健脾通氣無糖顆粒制備工藝的優(yōu)化及質(zhì)量控制

吳玉瓊， 金永新， 張紅梅， 孟 敏， 康玉龍， 張瑞堂， 楊麗寧， 施有琴

(1.西北民族大學(xué)，甘肅 蘭州 730000；2.甘肅省第二人民醫(yī)院，甘肅 蘭州 730000；3.甘肅省人民醫(yī)院，甘肅 蘭州 730000)

健脾通氣合劑是醫(yī)院重點(diǎn)院內(nèi)制劑(甘藥制字Z12002215)，由黨參、當(dāng)歸、陳皮、半夏、木香、砂仁、枳實(shí)(炒)7味藥材組成，主要用于脘腹疼痛、脾胃功能低下、術(shù)后氣滯的治療，但該方存在著攜帶不便、口味不佳、患者順應(yīng)性差等缺點(diǎn)。顆粒劑具有服用方便、易于攜帶、生物利用度較高的特點(diǎn)，近年來正成為應(yīng)用最廣泛的中藥固體制劑之一[1]，故本實(shí)驗將健脾通氣合劑改進(jìn)為該劑型。

為保證制劑自身特性指標(biāo)在一定意義上的最優(yōu)，處方中輔料的選擇及其配比成為其制備過程中關(guān)鍵步驟?；炝蠈?shí)驗可通過合理的實(shí)驗設(shè)計來研究產(chǎn)品多種性能與其自身多種成分配比的關(guān)系，得到最佳的處方配比，進(jìn)而優(yōu)化產(chǎn)品性能，其中D-最優(yōu)混料設(shè)計的理念是將D-最優(yōu)化方法運(yùn)用到混料實(shí)驗中，具有多目標(biāo)同步優(yōu)化、實(shí)驗次數(shù)少、參數(shù)預(yù)測精度高、信息量充分等特點(diǎn)，被廣泛用于處理制劑輔料配比問題[2-3]。

本實(shí)驗以顆粒成型率、溶化率、吸濕率、休止角為評價指標(biāo)，采用正交試驗結(jié)合D-最優(yōu)混料設(shè)計優(yōu)化健脾通氣無糖顆粒制備工藝。同時，應(yīng)用物理指紋圖譜對該制劑的均一性、流動性、堆積性、穩(wěn)定性進(jìn)行綜合表征，以期為其制備工藝及質(zhì)量控制的研究提供參考。

1 材料

1.1 儀器 電子分析天平(德國賽多利斯公司)；藥典標(biāo)準(zhǔn)檢驗篩(浙江上虞市華豐五金儀器有限公司)；YLD-2000電熱鼓風(fēng)干燥箱(北京興爭儀器設(shè)備廠)；ZLB-80試驗用旋轉(zhuǎn)制粒機(jī)(張家港市榮華機(jī)械制造有限公司)；750T多功能粉碎機(jī)(上海市浦恒信息科技有限公司)；HH-2數(shù)顯恒溫水浴鍋(常州國華電器有限公司)。

1.2 試劑與藥物 黨參、當(dāng)歸、陳皮等藥材均購自蘭州旭康藥業(yè)有限公司，經(jīng)蘭州大學(xué)藥學(xué)院胡芳弟教授鑒定為正品。健脾通氣方干膏粉制備方法為按處方比例稱取7味飲片至提取器中，加水提取3次，每次10倍量，共提取2 h，濾過，合并濾液，濃縮，減壓干燥(60 ℃)，即得。甘露醇(青島明月海藻集團(tuán)有限公司)；可溶性淀粉(湖州展望藥業(yè)有限公司)；微晶纖維素、乳糖(曲阜市藥用輔料有限公司)；糊精(山東聊城阿華制藥有限公司)，以上輔料均符合藥用或食用標(biāo)準(zhǔn)。

2 方法與結(jié)果

2.1 健脾通氣無糖顆粒制備 經(jīng)前期研究，將干膏粉與適量輔料過5號篩(80目)，混合均勻，加潤濕劑制軟材，制粒，干燥，整粒，即得。

2.2 評價指標(biāo)測定

2.2.1 成型率 按2020年版《中國藥典》四部0104顆粒劑項下粒度檢查法[4]測定，篩選合格顆粒[能通過1號篩(10目)而不能通過五號篩(80目)]，計算成型率，公式為成型率=(合格顆粒質(zhì)量/顆粒總質(zhì)量)×100%。

2.2.2 溶化率 根據(jù)2020年版《中國藥典》及文獻(xiàn)[5]報道，取“2.2.1”項下合格顆粒5 g，加100 mL熱水?dāng)嚢? min，高速離心15 min，精密吸取上清液20 mL，將其置于已恒重的蒸發(fā)皿中，水浴蒸干，60 ℃下殘渣干燥至恒重，稱定質(zhì)量，計算溶化率，公式為溶化率=(溶化顆粒質(zhì)量/顆?？傎|(zhì)量)×100%。

2.2.3 吸濕率(H) 參考文獻(xiàn)[6]報道，將稱量瓶置于底部放有NaCl過飽和溶液的玻璃干燥器(相對濕度75%[7])中，在25 ℃下平衡24 h。取“2.2.1”項下合格顆粒2 g(W1)，置于扁稱量瓶中(瓶蓋打開)，當(dāng)其質(zhì)量不再變化時稱定質(zhì)量(W2)，計算H，公式為H=[(W2-W1)/W1]×100%。

2.2.4 休止角(α) 參考文獻(xiàn)[8]報道，采用固定漏斗法，取半徑(R)為1.85 cm的表面皿(平放于桌面上)，將漏斗固定于上方，并使其下端正對表面皿中心，從漏斗上方緩緩加入“2.2.1”項下合格顆粒(可通過1號篩而不能通過5號篩)，使其自然流下，當(dāng)漏斗下端顆粒形成的椎體邊緣與表面皿邊緣重合時測定高度(H)，計算α。公式為α=arctg(H/R)。

2.2.5 水分 取“2.2.1”項下合格顆粒，按照2020年版《中國藥典》四部減壓干燥法[4]測定含水量。

2.2.6 松密度(Da) 取25 mL量筒，緩慢加入“2.2.1”項下合格顆粒約5 g(W)，讀取體積(V)，計算Da，公式為Da=W/V。

2.2.7 振實(shí)密度(Dc) 參考文獻(xiàn)[8]報道，將裝有“2.2.1”項下合格顆粒(W)的量筒上下振動200次(每次2 s)，讀取體積(V)，計算Dc，公式為Dc=W/V。

2.2.8 豪斯納比(HR) 公式為HR=Dc/Da。

2.2.9 相對均齊度指數(shù)(Iθ) 參考文獻(xiàn)[9]報道，將“2.2.1”項下合格顆粒依次過2號(24目)、3號(50目)、4號(65目)、7號(120目)、8號(150目)、9(200目)號篩，振蕩5 min，記錄每個篩網(wǎng)截留的粉末質(zhì)量。取平均孔徑分別為 0.603、0.303、0.188、0.108、0.083 mm的篩網(wǎng)截留的顆粒質(zhì)量，計算Iθ，公式為Iθ=Fm/[100+(dm-dm-1)Fm-1+(dm+1-dm)Fm+1+(dm-dm-2)Fm-2+(dm+2-dm)Fm+2+…+(dm+n-dm)Fm+n]。其中，F(xiàn)m為中間粒徑范圍粉末質(zhì)量占比，F(xiàn)m+1為中間粒徑范圍上一層粉末的質(zhì)量占比，F(xiàn)m-1為中間粒徑范圍下一層粉末的質(zhì)量占比，n為確定的粒徑范圍個數(shù)，dm為中間粒徑范圍粉末的平均粒徑，dm+1為中間粒徑范圍上一層粉末的平均粒徑，dm-1為中間粒徑范圍下一層粉末的平均粒徑。

2.3 輔料種類篩選 按照表1水平取干膏粉與輔料，按1∶1比例混合均勻，加入一定量潤濕劑制軟材，過1號篩(10目)制粒，60 ℃以下干燥至恒重，測定溶化率、吸濕率、成型率、休止角，并以四者為指標(biāo)綜合評價篩選最佳輔料。由于成型率、吸濕率、溶化率是決定中藥復(fù)方顆粒制備成功的重要因素，故三者權(quán)重均設(shè)定為0.3，而休止角休止角0.1，綜合評分=[(成型率/最大成型率+最小吸濕率/吸濕率+溶化率/最大溶化率)×0.3+(最小休止角/休止角)×0.1]×100%[10]。

表1 輔料種類

2.4 正交試驗 選擇藥輔比(A)、潤濕劑(乙醇)體積分?jǐn)?shù)(B)，潤濕劑用量(C)作為影響因素，采用L9(34)正交試驗優(yōu)化制備工藝，因素水平見表2。

表2 正交試驗因素水平

本方水煎煮提取率約為48%，每日服用藥材量為45 g，每日干膏粉服用量為22 g。一般口服顆粒劑劑量為10～15 g/包，加入輔料量為0～8 g，故本實(shí)驗選擇藥輔比1∶0.1、1∶0.2、1∶0.3進(jìn)行考察。

預(yù)實(shí)驗選擇潤濕劑(乙醇)體積分?jǐn)?shù)分別為60%、70%、80%、85%、90%、95%，發(fā)現(xiàn)由于干膏粉含糖量高，黏性強(qiáng)，在60%、70%、80%時若用量過少則不易成團(tuán)，而加大用量則太黏，易板結(jié)，難以制軟材；在85%時干膏粉中仍有板結(jié)現(xiàn)象；在95%時黏性太低，難以制軟材，不易成團(tuán)；在90%時軟材較易制得，而且“手捏成團(tuán)，壓之即散”，故本實(shí)驗選擇潤濕劑體積分?jǐn)?shù)86%、89%、92%進(jìn)行考察。

預(yù)實(shí)驗選擇90%乙醇作為潤濕劑，藥輔比為1∶0.2，發(fā)現(xiàn)加入45 mL乙醇時剛好能使軟材達(dá)到“手捏成團(tuán)，壓之即散的”狀態(tài)，故本實(shí)驗選擇潤濕劑用量40、45、50 mL進(jìn)行考察。

取9份顆粒，以成型率、吸濕率、溶化率、流動率為指標(biāo)，對上述指標(biāo)進(jìn)行歸一化和綜合評分，采用SPSS 17.0軟件進(jìn)行方差分析[11]，結(jié)果見表3～4。由表4可知，因素A對結(jié)果存在顯著影響(P<0.05)，而B、C無顯著影響(P>0.05)，各因素影響程度依次為A>C>B；直觀分析中A2>A1>A3，C1>C3>C2，B3>B2>B1，故理論上最優(yōu)工藝應(yīng)為A2B3C1，由于因素B各數(shù)值之間差異不大，F(xiàn)值較小，故選擇B2，最終確定為A2B2C1，即藥輔比為 1∶0.2，潤濕劑(乙醇)體積分?jǐn)?shù)為89%，潤濕劑用量為40 mL。

表3 正交試驗設(shè)計與結(jié)果

表4 正交試驗方差分析

2.5D-最優(yōu)混料設(shè)計 表1顯示，乳糖(A)、甘露醇(B)、糊精(C)綜合評分較高，故采用D-最優(yōu)混料設(shè)計，以三者為影響因素，與干膏粉按1∶0.2比例混合，制備顆粒劑。以成型率(Y1)、溶化率(Y2)、吸濕率(Y3)、休止角(Y4)為評價指標(biāo)進(jìn)行優(yōu)化，因素水平見表5。再將上述指標(biāo)轉(zhuǎn)化為“歸一值”(d，0～1)，根據(jù)指標(biāo)數(shù)(k)計算其幾何平均數(shù)，得到總評“歸一值”(OD)[5]，公式為OD=(d1d2…dk)1/k，結(jié)果見表6。

表5 D-最優(yōu)混料設(shè)計因素水平

表6 D-最優(yōu)混料設(shè)計與結(jié)果

采用Hassan方法，分別對取值越小越好(如吸濕率、休止角)或越大越好(如成型率和溶化率)的指標(biāo)進(jìn)行數(shù)學(xué)轉(zhuǎn)換，求得其最大和最小“歸一值”，即dmin、dmax，公式分別為dmin=(Ymax-Yi)/(Ymax-Ymin)、dmax=(Yi-Ymin)/(Ymax-Ymin)，結(jié)果見表7。

采用Design-expert 10.0軟件對表7結(jié)果進(jìn)行擬合[12]，得方程為OD=-0.309 37A-6.341 82B-1.977 95C+13.614 46AB+6.442 20AC-1.735 35BC(r=0.904 4)，方差分析見表8，響應(yīng)面分析見圖1。由此可知，模型P<0.01，表明其顯著性高，可用于預(yù)測；失擬項P>0.05，表明模型擬合程度較好；交互因素AB、AC的P<0.05，而BC的P>0.05，曲面接近于平滑，表明兩者之間的交互作用很小。

圖1 各因素響應(yīng)面圖

表7 各評價指標(biāo)測定結(jié)果及轉(zhuǎn)換值

表8 D-最優(yōu)混料設(shè)計方差分析

在響應(yīng)面分析基礎(chǔ)上，對各評價指標(biāo)進(jìn)行適當(dāng)范圍的限定，采用Design-expert 10.0軟件得到最優(yōu)工藝為A0.684，B0.316，C0，OD值為0.643 8。

2.6 驗證試驗 采用“2.5”項下優(yōu)化工藝，按“2.1”項下方法平行制備3批顆粒，進(jìn)行驗證試驗，結(jié)果見表9。由此可知，該方法穩(wěn)定可靠，可用于工藝優(yōu)化。

表9 驗證試驗結(jié)果(n=3)

2.7 物理指紋圖譜建立

2.7.1 物理質(zhì)量指標(biāo)確定 根據(jù)顆粒粉體學(xué)性質(zhì)及物理性質(zhì)，將均一性、堆積性、流動性、穩(wěn)定性作為物理指紋圖譜一級指標(biāo)[9]，相對均齊度指數(shù)、松密度、振實(shí)密度、豪斯納比、休止角、水分、吸濕率作為二級指標(biāo)。

2.7.2 物理指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)化轉(zhuǎn)換 為了消除物理指標(biāo)量綱的影響，測定二級指標(biāo)，參考2020年版《中國藥典》及文獻(xiàn)[9]報道將其轉(zhuǎn)化為同一范圍(0～10)，見表10。

表10 二級指標(biāo)轉(zhuǎn)換方法

2.7.3 圖譜生成 按“2.2”項下方法測定5批顆粒(批號20190801～20190805)的7個二級指標(biāo)，并對其數(shù)值進(jìn)行轉(zhuǎn)化以消除量綱的影響，結(jié)果見表11，再繪制雷達(dá)圖，以轉(zhuǎn)換后參數(shù)值的平均值描述對照物理指紋圖譜，結(jié)果見圖2。采用SPSS 17.0軟件中的夾角余弦法，測得5批顆粒之間物理指紋圖譜的相似度大于0.99，與對照物理指紋圖譜比較也均大于0.99，及其物理屬性差異很小。

表11 5批顆粒二級指標(biāo)測定結(jié)果與轉(zhuǎn)化值

圖2 5批顆粒物理指紋圖譜的雷達(dá)圖

3 討論

課題組前期發(fā)現(xiàn)，健脾通氣方(水提法)出膏率高，黏性強(qiáng)，難以成型，如果采用中藥稠浸膏與輔料混合制軟材，則制粒難度很大。由于本實(shí)驗是在院內(nèi)制劑健脾通氣合劑的基礎(chǔ)上進(jìn)行劑型改造，若改變提取工藝，可能會造成顆粒劑的物質(zhì)基礎(chǔ)與原方不一致，勢必會影響其功效，故將制備方法確定為浸膏減壓干燥后濕法制粒，可在保證原方療效的同時減少輔料用量，從而提高患者服藥依從性。

中藥干膏粉吸濕性較強(qiáng)，直接制粒有一定難度，為減小其吸濕性，增加顆粒劑順應(yīng)性，需要加入適量輔料[13]。本實(shí)驗首先以顆粒劑相關(guān)的粉體學(xué)性質(zhì)為指標(biāo)對單一輔料進(jìn)行篩選，發(fā)現(xiàn)乳糖、甘露醇、糊精均體現(xiàn)出一定的優(yōu)勢，但單一輔料不能同時滿足顆粒劑多種要求[5]。因此，本實(shí)驗采用D-最優(yōu)混料設(shè)計對上述3種輔料配比進(jìn)行優(yōu)化，發(fā)現(xiàn)浸膏粉與輔料比例、乙醇體積分?jǐn)?shù)及其用量對顆粒成型性有一定影響，故采用正交試驗進(jìn)一步優(yōu)化成型工藝。

中藥顆粒劑物理指紋圖譜以多個物理質(zhì)量指標(biāo)為切入點(diǎn)，從粉體學(xué)角度對顆粒劑物理屬性進(jìn)行研究，能更全面充分地表征其外在性質(zhì)。僅從化學(xué)組分對中藥顆粒劑工藝及質(zhì)量進(jìn)行評價具有一定局限性[14-17]，而采用化學(xué)評價與物理指紋圖譜相結(jié)合的質(zhì)控模式能更全面地表征其整體性質(zhì)，在保證相關(guān)工藝穩(wěn)定可控的基礎(chǔ)上確保其質(zhì)量一致性。本實(shí)驗可為健脾通氣無糖顆粒生產(chǎn)工藝及制備條件提供理論參考，也能為其他中藥顆粒劑的質(zhì)量控制提供數(shù)據(jù)支持[18]。