopy, 2008, 70(1): 154-161 [6]Ji H B, Shi D P, Shao M, et al. Transition metal-free and substrate-selective oxidation of alcohols using water as an only solvent in the presence of (-cyclodextrin) [J]. Tetrahedron Letters, 2005, 45(14): 2517-2520
同类课题研究水平概述
- 叶酸（folic acid, FA）是人体细胞生长和造血过程中必须的营养物质，处于生长发育期的机体容易出现FA缺乏症。但是由于FA的水溶性差，且对光、热、湿、氧均不稳定，很大程度上降低了它的生物利用度，限制了FA的应用范围。随着FA在药物应用方面的不断推广，对FA水溶性和稳定性的改善已成为人们的必然需求，国内外已有相关学者对此进行了研究。 国内研究现状： 西华大学的赵雯玮采用反相高效液相色谱法,分别测定在不同pH、温度、光照条件以及抗氧化剂保护下叶酸的稳定性。结果表明:叶酸在pH6.35~10.13缓冲液中,稳定性良好,在96h内保存率仍可达94.5%以上。但实验也指出：在FA中加入维生素C等抗氧化剂仅能在短期内保护FA。魏洪军指出：由叶酸、药用辅料可制备成一种叶酸微丸制剂，如将FA与糊精、羟丙基甲基纤维素等制成微丸，该微丸溶出率高，生物利用度高，FA的稳定性有一定提高，但工艺比较复杂。国内南昌大学食品科学与技术国家重点实验室的童桂鸿，刘成梅以叶酸为载药，卵磷脂和胆固醇为膜材，采用薄膜水化-超声法制备叶酸脂质体，该脂质体有较好的稳定性，但也只能在4℃下密闭放置15d。 国外研究现状：国外Vora A, Riga A, Dollimore D对叶酸的热稳定性进行研究。结果表明：在室温条件下叶酸为晶形结构，并将在349℃转变为无定形粉末状固体，在200℃叶酸会发生明显的降解，超过这个温度，叶酸将以非晶产品存在。建立了叶酸分解机制。 我们实验中选用的β-CD是一种优良的药物辅料，但由于FA的分子量相对较大，目前还没有文献报道采用β-CD与FA形成包合物来改善FA的稳定性和溶解性。本品采用β-CD包合FA，形成的FA-β-CD包合物水溶性好、FA稳定性高，同时进一步探讨了β-CD对FA的包合机理，阐述其可能的包合方式，解决了β-环糊精包合叶酸的可行性、方法及条件等一系列问题，也解决了目前叶酸制剂中存在的叶酸的相容性差及易降解问题。研究内容及结果具有一定创新性和较好应用前景，有望成为叶酸新剂型开发的一种重要方法。
