维生素D3（vitamin D3）在水性溶液和液体商业产品中的综合稳定性研究

主要作者为žane temova rakuša、mitja pišlar、albin kristl和robert roškar，均来自斯洛文尼亚卢布尔雅那大学药学院（faculty of pharmacy, university of ljubljana）。该研究发表于pharmaceutics期刊，2021年4月25日在线发表，论文doi为10.3390/pharmaceutics13050617。

维生素D3具有肌肉骨骼保护、免疫调节及神经保护等多种有益作用，但其化学不稳定性是制约产品质量的主要障碍。已有文献关于维生素D3稳定性的数据大多为定性描述且存在矛盾，缺乏系统性的定量研究。因此，作者采用稳定性指示的高效液相色谱-紫外检测法（hplc-uv），系统考察了温度、光照、氧气、ph值、浓度以及金属离子等多种因素对维生素D3在水性介质中稳定性的影响，并对降解动力学进行了定量评估。此外，研究还评价了乙二胺四乙酸（edta）、抗坏血酸（ascorbic acid）和柠檬酸（citric acid）单独及联合使用对维生素D3的稳定化作用，并将水性溶液中的发现延伸至市售液体产品的稳定性评价。

在研究方法上，维生素D3标准品以甲醇溶解配制储备液，再以不同溶剂稀释至20 mg/l用于稳定性试验。研究介质包括超纯水（milli-q水）、蒸馏水和自来水，以及乙醇、甲醇、异丙醇、丙二醇等有机溶剂。温度试验在4℃、25℃和40℃三个等温条件下进行，ph值采用磷酸盐缓冲体系调节至1至8范围。光照试验将样品置于透明瓶中暴露于日光，对照样品则避光保存。氧气影响通过向水性溶液中持续通入纯氧并与空气接触的对照组比较来评价。金属离子试验考察了fe²⁺、cu⁺和cu²⁺在0.01至0.1 mm浓度范围内的催化降解作用。样品采用agilent 1100/1200系列高效液相色谱系统，使用gemini c18反相色谱柱，以乙腈-水（99:1, v/v）为流动相，检测波长为265 nm。降解动力学采用零级、一级、二级及weibull模型拟合，通过决定系数（r²）和赤池信息准则（aic）选择最优模型，速率常数比较采用单因素方差分析及tukey和bonferroni-holm事后检验。

研究结果显示，维生素D3降解在几乎所有条件下均遵循一级动力学模型，但光照和氧气条件下传统动力学模型拟合不佳，weibull模型最为适用。在介质效应方面，维生素D3在有机溶剂中非常稳定，五天试验期内几乎无降解；而在蒸馏水中极不稳定，25℃下一天内含量降至初始值的10%以下。三种水性介质中，维生素D3在超纯水中最稳定，在蒸馏水中最不稳定。温度升高显著加速降解，且降解速率遵循阿伦尼乌斯方程（arrhenius equation），计算得到在超纯水、蒸馏水和自来水中的活化能（activation energy）分别为89.2 kj/mol、53.8 kj/mol和67.7 kj/mol。ph值影响方面，维生素D3在ph 5以上相对稳定，ph 5至8之间的一级速率常数无显著差异；而在酸性条件下稳定性急剧下降，ph 1至4之间降解速率随ph值降低而显著增加。浓度试验表明，维生素D3稳定性具有浓度依赖性，较低浓度下降解更快，10 mg/l时一级速率常数约为0.055 h⁻¹，而500 mg/l时为0.024 h⁻¹。光照和氧气均显著降低维生素D3稳定性，weibull模型参数表明光照使尺度参数降低1.04小时，氧气使尺度参数降低13.7小时。然而，溶液上方空气空间的大小对稳定性无显著影响。金属离子试验显示，fe²⁺的催化降解作用最强，0.01 mm浓度下两小时内即完全降解；cu⁺和cu²⁺的催化活性相近，约六小时内导致完全降解。铜离子与抗坏血酸联用时未观察到预期的促氧化效应，相反，抗坏血酸浓度达到500 mg/l以上时可完全消除铜离子的降解作用，更高浓度还表现出额外的稳定化效果。

在稳定化策略方面，edta、抗坏血酸和柠檬酸均能显著提高维生素D3在水性溶液中的稳定性，且稳定化效果呈浓度依赖性。edta的稳定化能力最强，最低试验浓度0.05 g/l即优于抗坏血酸最高试验浓度2.0 g/l的效果；edta在0.1 g/l时即达到最大稳定化效应。在相同浓度0.5 g/l下，三种抗氧化剂的稳定化效果依次为edta > 柠檬酸 > 抗坏血酸。值得注意的是，抗氧化剂联合使用时未观察到协同效应。edta单独使用时稳定化效果显著优于任何组合，而在组合中，柠檬酸与抗坏血酸的组合效果最佳，三者联合的组合反而效果最差。

市售产品稳定性研究纳入了三种药品和六种食品补充剂，均为口服滴剂形式。六个月稳定性试验结果显示，所有油基制剂中维生素D3在常温下降解均小于10%，表明油基载体能有效保护维生素D3。相比之下，水基制剂中维生素D3稳定性普遍较差。药品2和药品3尽管为水基制剂，但通过添加抗氧化剂（丁基羟基甲苯和柠檬酸）或有机溶剂（丙二醇和乙醇）实现了良好的稳定化。而水基食品补充剂5、7和9的维生素D3降解最为显著，其中产品5在25℃下六个月后维生素D3几乎完全降解，这与其ph值低于3的酸性环境以及缺乏有效稳定剂有关。温度对产品稳定性的影响遵循阿伦尼乌斯方程，产品5、7和9的活化能分别为71.6 kj/mol、49.8 kj/mol和51.9 kj/mol。根据长期稳定性数据，产品5、7和9的开封后货架期分别约为11天、5个月和44天，但冷藏储存可显著延长至超过3个月、超过22个月和约5个月。

该研究的科学价值在于首次系统性地建立了维生素D3在水性溶液中的定量稳定性数据，包括ph值谱、阿伦尼乌斯关系以及金属离子催化降解的定量评估。研究首次将weibull模型应用于维生素D3的光照和氧气降解动力学描述。在应用价值方面，研究结果为维生素D3液体制剂的质量保证提供了科学依据，明确了金属离子螯合和ph值控制是稳定化的关键策略，edta作为最有效的稳定剂可用于改进市售产品质量。研究还揭示了市售食品补充剂中维生素D3稳定性被忽视的普遍问题，为监管和生产实践提供了有价值的参考。

研究的亮点包括：首次建立了维生素D3的完整ph值稳定性谱；首次报道了维生素D3在不同水性介质中的活化能；首次系统定量评估了金属离子对维生素D3的催化降解作用；首次将weibull模型引入维生素D3的降解动力学分析；发现了抗氧化剂联合使用无协同效应且edta单独使用效果最优的规律；并将基础研究结果成功应用于市售产品的稳定性评价和货架期预测。