木薯（Manihot esculenta）淀粉的羧甲基化及其作为片剂配方中潜在超级崩解剂的评价

《BioMed Research International》：Carboxymethylation and Evaluation of Cassava (Manihot esculenta) Starch as a Potential Super-Disintegrant in Tablet Formulations

　　

木薯（Manihot esculenta）是埃塞俄比亚重要的淀粉来源，具有潜在的药用价值。然而，天然淀粉通常需要改性以提高其实用性，尤其是作为崩解剂。羧甲基化是一种众所周知的改性方法，可改善溶胀和崩解能力。因此，本研究旨在评估羧甲基化木薯淀粉（carboxymethylated cassava starch, CMCS）作为片剂崩解剂的效果。研究人员使用一氯乙酸（monochloroacetic acid, MCA）在不同的反应条件下制备了CMCS。利用傅里叶变换红外光谱（Fourier-transform infrared spectroscopy, FTIR）确认了结构改性。采用标准方法表征了理化性质和粉末特性，包括取代度（degree of substitution, DS）、溶胀力、粘度和流动行为。采用直接压片法制备片剂。评估了片剂的物理特性、崩解和溶出，以比较CMCS、天然木薯淀粉（native cassava starch, NCS）和羧甲淀粉钠（sodium starch glycolate, SSG）的崩解性能。从改性过程中获得了九批CMCS，并通过FTIR分析确认。与NCS相比，CMCS表现出改善的特性，如水合能力、溶胀力和溶解度。具体而言，CMCS7（DS=0.227）展现出与SSG相当的流动性、溶胀性、水合性和粘度。因此，它被选为用作崩解剂的最佳批次。与NCS相比，用CMCS7配制的片剂表现出优异的机械强度、低脆碎度和更高的崩解效率比，同时性能与SSG相当。含CMCS的片剂显示出与SSG相当的崩解性和增强的初始溶出度。CMCS展现出有前景的崩解性能，可作为片剂配方中潜在的本地替代超级崩解剂。

**论文解读：木薯淀粉羧甲基化产物作为片剂超级崩解剂的评价**

**研究背景与问题**

片剂的有效性依赖于其快速崩解和内容物释放，崩解剂在其中起关键作用。淀粉作为常用的崩解剂，通常来源于马铃薯、玉米、大米和木薯。埃塞俄比亚木薯（Manihot esculenta）淀粉具有较高的支链淀粉含量（70.5%），溶胀力优于玉米、马铃薯等淀粉，显示出作为本地崩解剂的潜力。然而，天然淀粉（native starch）作为崩解剂时，往往需要较高浓度，这可能对片剂的流动性、可压性、硬度和脆碎度产生不利影响。因此，开发在低浓度下仍能高效崩解的改性淀粉成为研究热点。羧甲基化（carboxymethylation）是一种简单且成熟的化学改性方法，可显著增强淀粉的溶胀和崩解能力。不同植物来源的羧甲基淀粉已被研究用于片剂崩解，如油莎豆（Cyperus esculentus）和毒薯蓣（Dioscorea hispida）淀粉。然而，木薯来源的羧甲基淀粉（carboxymethylated cassava starch, CMCS）的相关研究较少，已有研究仅使用单一取代度（degree of substitution, DS）的样品，未系统考察反应条件或DS变化对材料性能的影响。因此，本研究旨在制备不同DS的埃塞俄比亚木薯基羧甲基淀粉，表征其理化性质，并评估最佳样品作为片剂超级崩解剂的潜力。该论文发表在《BioMed Research International》。

**主要关键技术与方法**

研究人员从埃塞俄比亚阿雷卡农业研究所获取新鲜木薯块茎，采用标准方法分离淀粉。通过改变一氯乙酸（monochloroacetic acid, MCA）与淀粉的摩尔比、氢氧化钠与淀粉的摩尔比、反应时间（1–3 h）和温度（30–50°C）等条件，在80%乙醇介质中进行羧甲基化反应，制备了9批CMCS。利用傅里叶变换红外光谱（FTIR）确认结构改性。采用酸碱滴定法测定DS。通过标准方法表征淀粉的理化性质：水合能力（hydration capacity）、溶解度（solubility, S）和溶胀力（swelling power, SP）在不同温度下测定；粘度使用旋转粘度计在25°C测定；水分含量和吸湿模式在不同相对湿度下测定。粉末性质包括堆积密度、振实密度、Hausner比（Hausner's ratio, HR）、Carr指数（Carr's index, CI）、休止角和流速。选择性能最佳的CMCS7（DS=0.227）与天然木薯淀粉（native cassava starch, NCS）和羧甲淀粉钠（sodium starch glycolate, SSG）作为崩解剂，以盐酸氢氯噻嗪（hydrochlorothiazide, HCT）为模型药物，采用直接压片法制备片剂，并进行硬度、脆碎度、崩解时间（disintegration time, DT）、崩解效率比（disintegration efficiency ratio, DER）及体外溶出评价。

**研究结果**

**3.1 FTIR鉴定研究**：FTIR分析显示，CMCS在1550–1700 cm^-1处出现羧酸盐基团（COO^-）的特征吸收峰，且羟基（-OH）峰强度减弱并位移，证实了羧甲基基团的引入。NCS的α-（1-4）-糖苷键峰（1078.13和1153.35 cm^-1）在CMCS中强度和位置改变，表明改性后淀粉无定形区域增加。

**3.2 取代度（DS）**：DS随MCA/AGU（无水葡萄糖单元）摩尔比增加至1.0而显著升高（p<0.05），但超过1.0后下降，归因于副反应消耗NaOH。DS随NaOH/AGU摩尔比增加至2.0而升高，超过后增速减缓。DS随反应时间（1–3 h）延长而显著增加（p<0.05）。DS随温度从30°C升至50°C而显著增加（p<0.05），为避免糊化，最高温度设为50°C。

**3.3 粘度**：CMCS的粘度显著高于NCS（p<0.05），归因于羧甲基基团的位阻效应和分子尺寸增大。CMCS7的粘度适中，与SSG相当。高DS的CMCS可能形成粘性凝胶，延缓水渗透和崩解。

**3.4 水分含量与吸湿模式**：CMCS的水分含量高于NCS，且随DS升高而增加。多数CMCS的水分含量低于SSG。在20%–100%相对湿度下，CMCS的吸湿性显著高于NCS（p<0.05），促进溶胀和崩解。

**3.5 水合能力、溶解度（S）和溶胀力（SP）**：CMCS的水合能力显著高于NCS（p<0.05），CMCS7与SSG相当。S和SP在低温下较低，随温度升高而显著增加（p<0.05）。在37°C时，多数CMCS的S和SP显著高于NCS，归因于羧甲基基团的引入和结晶度降低。CMCS7的SP最高，接近SSG。

**3.6 粉末性质**：堆积密度和振实密度随DS增加而降低。CMCS7的CI（13.17%）和HR（1.16）优于NCS和多数高DS样品，流动性较好。SSG、CMCS7和CMCS9的休止角分别为26.95°、23.42°和26.24°，表明流动性良好；其他样品因无法流动而未测得数据。DS高于0.3的CMCS流动性较差。

**3.7 片剂表征**
**3.7.1 片剂厚度与重量均匀性**：所有片剂重量变异在±5%以内，厚度无显著差异（p>0.05）。
**3.7.2 硬度与脆碎度**：含CMCS7的片剂硬度优于NCS和SSG，所有片剂硬度>4 kg。脆碎度随崩解剂浓度增加而降低，均<1%。NCS片剂硬度较低、脆碎度较高。
**3.7.3 崩解时间（DT）与崩解效率比（DER）**：含CMCS7的片剂DT显著低于NCS（p<0.05），接近SSG。DT在CMCS7和SSG浓度超过3%和2%时略有增加，归因于高浓度下粘性微环境限制水渗透。CMCS7的DER显著高于NCS（p<0.05），与SSG相当；DERc显示CMCS7性能为NCS的3–6倍，在1%和4%浓度下与SSG相当，在2%和3%下分别为SSG的68.6%和116.7%。
**3.7.4 体外溶出与溶出效率（DE）**：CMCS7片剂在15、30和45 min的累积药物释放显著高于NCS（p<0.05），与SSG相当。20 min时药物释放顺序为CMCS7（90.17%）> SSG（84.23%）> NCS（72.84%）。30 min时顺序为SSG（95.85%）> CMCS7（92.81%）> NCS（83.52%）。所有配方30 min后释放>80%。DE在15和60 min的顺序均为SSG > CMCS7 > NCS；CMCS7与NCS差异显著（p<0.05）。CMCS7与SSG的相似因子（f2）为94.8，表明溶出曲线高度相似。

**总结与讨论**
论文结论部分翻译如下：与NCS相比，CMCS表现出改善的水合能力、溶解度和溶胀力。具体而言，CMCS7（DS=0.227）在流动性、可压性和溶胀性方面展现出最理想的平衡。当用作片剂崩解剂时，与NCS相比，CMCS7制备的片剂具有更高的机械强度、更短的崩解时间和更快的药物释放。此外，这些性能与商业崩解剂SSG相当。因此，低DS的CMCS（如CMCS7）可作为片剂配方中一种有前景的本地替代超级崩解剂。