CN117958437A - 一种溶解度提高的维生素d3及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种水溶解度提高的维生素D₃及其制备方法；该技术方案以维生素D₃作为主体，食品级成分作为配体，通过旋蒸法进行配体、比例的筛选，最后得到含量较高、储存长期稳定维生素D₃的共无定形组合；本发明可有效提高维生素D₃的溶解度和释放度，工艺简单安全，且长期储存稳定，可用于食品或保健品体系中。

Description

一种溶解度提高的维生素D3及其制备方法

技术领域

本发明涉及食品领域，具体涉及一种溶解度提高的维生素D₃及其制备方法。

背景技术

维生素D₃，又称胆钙化醇、烟碱酸胺，是一种脂溶性维生素。它是维生素D家族中最主要的一种形式，主要作用为：①促进小肠对钙和磷的吸收，主要是刺激小肠粘膜微绒毛表面对钙的主动转运。一般认为，1, 2, 5-(OH)₂-D₃和肠上皮细胞胞液的受体蛋白结合，然后此复合物与细胞核相互作用、引起信息转录，在细胞中形成一种“钙转运蛋白”。此转运蛋白作用在微绒毛表面，促进钙的吸收。此外，维生素D₃可刺激微绒毛表面产生一种钙结合蛋白质，肠上皮细胞Ca²⁺的吸收速率与钙结合蛋白的数目成正比。除此之外，1, 2, 5-(OH)₂-D₃也促进小肠对磷的吸收。②1, 2, 5-(OH)₂-D₃在肾可促进肾小管对磷和钙的重吸收。研究表明，鸡和大鼠的肾都证明有对维生素D敏感的钙结合蛋白质。③1, 2, 5-(OH)₂-D₃对骨钙动用和骨盐沉积都有重要作用。它可以使已形成的骨脱钙，这一作用在生理情况下需有甲状旁腺激素的存在。由于核糖核酸合成抑制剂，放线菌素D，可完全消除维生素D的动员骨钙的作用，所以可以认为，维生素D的作用需要通过转录，生成某些动员钙的蛋白质。维生素D₃的来源主要有两种途径，分别是通过饮食摄入和人体自身合成。纯饮食摄入中的维生素D₃含量往往是无法满足人体所需的。人体自身合成的途径需要通过阳光照射，将人体皮肤内含有一种胆固醇变为维生素D₃。研究表明，如果每天能充分接受阳光直射皮肤4-6小时及以上，自身合成的维生素D₃就基本能满足人体所需。但是由于空气的污染、各地天气变化、现代工作环境与生活习惯等问题的出现，各国人群接受日照的时间都在减少。在全世界范围内，维生素D₃均呈现出广泛缺乏的现象。因此，人类迫切需要额外进行维生素D₃的补充。

目前，维生素D₃现已广泛应用于美国、中国等许多国家的食品补充剂中，且有多个临床试验显示其安全可靠。参考我国2023版《中国居民膳食营养素参考摄入量》，其中认为每天10 µg-15 µg补充剂量可以满足我国居民一天所需，上限为每天50 µg。而对于维生素D₃缺乏人群，中国营养学会，中华医学会骨质疏松和骨矿盐疾病分会建议初始补充剂量为每天25 µg-50 µg。

由于维生素D₃来源上的限制，为满足人体需求，往往需要通过额外的药品或保健品进行补充。但受限于维生素D₃脂溶性的性质，它的生物利用度较低。针对此问题，目前研究中对于维生素D₃溶解度改善的常用技术包括纳米结构体系、包埋法、微胶囊法等。但这些制备方法比较复杂，使用配体主要为大分子物质和表面活性剂，维生素D₃加载率低，且大多数不能运用在食品领域中。例如已有研究Food Hydrocolloids(2023)制备的以酪蛋白酸钠为外壳的维生素D₃负载纳米结构脂质载体需要多种脂质相与表面活性剂进行熔化、乳化、超声、固化等工艺，得到维生素D₃纳米结构脂质载体。纳米结构技术虽然制备过程简单，但是目前使用的存在大分子物质与表面活性剂，且所涉及配体均为脂溶性物质，未提及其水溶解度的提升效果。或如Food Chemistry(2023)制备的维生素D₃/β-环糊精的明胶包埋体需要进行溶解、混合、搅拌、离心、冻干、涂层等工艺，得到最终的维生素D₃包埋体。包埋技术的工艺相对复杂，需要先将混合体制备出来后再进行涂层处理。此外，现有研究并未采用适合维生素D₃的多种食品级辅料配体筛选观察增溶效果的方法，也并未涉及维生素D₃和L-精氨酸对维生素D₃的增溶效果的对比。

发明内容

为解决上述的维生素D₃溶解度提升并应用于食品或保健品的制备，本申请提供如下技术方案：

本发明的第一个方面是提供一种溶解度提高的无定形维生素D₃，其特征在于，该组合物是由维生素D₃和配体经过旋蒸得到，所述的配体为以下的其中一种：维生素B₃、柠檬酸、甲硫氨酸、L-精氨酸、苯丙氨酸。

在一个具体的实施方式中，其特征在于，其中维生素D₃与配体的摩尔比为1:1-1:4。

在另外一个具体的实施方式中，其特征在于，其中维生素D₃与配体的摩尔比为1:2。

在另外一个具体的实施方式中，其特征在于，所述的配体为L-精氨酸。

本发明的第二个方面是提供本发明第一个方面所述无定形维生素D₃的制备方法，其包含如下步骤：

1）制备维生素D₃在无水乙醇中的溶液，制备配体在水中的溶液，将两者得到的溶液混合，在20~30℃的温度中搅拌得到澄清溶液；

2）对步骤1）获得的澄清溶液进行干燥；

3）55~65℃旋蒸后至瓶身出现白色计时15 s取出，后进行65~75℃烘箱干燥15~20min。

本发明第三个方面是提供L-精氨酸在维生素D₃的增溶中的应用；其特征在于，将L-精氨酸溶解于水中，将维生素D₃溶解于无水乙醇中，将维生素D₃与L-精氨酸按照摩尔比为1:2的比例混合后进行干燥。

在一个具体的实施方式中，其特征在于，所述的干燥为：55~65℃旋蒸后至瓶身出现白色计时15 s取出，后进行65~75℃烘箱干燥15~20 min。

本发明第四个方面是提供第一方面以及第二方面所述的无定形维生素D₃组合物，第三方面所述应用在制备食品或保健品中的应用。

本发明的有益效果是：

1）通过与不同的配体按照不同的摩尔比以及旋蒸后，测得对于维生素D₃的溶解度改善情况，得知当与L-精氨酸按照1:2的摩尔比制备时，维生素D₃的溶解度显著提升；

2）通过XRD以及体外释放实验显示，本发明的方法获得组合物中维生素D₃是无定形状态，释放率达到了35%，且证实了两者间存在分子间作用力。

附图说明

图1 摩尔比=1:2维生素D₃与不同配体旋蒸对其溶解度改善效果筛选图。

图2 不同摩尔比维生素D₃与L-精氨酸旋蒸对其溶解度改善效果筛选图。

图3 维生素D₃-L-精氨酸旋蒸共无定形物的体外释放图。

图4 维生素D₃-L-精氨酸旋蒸共无定形物的XRD图。

图5 维生素D₃-L-精氨酸旋蒸共无定形物的DSC图。

图6 维生素D₃-L-精氨酸旋蒸共无定形物的FTIR图。

图7 维生素D₃-L-精氨酸旋蒸共无定形物的分子动力学模拟图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例，对本发明的具体实施方式和技术方案作进一步的详述，需明确：本领域技术人员可以借鉴本文内容，适当改进工艺参数实现。特别需要指出的是，所有类似的替换和改动对本领域技术人员来说是显而易见的，它们都被视为包括在本发明。本发明的方法及应用已经通过较佳实施例进行了描述，相关人员明显能在不脱离本发明内容、精神和范围内对本文所述的方法和应用进行改动或适当变更与组合，来实现和应用本发明技术。

下面通过具体实施例对本发明进行说明，但本发明并不局限于此。

实施例1 提高维生素D₃溶解度的配体筛选

将维生素D₃分散于无水乙醇中，在室温下（20~30℃）完全溶解，按照维生素D₃:配体=1:2摩尔比进行后续操作，将以下其中一种配体（维生素B₃、柠檬酸、甲硫氨酸、L-精氨酸、苯丙氨酸）溶于水中，两者混溶后于室温下（20~30℃）搅拌，使得溶液澄清。将所得溶液55℃旋蒸，随后置于70℃烘箱干燥20分钟。使用不添加配体的同处理组作为维生素D₃对照组。

将所得固体粉末按照3 mg/mL的浓度进行混合得到过饱和溶液，25℃，200 rpm水浴震摇24h，采用HPLC测定维生素D₃的饱和溶解度。HPLC条件为：C18柱（4.6×250 mm，5 μm），流动相为甲醇:水=97.5:2.5，流速为1 mL/min，柱温箱温度为35℃，进样体积为100 μL，测量波长为264 nm。

结果如图1所示，图1表示二元体系等摩尔不同配体与维生素D₃旋蒸对其溶解度改善效果筛选图。图中可以看出，在维生素D₃与配体L-精氨酸按照摩尔比维生素D₃:L-精氨酸=1:2进行制备时，其溶解度大幅提升，相较于维生素D₃对照组提升了近100倍。

实施例2 维生素D₃-L-精氨酸不同比例的制备

将摩尔比为1:1、1:2、1:3、1:4的维生素D₃和L-精氨酸按照前法分别溶于无水乙醇和水中，混溶澄清后进行旋蒸，检测溶解度的提升情况。

结果如图2所示，得到维生素D₃和L-精氨酸的摩尔比在1:2时，经过旋蒸后溶解度提升最大。具体为维生素D₃对照组溶解度0.19 μg/mL，维生素D₃-L-精氨酸摩尔比=1:1旋蒸粉末溶解度为2.97 μg/mL，摩尔比=1:2旋蒸粉末溶解度为22.7 μg/mL，摩尔比=1:3旋蒸粉末溶解度为20.8 μg/mL，摩尔比=1:3旋蒸粉末溶解度为10.2 μg/mL，其中维生素D₃-L-精氨酸摩尔比=1:2旋蒸粉末效果最佳。

实施例3 体外释放实验

将10mg当量的维生素D₃、物理混合物、维生素D₃最优旋蒸粉末分别置于体积比乙醇:水=2:8的溶剂环境中，37℃，300 rpm搅拌，每1 min、3 min、5 min、10 min、20 min、40min、60 min、90 min、120 min下取出0.3 mL溶液，回补 0.3mL 溶剂，测定溶液中维生素D₃含量。

结果如图3所示，相较于维生素D₃自身和物理混合物，所得维生素D₃最优旋蒸粉末体外释放速率较快，最高可达溶解度7.0 μg/mL左右，约提升原来溶解度的5.8倍。

实施例4 维生素D₃-L-精氨酸共无定形物的表征

将所得维生素D₃-L-精氨酸最优无定形旋蒸粉末（图表中统称为无定形组）通过X射线衍射仪（XRD）与示差扫描量热法（DSC）与维生素D₃自身和两者的物理混合物组比较来分析，物理混合物组为相同摩尔比（维生素D₃:L-精氨酸=1:2）的两者粉末混合研磨所得。

图4-5，从XRD和DSC可得维生素D₃最优旋蒸粉末中维生素D₃为无定形态，其中XRD晶态峰消失，表现为维生素D₃的多个显著的晶态峰在物理混合物组中仍可观察，而无定形组中晶态峰消失。同时在DSC中可以体现出维生素D₃熔点峰发生了偏移，表现为物理混合物组熔点峰在90℃附近，无定形组熔点峰在180℃附近，熔融所需要的热量增加，表明物质分子间的相互作用更强，需要更多能量来克服这种相互作用，有助于其稳定性的增加。而此外，在DSC中，对比物理混合物组与无定形组，L-精氨酸在230℃附近的熔点峰发生显著降低，对应着晶格的消失。共非晶体系缺乏周期性的分子排列晶态结构，从而避免了维生素D₃在溶解过程中必须克服的晶格能，有助于其溶解度的增加。

图6，对维生素D₃-L-精氨酸最优无定形旋蒸粉末通过傅里叶红外光谱（FTIR）与分子动力学模拟进行相互作用力的分析，发现物理混合物包含维生素D₃和L-精氨酸两者的峰。相对物理混合物，实验组1669cm^-1、2897cm^-1、3418cm^-1附近的峰显著降低，这分别对应的是C=C、C=H、-OH基团峰，即表明两者之间存在相互作用。

图7，将维生素D₃和L-精氨酸的位点进行分析，以位点间距离和产生作用力的概率（g(r)）作图，发现六对相互作用力，其中维生素D₃的O₁-H和L-精氨酸的-O₃=C间的作用力在3.5埃之内，这是氢键和范德华力的相互作用力范围。联合图6表明维生素D₃和L-精氨酸旋蒸粉末两者间存在相互作用力，这或许是两者形成共无定形的原因。

虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施方案对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (9)

1.一种溶解度提高的无定形维生素D₃，其特征在于，所述的维生素D₃的共无定形组合是由维生素D₃和配体经过旋蒸得到，所述的配体为以下的其中一种：维生素B₃、柠檬酸、甲硫氨酸、L-精氨酸、苯丙氨酸。

2.根据权利要求1所述的无定形维生素D₃，其特征在于，其中维生素D₃与配体的摩尔比为1:1-1:4。

3.根据权利要求2所述的无定形维生素D₃，其特征在于，其中维生素D₃与配体的摩尔比为1:2。

4.根据权利要求1-3任一项所述的无定形维生素D₃，其特征在于，所述的配体为L-精氨酸。

5.权利要求1-4任一项所述无定形维生素D₃的制备方法，其包含如下步骤：

1）制备维生素D₃在无水乙醇中的溶液，制备配体在水中的溶液，将两者得到的溶液混合，在20~30℃的温度搅拌得到中得到的澄清溶液；

2）对步骤1）获得的澄清溶液进行干燥；

3）55~65℃旋蒸后至瓶身出现白色后，计时15 s取出，后在65~75℃烘箱中干燥15~20min。

6.根据权利要求5所述的方法制备获得的维生素D₃-L-精氨酸旋蒸粉末，其特征在于，粉末中的维生素D₃均呈现无定形态。

7.L-精氨酸在维生素D₃的增溶中的应用，其特征在于，将L-精氨酸溶解于水中，将维生素D₃溶解于无水乙醇中，将维生素D₃与L-精氨酸按照摩尔比为1:2的比例混合后进行干燥。

8.根据权利要求7所述的应用，其特征在于，在所述的干燥为：55~65℃旋蒸后至瓶身出现白色后，计时15 s取出，后在65~75℃烘箱中干燥15~20 min。

9.根据权利要求1-4所述的维生素D₃共无定形组合物或权利要求6所述的维生素D₃-L-精氨酸旋蒸粉末或权利要求7或8所述应用在制备食品或保健品中的应用。