流化工藝對益母草提取物粉體學(xué)性質(zhì)的影響

杜焰 易奇志 熊耀坤 徐蘭萍

[摘要]采用不同的黏合劑對益母草提取物進行流化改造，使用粉體學(xué)方法對改造前后益母草提取物的吸濕性、流動性、填充性等物性指標比較分析，研究直壓輔料與改造后益母草提取物在粉末可壓性與成型性上的差異，結(jié)果表明，益母草提取物各物性指標接近微晶纖維素，綜合流動性指數(shù)分布在61～75；流化工藝可以改善其吸濕性，樣品各吸濕指標都明顯低于原益母草提取物；以塑性常數(shù)、壓縮比與屈服應(yīng)力、Heckel方程與川北方程為指標考察可壓性，發(fā)現(xiàn)水作黏合劑對增強益母草提取物的可壓性效果優(yōu)于其他方法；在中低壓力下流化改性物可以成型為有一定強度的片劑，通過對益母草提取物的流化研究，發(fā)現(xiàn)流化改造對原益母草提取物各種性質(zhì)影響較大，結(jié)果可以為中藥提取物的片劑開發(fā)提供基礎(chǔ)理論依據(jù)。

[關(guān)鍵詞]益母草提取物； 流化； 吸濕性； 可壓性

Effect of fluidized bed technology on micromeritics properties of

Leonurus Herba extract

DU Yan1*， YI Qizhi2， XIONG Yaokun3， XU Lanping1

（1 College of Chemistry and Chemical Engineering， Jiangxi Normal University， Nanchang 330022， China；

2 College of Mathematics & Information Science， Jiangxi Normal University， Nanchang 330022， China；

3 Key Laboratory for Modern Preparation of Traditional Chinese Medicine Under Ministry of Education，

Jiangxi University of Traditional Chinese Medicine， Nanchang 330011， China）

[Abstract]Based on different binders， the Leonurus Herba extract powders were fluidized and modified The physical properties such as hygroscopicity， flowability， filling property and compression property were studied by various micromeritics methods before and after modification The results showed that the physical properties of Leonurus Herba extract were close to those of microcrystalline cellulose， and its comprehensive flow index was between 6175 Fluidization process can improve hygroscopicity， so the moisture absorption indexes of the samples were significantly lower than those of the original Leonurus Herba extract samples With the plastic constant， compression ratio and yield stress， Heckel equation and Kawakita equation as the the investigation indicators， results showed that fluidization process based on binder water was superior to other methods in increasing the compressibility of the extracts In low and medium pressure， the fluidized and modified extract can form the tablets with a certain strength Fluidized transformation had a greater influence on the properties of original Leonurus Herba extracts， which was instructive to guide significance for the surface modification of pharmaceutical powders and provide the basis for the development of extract tablet.

[Key words]Leonurus Herba extract； fluidized； hygroscopicity； compression property

在中藥制劑工藝研究及生產(chǎn)中存在一些關(guān)鍵技術(shù)問題，其中中藥材經(jīng)前處理工藝所得到的制劑原料（如中藥提取物）成分復(fù)雜，大多呈現(xiàn)流動性差、易吸濕、味苦等不良的物理特性，往往需要大量的輔料加以改良，并且目前中藥制劑成型工藝也缺乏優(yōu)化設(shè)計。因此，如何在減少輔料用量同時提高處方的成型工藝是中藥片劑工藝面臨的問題[15]。

改善制劑原料的物料特性，多采用表面物理改性處理技術(shù)對制劑原料表面進行微囊化、球形化、粒子復(fù)合處理等修飾加工，使粉體的表面物理性質(zhì)發(fā)生變化，滿足后續(xù)制劑成型工藝及制劑質(zhì)量要求[68]。方法主要有流化床技術(shù) 、粉末沉積 、機械混合技術(shù)等，目的在于對提取物修飾加工，達到降低提取物強吸濕性、改善提取物流動性、改變提取物口感、降低提取物的胃黏膜刺激性、改變中藥有效部位藥物釋放行為等目的。endprint

流化床技術(shù)的特點在于[910]：物料粉末在容器內(nèi)由自下而上的壓縮氣流作用下保持懸浮的流化狀態(tài)，使物料在流化狀態(tài)下混合均勻，液體黏合劑向流化層噴入使粉末聚結(jié)，液滴使接觸到的粉末潤濕并聚結(jié)在其周圍形成粒子核，同時再由繼續(xù)噴入的液滴落在粒子核表面上產(chǎn)生黏合架橋作用，使粒子核與粒子核之間、粒子核與粒子之間相互結(jié)合，改變原有的粒子結(jié)合方式。針對中藥提取物流動性差，易吸濕的特點，本文嘗試使用流化床技術(shù)改變益母草提取物性狀，主要希望借助流化床技術(shù)的流化工藝過程，改善中藥提取物粒子與粒子之間相互結(jié)合的狀態(tài)，使其物性發(fā)生有益于片劑成型的變化，為今后開展提取物改性推廣提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

1材料

Mini Glatt 5型流化床（德國Glatt科學(xué)儀器）；XP1型智能感應(yīng)壓片機（德國Korsch公司）；Mastersize scroco2000激光粒度儀（英國Malvern公司）；AccuPyc Ⅱ 1340 Pycnometer全自動真密度儀（美國Micromeritics公司）；BT1000粉體綜合特性測試儀（丹東百特儀器有限公司）；FA1004N 電子天平（上海精密科學(xué)儀器有限公司）；TBH300型硬度測定儀（德國ERWEKA）；MT250B恒溫恒濕箱（施都凱儀器設(shè)備上海有限公司）。

微晶纖維素PH200（美國FMC公司MCC系列）；無水磷酸氫鈣（德國JRS公司EMCOMP系列）；尤特奇L100（上海贏創(chuàng)德固賽公司）；益母草提取物（寧波德沃生物科技有限公司）。

2方法

21流化操作

條件統(tǒng)一為黏合劑流速10 mL·min-1、噴霧壓力3～4 MPa、噴霧溫度35 ℃。準確稱取200 g益母草中藥提取物置于流化床容器中，設(shè)定溫度、空速、進料速度等相關(guān)參數(shù)。在噴霧之前將物料預(yù)烘干一段時間，到噴霧允許值時開始噴霧，保持流化狀態(tài)一定時間后停止噴霧，繼續(xù)流化穩(wěn)定后停機，收集出料，稱重與測試其物理性質(zhì)。

22片劑樣品的制備

使用感應(yīng)壓片機，調(diào)節(jié)下沖填充深度至 100 mm，調(diào)節(jié)上沖壓力在 0～25 kN，選擇 85 mm 的圓柱形沖頭。每次壓片前用毛刷將05%硬脂酸鎂無水乙醇混懸液涂抹在?？變?nèi)壁和上、下沖，用吹風(fēng)機加熱，待無水乙醇揮發(fā)至干，將粉末加入中模，選擇單沖壓制功能，開始壓片，壓制10片為一批并稱取單片質(zhì)量。數(shù)據(jù)包括塑性常數(shù)、壓縮比與屈服應(yīng)力、相對密度以及擬合的Heckel曲線等。

23吸濕性考察

分別稱取提取物與流化樣品約2 g，烘干后置于干燥器中平衡12 h 以上，平鋪于扁形稱量瓶中，厚度約為4 mm，開蓋置于底部盛有 NaCl過飽和溶液的干燥器中，將干燥器置于25 ℃恒溫恒濕箱中，分別于 2，4，6，8，10，12，24，48，72 h 精密測定混合粉末的質(zhì)量變化情況，計算吸濕率。

24休止角與平板角的測定

利用 BT1000粉體流動性測定儀，采用固定圓錐法測定上述粉末的休止角和堆積法測定平板角，每個樣品測定 3 次，取平均值。

25松密度、振實密度、壓縮度的測定

利用BT1000粉體綜合物性測定儀測定各樣品粉末的松密度、振實密度、壓縮度。每個樣品測定 3 次，取平均值。

26粒度分布與均齊度的測定

取待測粉體約3 g，置于Mastersize scroco 2000型激光粒度儀干法進樣器金屬盒上，選擇已建立的工作方法，以空氣為分散媒介，顆粒折射率設(shè)為15，測定粉體的粒徑及粒徑分布。

27抗張強度（Ts）的測定

將上述混合粉末在壓力不同的壓力條件下壓制，每個壓力下取10片，平片置于干燥器中24 h，彈性復(fù)原后利用硬度測定儀測定片劑的厚度、直徑與片劑的徑向破碎力（F），計算片的抗張強度[11]。

Ts=2FπhD （1）

其中，F(xiàn)為徑向破碎力，D為片直徑，h為片厚度。

28快速彈性松弛（E）

快速彈性松弛是指粉體在壓縮過程中上沖位移（壓力）最大時片子邊緣厚度和彈性復(fù)原后邊緣厚度之間的距離[12]。

E=（H1-H2）H2×100% （2）

其中，H1為上沖壓力最大時片子邊緣厚度，H2為壓縮過程結(jié)束時片子的厚度。

3結(jié)果與討論

流化工藝選擇為頂噴方式，以益母草的水提取物作為研究對象，將提取物料本身的10%水溶液、水以及尤特奇L100的10%水溶液作為黏合劑，通過統(tǒng)一的工藝條件，制備相應(yīng)的提取物改性產(chǎn)品。提取物與改性產(chǎn)品名稱分別簡化為YMC，YMCW，YMC10，YMCYTQ。

31吸濕性

對吸濕方程進行二項式擬合，結(jié)果見表1，以累計吸濕率為縱坐標，時間為橫坐標作圖，見圖1。吸濕率=（W-W0）/W0×100%，式中，W為吸濕后藥粉質(zhì)量，W0為吸濕前藥粉質(zhì)量。累計吸濕率時間曲線見圖1，各粉末的累積吸濕率強弱為：YMC>YMCYTQ>YMC10>YMCW。表1顯示，經(jīng)流化工藝改性后的提取物吸濕初速度變小，吸濕加速度小，達到吸濕的平衡時間短，總吸濕量降低，各流化樣品的平衡吸濕量都明顯低于益母草提取物，可見流化工藝對降低原料的吸濕性有較大的改善。

32流動性考察

采用Carr指數(shù)方法，對粉體的休止角、壓縮度、平板角、均齊度等4項指標進行測定，每項最高25點，將測定結(jié)果換算成表示高低程度的點數(shù)，然后采用點加法得出總分數(shù)作為流動性指數(shù)FI，以此來綜合評估粉體流動性，見表2。

測量結(jié)果包括：樣品的休止角與平板角值；松密度，振實密度與壓縮度值；粒度分布、均齊度與流動性指數(shù)FI，分別見表3～5。直壓輔料PH200和EMCOMP具備較好的流動性，益母草提取物休止角與平板角均較大，流動性較差，經(jīng)流化改性后有一定程度上的改善，以YMCW為最佳。從體積平均粒徑上觀察，直壓輔料具備較大的粒徑益母草提取物與流化床改性物粒徑較小，均齊度也較差，顯示流動性較弱。根據(jù)流動性指數(shù)FI計算方法，對粉體的休止角、壓縮度、平板角、均齊度等4項指標評分，可以發(fā)現(xiàn)，流動性按從大到小排序：EMCOMP>PH200>YMCW>YMC10>YMC>YMCYTQ。endprint

從休止角判斷，YMC提取物流動性最差，但壓縮度與均齊度指標反映YMCYTQ流動性最差。綜合評分顯示，益母草與流化改性提取物主要集中在FI評分表第四檔，其特點是流動性一般，易附著邊。但是YMCW對于流動性改善較好，評分到第三檔，流動性中等。

33可壓性考察

壓片過程中的參數(shù)如塑性常數(shù)、壓縮比、屈服應(yīng)力（Py）可以表示粉體的可壓縮性；成型性用抗張強度和快速彈性松弛來表示。各粉末的壓縮過程數(shù)據(jù)見表6。

331塑性常數(shù)（ESP）樣品粉末的塑性常數(shù)壓力曲線見圖2，微晶纖維素ESP隨著壓力增大均勻增加，而磷酸氫鈣的ESP變化不大。益母草提取物曲線在數(shù)值上靠近微晶纖維素，說明益母草提取物壓縮性質(zhì)與其類似。由曲線的分布可以發(fā)現(xiàn)，使用水或10%提取物為黏合劑的流化形式并不顯著改變其壓縮性，而尤特奇會降低粉末的壓縮性，值得關(guān)注的是，以水為黏合劑的流化可能會提高粉末在中高壓力下的壓縮性。

332川北（Kawakita）方程多數(shù)研究學(xué)者使用川北方程來評價粉體的壓縮性[13]，相關(guān)測試結(jié)果見圖3，表7。川北方程表示粉體柱體積 （V） 與壓縮力（P） 之間的變化關(guān)系，其表達式如下。

C=V0-VV0=abP1+bP（3）

其中，C為體積減少度； V為壓力為P時，粉體柱的體積；V0為初始體積； a，b為川北方程參數(shù)。使用P/C對P作圖可以計算a，b。一般認為，a，b分別反映粉體的流動性與充填性，a越小流動性越好，b越大充填性更佳。

從a，b可以看出，樣品的a在065～093，提取物的流動性在PH200（08）與無水磷酸氫鈣（065）之間，水和10%提取物作黏合劑對流動性改變不大，而尤特奇有改變；從b分析，增加水對于壓縮性的改變較大，尤特奇會減少粉體的壓縮性，這與塑性常數(shù)分析接近。

333Heckel方程完整的Heckel方程由加壓和卸壓過程構(gòu)成，目前關(guān)于壓縮過程的解析是將加壓過程進行線性擬合為下式[14]。

ln[1/（1-D）]=KP+A（4）

其中，D為壓力P下的相對密度，是粉體加壓時密度與真密度的比值，ln[1/（1-D）]與D變化方向一致， P 為上沖壓力，K和 A為常數(shù)，平均屈服應(yīng)力Py為K的倒數(shù)。益母草提取物的Heckel 方程見圖4。

在益母草提取物的加壓過程中，ln[1/（1-D）]值隨著壓力上升而增大，表明提取物的相對密度隨著壓力增加而增大，卸壓過程D減小，但是不會回到初始值，表明粉體已經(jīng)被壓實。平均屈服應(yīng)力Py的值會隨著壓力上升而增大，微晶纖維素和提取物為緩慢上升曲線，而磷酸氫鈣為陡峭曲線，表明磷酸氫鈣的平均屈服應(yīng)力Py較大，每次壓縮都要克服較大的應(yīng)力，它與微晶纖維素和提取物是完全不同的形變材料，見圖5。從整體上，提取物與流化改性物差別不大，形變性質(zhì)接近微晶纖維素。比較相同壓力下的樣品Py，在中低壓力范圍，其平均屈服應(yīng)力按從大到小排序：EMCOMP>YMC>YMCYTQ>YMCW>YMC10>PH200 。從Py的結(jié)果分析，在中低壓力范圍，各樣品的壓縮性與前述基本相同，但是由于數(shù)值為加壓過程進行線性擬合結(jié)果，其反映粉體壓縮性的效果不如川北方程和塑性常數(shù)ESP分析準確。

334抗張強度與上沖壓力關(guān)系分析樣品的抗張強度與上沖壓力關(guān)系見圖6，頂部與底部曲線分別代表微晶纖維素和磷酸鈣，即最好與最差的成型性，益母草提取物和改性物分布在2條曲線之間，和前述的壓縮分析一致，其成型性介于兩者之間并接近微晶纖維素。在中低壓力區(qū)（0～5 kPa），益母草提取物和流化床改性物可以成型，以水為黏合劑改性后成型性較好，YMC10次之，但是尤特奇會造成

成型性下降。與直壓輔料不同的是，提取物的抗張強度存在拐點，并不總是隨著壓力增加而增大，如YMC10在大約8 kN時達到極限，該數(shù)據(jù)表明在拐點以上增大壓力并不能明顯改善提取物的抗張強度。因此，帶來的啟迪是在片劑的處方設(shè)計中，需要根據(jù)中藥粉末的特點選擇合適的壓片力。

335快速彈性松弛值提取物與磷酸鈣的快速彈性松弛值隨著壓力增加而增大，而微晶纖維素隨著粉末的固結(jié)趨于固定，見圖7。在中低壓力區(qū)（0～5 kPa），益母草提取物和改性物可以將快速彈性松弛值控制在10%以內(nèi)并成型為有一定強度的片劑，而磷酸鈣雖然快速彈性松弛值不高，但是不易成型。提取物在加大壓制壓力時雖然可以幫助片劑成型，但同時也提高了快速彈性松弛值，容易導(dǎo)致裂片的發(fā)生。微晶纖維素的優(yōu)點在于其快速彈性松弛值并不是隨著壓力而上升，而是在高壓力區(qū)趨于穩(wěn)定，顯示其良好的成型性，如果作為添加輔料，即便使用較高的壓片力，亦不容易發(fā)生裂片。

4結(jié)論

近幾年，F(xiàn)DA 在積極推動制藥工業(yè)實施科學(xué)的、基于風(fēng)險的藥物研發(fā)策略“質(zhì)量源于設(shè)計” （quality by design，QbD） 中，科研人員通過對材料科學(xué)領(lǐng)域“結(jié)構(gòu)、性質(zhì)、工藝、性能”間聯(lián)系的深入理解，為片劑的處方開發(fā)和工藝優(yōu)化提供了理論指導(dǎo)，顯著提高了研發(fā)效率。

依據(jù)此，本文考察了流化床技術(shù)的提取物粉體學(xué)性質(zhì)與壓縮特性并與直壓輔料進行對比，發(fā)現(xiàn)了一些經(jīng)流化床改性后的提取物的特點。在吸濕性方面，流化床作用較大，能顯著改善提取物的吸濕性，以水為黏合劑的工藝最佳，尤特奇次之，由于提取物吸濕現(xiàn)象原因復(fù)雜，根據(jù)毛細管吸濕理論推測，流化床技術(shù)改善提取物的吸濕性可能是：流化過程中，黏合劑中的水會對毛細管內(nèi)呈凹面的液體產(chǎn)生飽和作用，同時隨著蒸汽壓逐漸增加，較大的毛細管孔也將先后被填滿，水的吸附量將迅速增加，形成飽和。流化完成時，外部蒸汽壓與毛細管內(nèi)部蒸汽壓差別很小，這樣，提取物的毛細管中毛細管凝結(jié)現(xiàn)象將減小。

在流動性方面，使用綜合評分作為流動性指數(shù)FI評分相對更客觀、更準確，結(jié)果顯示，益母草與流化床改性提取物主要在第四檔，其特點是流動性一般，但是YMCW對于流動性改善較好，評分可以提高一檔，流動性中等。其原因可能是流化工藝對粒子核表面上產(chǎn)生黏合架橋作用，使粒子核與粒子核之間相互結(jié)合，逐漸形成較大的顆粒的結(jié)果，不同的黏合劑的粒子結(jié)合效果差異較大，原因還有待于進一步研究。endprint

在可壓縮性方面，塑性常數(shù)、川北方程與Heckel方程可以考察不同壓力下粉體的壓縮性，總體上看，三者都可以描述壓縮性，但由于Heckel方程是對加壓過程進行線性擬合，仍然有些粗略，而以川北方程a，b參數(shù)評價可能更方便、準確。在成型性方面，益母草提取物與改性樣品與微晶纖維素類似，有較好的成型性，使用低壓力即可形成抗張強度較大的片劑，值得注意的是，與微晶纖維素不同，伴隨著壓制力的加大，提取物快速彈性松弛會增大，容易導(dǎo)致裂片的發(fā)生，提示壓制過程需要控制壓制力的范圍[1517]。

因此，在提取物的表面改性上，流化床技術(shù)提供了一種可能，即在少量添加輔料與不改變提取物本身的情況下，提供合乎制劑要求的原料，改善中藥提取物粒子之間結(jié)合的狀態(tài)，使其物性發(fā)生有益于片劑成型的變化且滿足片劑生產(chǎn)的要求。

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[責(zé)任編輯孔晶晶]endprint