β－环糊精和羟丙基－β－环糊精混合包合番茄红素的组合物及其制备方法

摘要

β－环糊精和羟丙基－β－环糊精混合包合番茄红素的组合物，含有番茄红素油树脂或高纯度番茄红素、β－环糊精和羟丙基－β－环糊精，番茄红素与混合环糊精的质量比例为1∶3～30，混合环糊精中的β－环糊精与羟丙基－β－环糊精的质量比例为99∶1～1∶99，其形式是红色固体包合物。制备方法是：在混合环糊精与水的悬浮体或溶液中加入番茄红素油树脂，通氮气下混合搅拌，冷却、过滤，水洗、真空干燥，或搅拌冷却后直接减压干燥得到包合物。本发明克服了现有技术中环糊精比例过高，无法实际使用，以及加入助溶的有机溶剂而影响后继使用的问题；得到了环糊精与番茄红素的包合物，含量稳定性，保质期长、易携带。

说明书

技术领域

本发明涉及番茄红素油树脂与β-环糊精及其衍生物的多种混合体的包合物，以及这种包合物的制备方法。

背景技术

番茄红素是一种存在于红色蔬果中的天然色素，为一种烃类类胡萝卜素，分子量536.85，含有11个共轭碳-碳双键和2个非共轭双键，大量研究表明番茄红素对单线态氧的猝灭和自由基的清除能力极强，能够阻断亚硝胺形成、诱导细胞分化、增加免疫力、抑制细胞增殖、减少DNA损伤，起到预防癌症和多种疾病尤其是心脏、前列腺、乳腺及其他重要脏器器官疾病的作用，随着人们对番茄红素研究的深入，发现番茄红素优越的抗氧化性能和低毒性导致其具有多种保健或治疗作用，具有重要的应用价值和广泛的市场前景。番茄红素几乎不溶于水，口服吸收困难，生物利用度低。这些不利因素制约了番茄红素的广泛应用，现在已有许多研究和技术发明用以解决这些问题。目前发展的技术方法主要有：番茄红素油树脂溶液、番茄红素微胶囊化、固体材料吸附番茄红素的粉末化固体、番茄红素/环糊精包合技术法等。但是，实际应用中采取简便易行的技术方法保持番茄红素原料及制剂产品的稳定、提高番茄红素生物利用度等技术问题仍然有待提高。

环糊精包合技术是目前发展应用较快的应用于难溶活性化合物的重要技术方法之一，难溶化合物可与环糊精形成多种分子配比的包合物，该体系中客体以分子状态进入(包合于)主体化合物之中形成包合物，因此，环糊精包合物能够提高客体的溶解性和溶出度、增强客体分子稳定性。利用环糊精与番茄红素形成包合物，番茄红素部分或整体被包合，使其不易受温度、氧化剂、光照的影响而获得足够的稳定性，而且包合后番茄红素溶解度得到不同程度的提高将有利于改善吸收以及提高制剂产品的生物利用度。

王罗新等以UV法研究推论β-环糊精与番茄红素在水溶液中能够自组装成纳米尺度的超分子。采用水溶液法或研磨合并水溶液法搅拌、滤除固体物后，由滤液浓缩、沉淀、干燥获得黄色固体结晶，但是所制得的黄色结晶没有进行结构表征，未作详细明确的组成鉴定分析和番茄红素含量测定(番茄红素与β-环糊精包结物的紫外-可见吸收光谱研究，光谱学与光谱分析，2004，24(2)：183-186)。Graciette Matioli等研究了α-、β-和γ-环糊精与番茄红素的包合(Microencapsulation of lycopene with cyclodextrins，Ciênc.Tecnol.Aliment.Campinas 23(supl)：102-105dez.2003)，制备了分子比50∶1的环糊精∶番茄红素包合物。发现三种环糊精中，分子比50∶1条件下β-和γ-两种环糊精能与番茄红素形成包合物，稳定性试验证明，质量比200∶1的γ-环糊精∶番茄红素制备的包合物最好，其包含物是将番茄红素溶于丙酮再加入环糊精的水溶液中制备而得。孙新虎等(番茄红素β-环糊精包合物的制备，中国食品添加剂，2002(5)：8-11)及李伟等(番茄红素β-环糊精包合物的制备，食品科技，2002(10)：39-41)研究了β-环糊精的番茄红素包合，其实验方法、产物组成及制备方法与Graciette Matioli等人结论基本一致，并特别指出，番茄红素油树脂与β-环糊精难以制备包合物。制备所得的包合物中β-环糊精∶番茄红素的分子比达到50∶1以上，其质量比超过105∶1，包合物的番茄红素含量过低，实际应用受到限制。另外，该包合物及制备方法的缺陷还在于，制备过程中使用了丙酮、四氢呋喃等不可用于食品及医药用途的有机溶剂，这些有机溶剂包合后难以采用普通方法祛除。

Leuenberger等(U.S.Pat.No.5,221,735)用10～10,000倍量的α-环糊精或羟丙基-β-环糊精或甲基-β-环糊精与水混合，以1∶30～10∶1有机溶剂溶解番茄红素配制成8～12％浓度的番茄红素溶液，将环糊精与水的混合物加入到，番茄红素溶液中，经过60℃～90℃条件下混合、冷却、过滤，取滤液制备得到番茄红素环糊精的包合物溶液(16倍的α-环糊精使番茄红素增溶到2μg/ml)。该方法制备的是溶解状态的包合物，其缺点是：溶液状态的包合物不易保存；制备中需使用大量环糊精，且这些环糊精的价格远高于普通而常用的β-环糊精；制备中加入甲醇～己醇等不同碳链醇类或氯仿等有机溶剂，这些有机物极易与环糊精形成包合物，导致有机溶剂高含量残留于包合物溶液中(高残留有机溶剂的包合物不可用于食品及医药用途)。这些因素限制了番茄红素环糊精包合物的实际应用。

尽管目前研究高比例的环糊精(包括β-环糊精、α-环糊精、羟丙基-β-环糊精、甲基-β-环糊精等)与番茄红素作用结果表明，两者混合于水中即可发生包合，但是，过高比例的环糊精、并且加入助溶的有机溶剂和烦琐的制备过程使该项技术难以推广市场应用。因此需要发展一种简便实用的番茄红素包合物制备技术和方法。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术制备番茄红素的环糊精包合物时，环糊精比例过高，无法实际使用的难点，以及制备过程中需要加入助溶的有机溶剂而影响后继使用的问题；提供一种不使用有机溶剂，并且大幅度降低环糊精比例的番茄红素的环糊精包合物，以及该包合物的制备方法。

本发明采用不同比例β-环糊精与羟丙基-β-环糊精混合，以质量份数较少的混合环糊精即可与番茄红素油树脂制备得到固体包合物。所得的包合物可以使番茄红素溶解度增加50～110倍，稳定性得到显著提高，混合环糊精成本明显低于采用单一的羟丙基-β-环糊精；制备方法较单一的β-环糊精简便。制备的固体包合物粒度细腻均匀、色度好且具有良好的机械加工性能，能够方便制作各种口服制剂。

本发明的具体方案如下：

种β-环糊精和羟丙基-β-环糊精混合包合番茄红素的组合物，包合物中含有番茄红素油树脂或高纯度番茄红素、β-环糊精和羟丙基-β-环糊精，其中番茄红素油树脂或高纯度番茄红素与混合环糊精的质量比例为1∶3～30，混合环糊精中的β-环糊精与羟丙基-β-环糊精的质量比例为99∶1～1∶99(即羟丙基-β-环糊精含量1％～99％)，其形式是红色固体包含物。

以上方案中β-环糊精与羟丙基-β-环糊精的比例，本申请推荐采用4∶1(即羟丙基-β-环糊精含量为20％的混合环糊精)。

所述的番茄红素油树脂原料为常用的番茄红素油树脂。如：含番茄红素6％、10％、15％或95％比例的番茄红素油树脂。

由于采用原料含有的番茄红素浓度不同，得到的所述的包合物中番茄红素的比例范围在0.19％～23.7％之间。

该包合物是将β-环糊精与羟丙基-β-环糊精按照99∶1～1∶99范围的比例混合得到混合环糊精，再将1份混合环糊精与1～5倍水(质量比)配制成为悬浮体或溶液，然后加入质量比1/3～1/30量的番茄红素油树脂，通惰性气体下混合搅拌，冷却、过滤，水洗、真空干燥，或搅拌冷却后直接减压干燥得到包合物。其固体包合物中番茄红素含量：0.19％～23.75％(1/30量的6％番茄红素油树脂得到含番茄红素0.19％的固体包合物，1/3量的25％番茄红素油树脂得到含番茄红素6.25％的固体包合物)。

所述的惰性气体推荐采用氮气。

以上包合物固体可以作为原料加入常用辅料、赋形剂制成片剂、胶囊等，制成各种剂型时，按制药或保健食品的现有技术加入各种辅料。

更具体地说：所述的番茄红素/混合环糊精包合物的制备方法，步骤如下：

将β-环糊精与羟丙基-β-环糊精按照4∶1的优选比例混合，配制成为混合环糊精备用；

将1份混合环糊精与1～5倍量纯水混合，加入环糊精质量比1/3～1/30量的番茄红素油树脂(含番茄红素6％～25％)，加入番茄红素油树脂等量的乙醇或不加入乙醇，混合、通氮气保温30℃～40℃条件下搅拌1～24小时，冷却、过滤，取固体水洗、真空干燥即得深红色固体包合物。

将混合环糊精与1～3倍量纯水混合，加入质量比1/3～1/10量的固体番茄红素(含量70％～95％)，混合、室温下研磨1～12小时至体系为胶状物时，真空干燥即得深红色固体包合物(番茄红素含量6.3％～23.75％)。

以上制备方法更优化和更具体的步骤是：

将混合环糊精与1～3倍量纯水混合，保温30℃，加入质量比1/5～1/6量的番茄红素油树脂，通氮气保温搅拌12小时，冷却、过夜、过滤取固体物，水洗、真空干燥即得红色固体包合物。

将混合环糊精与1～2倍量纯水混合，使成悬浮体，加入质量比1/4～1/5量的固体番茄红素(含量70％以上)，混合、室温下研磨5小时至得到均匀红色胶状物时，真空干燥即得蓬松的深红色固体包合物。

β-环糊精和羟丙基-β-环糊精是市场上常用的产品。水溶液条件下，UV研究发现(见附图1～2)，番茄红素能够与β-环糊精及羟丙基-β-环糊精快速形成包合物，采用Hildebrand-Benesi法测定了番茄红素/β-环糊精、番茄红素/羟丙基-β-环糊精的包合常数Ka(见附图3～4)，不同浓度番茄红素油树脂与β-环糊精形成包合物的包合常数如下表，

    番茄红素/环糊精包合常数Ka(274nm)

  番茄红素含量  (油树脂中)            Ka(M^-1)  β-环糊精  羟丙基-β-环糊精  6％  15％  50％  416  522  608  755  876  1179

试验表明，羟丙基-β-环糊精具有比β-环糊精更大的包合常数和更强的包合性能；番茄红素纯度越高，包合常数Ka越大，包合物越稳定。结果提示：应用环糊精技术能够制备得到稳定的包合物，而且羟丙基-β-环糊精比β-环糊精更容易制备得到包合物，包合物也更稳定。市场常用的6％及15％番茄红素油树脂具有足够大的包合常数(Ka＝416～876M^-1)。

试验发现，番茄红素油树脂在醇类有机溶剂虽然有较好的溶解度，但是，由于β-环糊精不溶于醇类有机溶剂(仅仅在甲醇中有一定溶解)，因此，番茄红素油树脂与β-环糊精的包合中加入醇类有机溶剂对制备过程影响并不明显。由于溶解性的原因，不加入有机溶剂制备番茄红素油树脂/β-环糊精包合物需要较长时间的制备过程。羟丙基-β-环糊精不仅与β-环糊精有很好的相容性和水溶性，而且在醇类有机溶剂中有较好的溶解度，醇类有机溶剂对番茄红素油树脂具有良好的溶解分散性能，因此，加有羟丙基-β-环糊精和乙醇的包合体系中各物相具有较好的互溶性十分有利于加快包合速度。试验证明，番茄红素油树脂与β-环糊精包合过程中同时加入羟丙基-β-环糊精和少量乙醇可以在短时间内制备所需的包合物，不加入乙醇制备时也能够较快得到包合物，且包合物固体粒度细腻而色度均匀明显好于β-环糊精包合物。羟丙基-β-环糊精溶解性能好(与水互溶)，包合能力强，对番茄红素具有更强的增溶作用，但其不足是价格高且具有较强的吸湿性。β-环糊精价格低廉，吸湿性小，因此，采用羟丙基-β-环糊精与β-环糊精的混合物制备包合物可以克服使用单一环糊精的不足，取得良好效果。

单一环糊精及混合环糊精对番茄红素的增溶作用实验：以1份15％番茄红素油树脂(中国新疆)分别与5份β-环糊精，或与5份羟丙基-β-环糊精，或与5份混合环糊精分别制备系列包合物，各包合物取2克于100毫升水中超声处理达到平衡，测定溶液中番茄红素溶解度，得不同比例羟丙基-β-环糊精的混合环糊精与溶解度关系，代表性数据见附图5和下表：

 β-CD％  HP-β-CD％  番茄红素溶解度  (μg/ml)  增溶倍数  吸湿性 0 100 80 50 20 0  0  0  20  50  80  100  0.12  5.71  8.40  9.48  13.5  14.0  -  47.6  70.0  79.0  112.5  116.7  无  低  低  较低  较强  强

增加混合环糊精中羟丙基-β-环糊精含量，包合物的番茄红素溶解度明显增大，虽然单一的羟丙基-β-环糊精中番茄红素有最高溶解度，但是羟丙基-β-环糊精含量的升高产物成本也快速上升(目前羟丙基-β-环糊精价格约为β-环糊精的40倍)。进一步分析发现，加入羟丙基-β-环糊精使番茄红素溶解度增加的程度(即增溶程度Y，为番茄红素在混合环糊精中溶解度与β-环糊精中的溶解度差)与混合环糊精价格的上升幅度有差异，羟丙基-β-环糊精相对β-环糊精价格上升了40倍(X＝40)，其溶解度上升了(Y)8.29μg/ml，其Y/X即为性价比，为单位价格上升产生的溶解度增加量，性价比与羟丙基-β-环糊精含量关系见下表及附图6：

  β-CD  ％  HP-β-CD  ％  番茄红素溶解度  (μg/ml)  增溶程度  Y 相对β-CD 价格X  性价比  Y/X  100  80  50  20  0  0  20  50  80  100  5.71  8.40  9.48  13.5  14.0  2  2.69  3.77  7.79  8.29 1.0 8.8 20.5 32.2 40  0  0.31  0.18  0.24  0.21

结果表明，含羟丙基-β-环糊精20％的混合环糊精具有最高的性价比，混合以少量羟丙基-β-环糊精即可达到比β-环糊精更强的增溶效果。两种环糊精协同结果，增溶作用强而成本增加少，对控制产品成本有重要意义，具有良好的技术及经济效益。

3份混合环糊精(1∶1)与1份6％番茄红素油树脂制备的番茄红素固体包合物，光照及高温试验对比结果如下表(紫外法测定含量)

  天数       光照试验                     温度试验  包合物  油树脂         60℃           40℃  包合物  油树脂  包合物  油树脂  0天  5天  10天  100.0％  98.6％  98.1％  100.0％  61.5％  *  100.0％  92.4％  87.9％  100.0％  *  *  100.0％  99.7％  99.1％  100.0％  72.4％  *

*树脂结块焦化

以0天含量为100.0％，番茄红素油树脂只能够测定5天的数据，10天时即发生焦化结块；包合物60℃温度试验含量有所下降；光照及40℃温度试验，固体包合物的番茄红素含量变化较小。长期试验，棕色玻璃瓶包装的固体包合物室温避光存放12个月，含量稍有下降(达99.3％)，相同条件存放的番茄红素油树脂含量为51.7％，包合物稳定性显著优于油树脂。

本发明克服了现有技术中环糊精比例过高，无法实际使用的难点，以及制备过程中需要加入助溶的有机溶剂而影响后继使用的问题；提供了不使用有机溶剂，并且大幅度降低环糊精比例的番茄红素的环糊精包合物，以及该包合物的制备方法。

本发明的产品为固体状番茄红素包合组合物，固体包合物粒度细腻均匀、色度好且具有良好的机械加工性能，与其他辅料(或赋形剂)具有很好的相容性，易粉碎加工，易制备成为各种固体制剂。

番茄红素组分及含量稳定，环糊精与番茄红素形成包合物，包合的番茄红素成分恒定、含量稳定性显著优于油树脂等番茄红素原料，产品保质期长、易于保存、易携带。

番茄红素包合物溶解性及分散性好，制备口服制剂有利于提高生物利用度。

混合环糊精增溶作用显著强于β-环糊精，而价格显著低于羟丙基-β-环糊精，有利于降低成本。

制备周期短，混合环糊精包合物制备比单一的β-环糊精容易，操作更简单。

发明创造的发明点：

由β-环糊精/羟丙基-β-环糊精/番茄红素组成特定的组合物，其组合物形式是番茄红素与混合环糊精的包合物。该类包合物具有溶解度高，稳定性强而价格低廉的特点，具有极高的应用价值。

番茄红素或番茄红素油树脂在水参与条件下(可用或不用有机溶剂助溶)与混合环糊精搅拌或研磨制备成为包合物。操作简便、工艺条件简单、制备周期短效率高。

制备的包合物性质稳定、光及热稳定性强，易储藏、易加工。

固体包合物溶解性好、分散快，有利于提高番茄红素生物利用度。

由包合物制备的固体制剂含量稳定，外观好、易携带，崩解溶出快，吸收好，产品便于携带、保存和使用。

混合环糊精包合物的制备及稳定性、溶解性、外观、经济性等皆优于单一的β-环糊精包合物。

附图说明：

图1为番茄红素油树脂(含量15％)水溶液中恒定浓度的番茄红素在不同浓度羟丙基-β-环糊精下的265～280nm紫外吸收扫描图。随着羟丙基-β-环糊精浓度上升，番茄红素紫外吸收逐步增大(265～280nm环糊精无紫外吸收)。

图2为番茄红素油树脂(含量6％)水溶液中恒定浓度的番茄红素在不同浓度β-环糊精下的225～482nm紫外吸收扫描图。随着β-环糊精浓度上升，番茄红素紫外吸收逐步增大(225～482nm环糊精无紫外吸收)。

图3为UV测定的羟丙基-β-环糊精/番茄红素油树脂(含量50％)包合常数中Hildebrand-Benesi方程及曲线。方法：含量50％的番茄红素油树脂加入到pH6.86混合磷酸盐缓冲液中配成稀溶液，274nm扫描得紫外吸收A₀，用此稀溶液配制羟丙基-β-环糊精溶液，取一定体积的环糊精溶液加入到稀溶液中改变环糊精浓度C₁～C_n(番茄红素浓度不变)，得不同环糊精浓度下的吸收A₁～A_n，计算ΔA＝A_n-A₀，以1/ΔA对1/C作图，即得Hildebrand-Benesi方程，由直线公式的截距/斜率包合常数Ka：1179M^-1。

图4为UV测定的β-环糊精/番茄红素油树脂(含量6％)包合常数中Hildebrand-Benesi方程及曲线。方法：含量6％的番茄红素油树脂加入到pH6.86混合磷酸盐缓冲液中配成稀溶液，274nm扫描得紫外吸收A₀，用此稀溶液配制β-环糊精溶液，取一定体积的环糊精溶液加入到稀溶液中改变环糊精浓度C₁～C_n(番茄红素浓度不变)，得不同环糊精浓度下的吸收A₁～A_n，计算ΔA＝A_n-A₀，以1/ΔA对1/C作图，即得Hildebrand-Benesi方程，由直线公式的截距/斜率包合常数Ka：416M^-1。

图5为羟丙基-β-环糊精、β-环糊精和不同比例羟丙基-β-环糊精的混合环糊精包合物在水中番茄红素的溶解度。

图6为性价比(Y/X)与混合环糊精中羟丙基-β-环糊精含量关系。Y＝增溶程度；X＝价格上升倍数。

具体实施方式

实施例1，将495克β-环糊精与5克羟丙基-β-环糊精混合，配制成为含羟丙基-β-环糊精1.0％的混合环糊精。加入1000毫升纯水，保温于30℃搅拌，加入125克含番茄红素6％的番茄红素油树脂，通氮气，保温搅拌24小时，体系呈均匀红色，搅拌下缓慢冷却至室温、过滤，取固体真空干燥即得红色固体物包合物，固体中含1.2％番茄红素。

实施例2，将800克β-环糊精与200克羟丙基-β-环糊精混合，配制成为含羟丙基-β-环糊精20％的混合环糊精，混合1000毫升纯水，搅拌，使成悬浮体，室温下加入100克含量70％的番茄红素原料，充分混合，研磨至体系由红白相间色转变为均匀红色糊状物时再研磨1小时，40℃真空干燥，得蓬松的深红色固体包合物，固体中含6.36％番茄红素。

实施例3，与实施例1基本相同，但是将5克β-环糊精与495克羟丙基-β-环糊精混合，配制成为含羟丙基-β-环糊精99.0％的混合环糊精，并且加入125毫升乙醇(与番茄红素油树脂等量)，制备包合物。

实施例4，与实施例1基本相同，但是加入500毫升纯水，16.7克含番茄红素6％的番茄红素油树脂，40℃条件下搅拌3小时，直接减压干燥制备的固体包合物中含0.19％番茄红素。

实施例5，与实施例1基本相同，但是将250克β-环糊精与250克羟丙基-β-环糊精混合，配制成为含羟丙基-β-环糊精50.0％的混合环糊精，加入100克含番茄红素6％的番茄红素油树脂，40℃条件下搅拌24小时。

实施例6，与实施例1基本相同，但是将400克β-环糊精与100克羟丙基-β-环糊精混合，配制成为含羟丙基-β-环糊精20.0％的混合环糊精，加入167克含番茄红素6％的番茄红素油树脂。

实施例7，与实施例1基本相同，但是加入167克含番茄红素25％的番茄红素油树脂，30℃条件下搅拌48小时，制备的固体包合物中含6.26％番茄红素。

实施例8，与实施例1基本相同，但是加入125克含番茄红素10％的番茄红素油树脂，固体物包合物中含2.0％番茄红素。

实施例9，与实施例1基本相同，但是加入125克含番茄红素15％的番茄红素油树脂，固体物包合物中含3.0％番茄红素。

实施例10，与实施例2基本相同，但是加入330克含量95％的番茄红素原料，充分混合，研磨体系转变为均匀红色糊状物时再研磨1小时，固体包合物中含23.57％番茄红素。

实施例11，与实施例2基本相同，但是加入100毫升乙醇充分混合研磨制备包合物。固体包合物中含23.7％番茄红素。

实施例12，与实施例2基本相同，但是加入990克β-环糊精与10克羟丙基-β-环糊精混合，配制成为含羟丙基-β-环糊精1％的混合环糊精，混合3000毫升纯水。

实施例13，与实施例2基本相同，但是加入10克β-环糊精与990克羟丙基-β-环糊精混合，配制成为含羟丙基-β-环糊精99％的混合环糊精。

实施例14，与实施例2基本相同，但是加入500克β-环糊精与500克羟丙基-β-环糊精混合，配制成为含羟丙基-β-环糊精50％的混合环糊精，混合2000毫升纯水。

实施例15，与实施例2基本相同，但是加入500克β-环糊精与500克羟丙基-β-环糊精混合，配制成为含羟丙基-β-环糊精50％的混合环糊精，混合2000毫升纯水，加入200克含量70％的番茄红素原料，充分混合，研磨10小时，体系转变为均匀红色糊状物时再研磨1小时，固体包合物中含11.7％番茄红素。

实施例16，与实施例2基本相同，但是加入500克β-环糊精与500克羟丙基-β-环糊精混合，配制成为含羟丙基-β-环糊精50％的混合环糊精，混合2000毫升纯水，加入250克含量70％的番茄红素原料，充分混合，研磨10小时，体系转变为均匀红色糊状物时再研磨1小时，固体包合物中含14.0％番茄红素。

实施例17，与实施例2基本相同，但是加入330克含量70％的番茄红素原料，充分混合，研磨10小时，体系转变为均匀红色糊状物时再研磨1小时，固体包合物中含17.36％番茄红素。

实施例18，与实施例2基本相同，但是加入100克含量95％的番茄红素原料，充分混合研磨，体系转变为均匀红色糊状物时再研磨1小时，固体包合物中含8.63％番茄红素。

实施例19，与实施例2基本相同，但是加入的水量为5000毫升纯水。