星點(diǎn)設(shè)計(jì)-效應(yīng)面法優(yōu)選冠心平顆粒一步制粒工藝研究＊

康小東，張艷軍，劉俊超，李 峰，楊緒芳，王振中，蕭 偉＊＊

（1. 江蘇康緣藥業(yè)股份有限公司 連云港 222000；

2. 中藥制藥過程新技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 連云港 222000）

星點(diǎn)設(shè)計(jì)-效應(yīng)面法優(yōu)選冠心平顆粒一步制粒工藝研究＊

康小東1，2，張艷軍1，2，劉俊超1，2，李 峰1,2，楊緒芳1，2，王振中1，2，蕭 偉1，2＊＊

（1. 江蘇康緣藥業(yè)股份有限公司 連云港 222000；

2. 中藥制藥過程新技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 連云港 222000）

目的：優(yōu)選冠心平顆粒一步制粒最佳成型工藝。方法：采用Plackett-Burman設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)確定影響冠心平顆粒一步制粒的主要影響因素，然后采用Box-Behnken中心復(fù)合原理對主要影響因素設(shè)計(jì)3因素3水平實(shí)驗(yàn)，以顆粒合格率、休止角作為綜合評價指標(biāo)對試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行優(yōu)化，確定冠心平顆粒一步制粒最佳工藝。結(jié)果：冠心平顆粒一步制粒最佳工藝為進(jìn)樣速度25 r·min-1，浸膏密度1.20，進(jìn)風(fēng)溫度90℃。結(jié)論：利用優(yōu)化方案制得的顆粒與效應(yīng)面模型預(yù)測值基本一致，優(yōu)選的工藝穩(wěn)定可行。

冠心平顆粒 星點(diǎn)設(shè)計(jì) 效應(yīng)面法 一步制粒

冠心平顆粒由酒黃精、當(dāng)歸、瓜蔞皮等藥材組成，其處方來源于江蘇省中醫(yī)院臨床經(jīng)驗(yàn)方。臨床實(shí)踐證明，該方治療氣陰兩傷、痰血瘀阻型冠心病的療效明顯。原方為湯劑，在臨床使用過程中具有不便煎煮、口感差、服用劑量大、不易儲存和攜帶等諸多缺點(diǎn)，因此筆者擬將此方開發(fā)為顆粒劑。

顆粒劑為中藥常用劑型之一，傳統(tǒng)方法制粒的過程存在粘性大、不易制粒、以及浸膏不易干燥，制粒過程吸濕性強(qiáng)，需嚴(yán)格控制其制粒環(huán)境的濕度等缺點(diǎn)。一步制粒技術(shù)受物料性質(zhì)影響較大，并且對工藝條件要求嚴(yán)格，但一步制粒將制粒、干燥等工序集中于同一臺設(shè)備上完成，具有操作簡單、顆粒均勻、流動性好等優(yōu)點(diǎn)，同時有效避免了物料之間的交叉污染，符合現(xiàn)代GMP的要求[1-3]。本實(shí)驗(yàn)采用一步制粒法對冠心平顆粒的成型工藝進(jìn)行了研究。

Plackett-Burman設(shè)計(jì)法作為常用的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和優(yōu)化工具之一，近年來在中藥成型工藝中的應(yīng)用越來越多。該法設(shè)計(jì)的試驗(yàn)次數(shù)較少，通過對試驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析，能夠快速準(zhǔn)確地確定影響工藝的主要影響因素，節(jié)省試驗(yàn)的時間，極大地提高試驗(yàn)的效率[4]。Box-Behnken 效應(yīng)面法則對Plackett-Burman設(shè)計(jì)法優(yōu)選出的影響工藝的主要因素進(jìn)行多因素多水平設(shè)計(jì)，并采用非線性擬合對試驗(yàn)過程中的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，最終優(yōu)選出最佳的成型工藝，具有試驗(yàn)次數(shù)少、預(yù)測性好、精度高等特點(diǎn)[5，6]。本研究在前期對提取、濃縮、精制工序進(jìn)行研究的基礎(chǔ)上，確定了最佳提取、濃縮、精制工藝，然后利用Plackett-Burman設(shè)計(jì)法對影響冠心平顆粒一步制粒過程的進(jìn)風(fēng)溫度、浸膏密度、進(jìn)樣速度、進(jìn)風(fēng)頻率、霧化壓力、輔料比例等6個因素進(jìn)行篩選，最終篩選出浸膏密度、進(jìn)樣速度、輔料比例3個主要影響因素。然后，利用Box-Behnken,效應(yīng)面法對3個主要影響因素進(jìn)行二次多項(xiàng)式擬合，根據(jù)回歸模型，同時結(jié)合現(xiàn)有生產(chǎn)條件來確定冠心平顆粒最優(yōu)一步制粒成型工藝，為冠心平顆粒的研究提供參考依據(jù)。

1 儀器與試劑

1.1 儀器

FG-30型一步制粒機(jī)（重慶英格制藥機(jī)械有限公司）；BT600-2J蠕動泵（保定蘭格恒流泵有限公司）。

1.2 試藥

冠心平顆粒流浸膏：按冠心平顆粒中間體制備工藝對處方藥材分別進(jìn)行提取、純化，濃縮至合適密度（1.15-1.25，溫度60℃），過80目篩即得。乳糖（江蘇道寧藥業(yè)有限公司，批號：F1402031，200目）

2 方法與結(jié)果

2.1 考察指標(biāo)的計(jì)算

2.1.1 顆粒合格率的計(jì)算

本試驗(yàn)按照《中國藥典》2010年版附錄Ⅺ B法進(jìn)行測定[7]。稱定制得的顆?？偭浚捎秒p篩分法收集合格顆粒，稱定重量，計(jì)算合格顆粒收率。

2.1.2 休止角的測定

本試驗(yàn)采用固定漏斗法對顆粒的休止角進(jìn)行測定。取3只漏斗，串聯(lián)后固定于水平放置的繪圖紙的上方，保持漏斗與繪圖紙垂直。將顆粒倒入漏斗中，直至漏斗下顆粒形成的圓錐體的尖端接觸到漏斗下口為止，記錄漏斗下口與繪圖紙的高度為H，記錄圓錐體直徑為2R，按照公式tgθ=H/R，計(jì)算休止角[8]。

2.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果

2.2.1 Plackett-Burman實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果

冠心平顆粒一步制粒的前期預(yù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，影響一步制粒成型的6個主要因素分別為浸膏密度、進(jìn)樣速度、霧化壓力、進(jìn)風(fēng)溫度、進(jìn)風(fēng)頻率、浸膏溫度。利用Plackett-Burman 設(shè)計(jì)法對影響較大的6個因素取分別2個水平（-1、1），即，60℃下浸膏密度（A）：1.15、1.25，進(jìn)樣速度（B）：15、35 r·min-1，霧化壓力（C）：0.3、0.5 MPa，進(jìn)風(fēng)溫度（D）：80、100 ℃，進(jìn)風(fēng)頻率（E）：20、50 Hz，浸膏溫度（F）：40、60 ℃，按照該因素水平共生成12次試驗(yàn)，嚴(yán)格按照試驗(yàn)條件進(jìn)行試驗(yàn)，收集制備得到的顆粒，計(jì)算顆粒合格率，試驗(yàn)結(jié)果及各因素的方差分析分別見表1和表2。

對實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行方差分析，結(jié)果表明：A、B和D這3個影響因素對顆粒合格率影響顯著（P＜0.05)，其余3個影響因素C、E和F對顆粒合格率無顯著性影響，在后續(xù)的研究過程中為節(jié)約設(shè)備能耗，將這3個因素設(shè)定為定值且取較小值，即霧化壓力為0.3 MPa，進(jìn)風(fēng)頻率為20 Hz，浸膏溫度為40 ℃。

2.2.2 Box-Behnken 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

利用Box-Behnken實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)法，以Plackett-Burman試驗(yàn)篩選出的A（浸膏密度）、B（進(jìn)樣速度）、C（進(jìn)風(fēng)溫度）這3個主要影響因素為自變量，每個自變量的高、中、低實(shí)驗(yàn)水平分別以1、0、-1 進(jìn)行編碼，選取顆粒合格率（Y1）和休止角（Y2）為考察指標(biāo)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，結(jié)果見表3。

表1 Plackett-Burman 試驗(yàn)設(shè)計(jì)方案及結(jié)果

2.2.3 Box-Behnken 試驗(yàn)結(jié)果分析

利用Design-Expert 7.0.0軟件對實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行二多次項(xiàng)式回歸擬合，最終確定回歸擬合方程：

R1（合格率）=93.39-5.77A-1.78B-3.20C+0.30AB+ 5.858AC+2.42BC-16.37A2-5.18B2-8.73C2，RSD= 2.96，R2=0.973 3；R2（休止角）=22.88-0.54A-0.19B-0.44C-0.17BC-1.19AC+ 0.32BC +1.01A2+ 1.91B2+0.41C2，RSD=0.60，R2=0.917 7；

試驗(yàn)數(shù)據(jù)方差分析結(jié)果見表 4。結(jié)果表明，考察指標(biāo)Y1（顆粒合格率）、Y2（休止角）兩個效應(yīng)面模型均達(dá)到極顯著水平（P＜ 0.01）。3個考察因素對考察指標(biāo)Y1（顆粒合格率）影響大小的順序依次為A＞C＞B，其中因素A（進(jìn)樣速度）影響極顯著（P＜0.01），因素C（進(jìn)風(fēng)溫度）影響顯著（P＜0.05），因素B（浸膏密度）影響不顯著（P＞0.05），失擬項(xiàng)不顯著（P＞0.05）；3個考察因素對考察指標(biāo)Y2（休止角）影響大小的順序依次為A＞C＞B，其中因素A（進(jìn)樣速度）影響顯著（P＜0.05），因素B（浸膏密度）、C（進(jìn)風(fēng)溫度）影響不顯著（P＞0.05），失擬項(xiàng)不顯著（P＞0.05）；結(jié)果表明二次方程預(yù)測值與實(shí)際值吻合程度較高。各方程所對應(yīng)的等高線及三維效應(yīng)面圖分別見圖1、2。

表2 Plackett-Burman試驗(yàn)結(jié)果方差分析表

2.3.3 效應(yīng)面預(yù)測與驗(yàn)證

應(yīng)用Design-Expert 7.0.0軟件設(shè)計(jì)考察指標(biāo)顆粒合格率（Y1）最大，休止角（Y2）最小，經(jīng)軟件優(yōu)化后得到的一步制粒成型工藝為：進(jìn)樣速度24.68 r·min-1，浸膏密度1.20，進(jìn)風(fēng)溫度89.92℃，在此條件下，顆粒合格率均值為93.59%，休止角為22.90°。結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)條件，確定實(shí)際生產(chǎn)工藝為：進(jìn)樣速度25 r·min-1，浸膏密度1.20（60℃），進(jìn)風(fēng)溫度90℃。按照優(yōu)選出的工藝進(jìn)行3批生產(chǎn)規(guī)模工藝驗(yàn)證。結(jié)果表明，3批生產(chǎn)工藝驗(yàn)證制備的顆粒的顆粒合格率平均值為90.53%，休止角平均值為23.98°，該結(jié)果與效應(yīng)面方程模型預(yù)測值基本吻合，偏差分別為3.27%，4.72%，說明經(jīng)模型優(yōu)化得到的結(jié)果穩(wěn)定可靠，優(yōu)選出的的最佳生產(chǎn)工藝符合實(shí)際生產(chǎn)的要求。

表3 Box-Behnken 試驗(yàn)設(shè)計(jì)方案及結(jié)果

表4 Box-Behnken 試驗(yàn)結(jié)果方差分析表

圖1 自變量A、B、C之間交互作用與應(yīng)變量R1合格率等高線、效應(yīng)面圖

圖2 自變量A、B、C之間交互作用與應(yīng)變量R2休止角等高線、效應(yīng)面圖

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)論

利用 Plackett-Burman設(shè)計(jì)法對影響冠心平顆粒一步制粒工藝過程的進(jìn)風(fēng)溫度、浸膏密度、進(jìn)樣速度、進(jìn)風(fēng)頻率、霧化壓力、輔料比例6個影響因素進(jìn)行考察。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，進(jìn)樣速度、浸膏密度和進(jìn)風(fēng)溫度為主要影響因素。利用Box-Behnken設(shè)計(jì)法考察影響一步制粒的3個主要影響因素，試驗(yàn)結(jié)果顯示考察指標(biāo)顆粒合格率（Y1）、休止角（Y2）的失擬項(xiàng)P值均大于0.05，這表明該模擬回歸方程對試驗(yàn)的擬合程度較高。

通過Design-Expert 7.0.0軟件的三維效應(yīng)面反映出的最佳區(qū)域，同時考慮現(xiàn)有生產(chǎn)條件最終優(yōu)選出冠心平顆粒一步制粒的最佳生產(chǎn)工藝為：進(jìn)樣速度：25 r·min-1，浸膏密度度：1.20（60℃），進(jìn)風(fēng)溫度：90℃，按照優(yōu)選出的試驗(yàn)條件連續(xù)進(jìn)行三批生產(chǎn)規(guī)模的工藝驗(yàn)證，測得的結(jié)果與模型預(yù)測值基本吻合，這表明通過該模型優(yōu)化得到的結(jié)果比較理想，優(yōu)選的最佳生產(chǎn)工藝穩(wěn)定可行。

4 討論

星點(diǎn)設(shè)計(jì)-效應(yīng)面法對于影響因素較多且被考察因素具有連續(xù)變量的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)有較強(qiáng)的適用性，其最大的優(yōu)點(diǎn)在于能夠?qū)ξ醋鲞^的試驗(yàn)進(jìn)行預(yù)測，既可以分析各影響因素之間的交互作用，又能保證試驗(yàn)的精度，突破了均勻設(shè)計(jì)和正交設(shè)計(jì)受線性模型限制的不足，可以廣泛應(yīng)用于普通劑型處方篩選、新劑型給藥系統(tǒng)處方篩選以及工藝優(yōu)化等中藥學(xué)研究設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)[9]。

對于不同性質(zhì)的浸膏，影響一步制粒的主要影響因素往往是不同的。本研究發(fā)現(xiàn)進(jìn)樣速度和進(jìn)風(fēng)溫度存在交互影響，這可能與冠心平浸膏中含有大量多糖類成分有關(guān)。進(jìn)樣速度快，進(jìn)風(fēng)溫度低，浸膏在流化床內(nèi)霧化后不能及時干燥，顆粒聚集在一起會造成局部結(jié)塊現(xiàn)象；進(jìn)樣速度快，進(jìn)風(fēng)溫度高，浸膏霧化后基本能完全干燥，但高溫會使糖類成分軟化，激發(fā)物料本身的粘性，顆粒之間通過架橋作用聚集成團(tuán)，最終也會導(dǎo)致一步制粒無法進(jìn)行。本試驗(yàn)在研究過程中采用Box-Behnken中心復(fù)合設(shè)計(jì)原理及非線性擬合，所得到的模型擬合程度較好，預(yù)測結(jié)果更準(zhǔn)確，通過模型優(yōu)選出的最佳工藝經(jīng)三批生產(chǎn)工藝驗(yàn)證表明不同批次之間差異性小，工藝穩(wěn)定可行。

參考文獻(xiàn)

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Study on the One-Step Pelletization Technology of Guanxinping Granule by Central Composite Design and Response Surface Method

Kang Xiaodong1,2, Zhang Yanjun1,2, Liu Junchao1,2, Li Feng1,2, Yang Xufang1,2, Wang Zhenzhong1,2, Xiao Wei1,2
(1. Jiangsu Kanion Pharmaceutical Co., Ltd., Lianyungang 222001, China;
2. State Key Laboratory of Pharmaceutical Process New-Tech for Chinese Medicine, Lianyungang 222001, China)

This study aimed to optimize the molding process of Guanxinping granule (GXPG) by one-step pelletization method. Plackett-Burman experiment was designed to determine the main influence factors of onestep pelletization, while Box-Behnken central composite principle was to the orthogonal test of three factors at three different levels. The optimum method depended on comprehensive evaluation indexes such as qualified rates of particles and the angle of repose, for determining the best molding process of GXPG. As a result, the preferred parameters of molding process were as follows, the sample rate of 24 r·min-1, extract density of 1.20, and inlet air temperature at 90℃. In conclusion, the comprehensive evaluation results of one-step pelletization was close to the predicted values of response surface model, and the optimum molding process was stable and feasible for GXPG preparation.

Guanxinping granules, central composite design, response surface method, one-step pelletization

10.11842/wst.2016.04.014

R283.6

A

（責(zé)任編輯：馬雅靜，責(zé)任譯審：朱黎婷）

2015-05-19

修回日期：2015-11-06

＊ 科學(xué)技術(shù)部“重大新藥創(chuàng)制”科技重大專項(xiàng)（2013ZX09402203）：現(xiàn)代中藥創(chuàng)新集群與數(shù)字制藥技術(shù)平臺，負(fù)責(zé)人：王振中。

＊＊ 通訊作者：蕭偉，本刊編委，博士，研究員級高級工程師，主要研究方向：中藥制劑和創(chuàng)新中藥的研究與開發(fā)。