Box—Behnken設(shè)計—效應(yīng)面法優(yōu)選蒲黃干法制粒工藝

范凌云++余琰++高建德++金輝

摘要：目的 優(yōu)選蒲黃干法制粒工藝。方法 以顆粒得率和脆碎度為評價指標(biāo)，以藥粉含水量、壓片變頻、制粒變頻為考察因素，采用單因素試驗考察各因素對指標(biāo)的影響程度，采用Box-Behnken設(shè)計考察各因素對評價指標(biāo)總評OD值的影響，并采用效應(yīng)面法預(yù)測、分析、優(yōu)化最佳工藝。結(jié)果 最佳干法制粒工藝為藥粉含水量35.0%，壓片變頻27 Hz，制粒變頻15 Hz。結(jié)論 所選工藝穩(wěn)定、可行、重現(xiàn)性好，可用于蒲黃的制粒。

關(guān)鍵詞：蒲黃；Box-Behnken設(shè)計-效應(yīng)面法；干法制粒

DOI：10.3969/j.issn.1005-5304.2018.01.018

中圖分類號：R283.5 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1005-5304（2018）01-0084-05

Optimization of Dry Granulation Technology of Typha Pollen Granules

by Box-Behnken Design and Response Surface Method

FAN Ling-yun， YU Yan， GAO Jian-de， JIN Hui

Gansu University of Chinese Medicine， Key Laboratory of Chemistry and Quality for Traditional Chinese and Tibetan Medicines of the University of Gansu Province， Lanzhou 730000， China

Abstract： Objective To optimize the dry granules process of Typha Pollen. Methods The particle size and particle friability were selected as evaluation indexes. The inspect factors were water content， compression frequency， and granulation frequency. Influence of inspect factors on evaluation indexes was investigated by single factor test， the influence of inspect factors on OD value was investigated by Box-Behnken design， and response surface method was adopted to predict， analyze and choose optimal process. Results The optimal dry granulation technology was as follows： the water content was 35.0%； the frequency of tabletting was 27 Hz； the granulating frequency was 15 Hz. Conclusion The selected process is stable， feasible and reproducible， which can be used for granulation of Typha Pollen granules.

Keywords： Typhae Pollen； Box-Behnken design-response surface method； dry granulation

蒲黃為香蒲科植物水燭香蒲Typha angustifolia L.、東方香蒲Typha orientalis Presl或同屬植物的干燥花粉[1]，其味甘、性平，歸肝、心包經(jīng)，具有止血、化瘀、通淋之功效，主治吐血、衄血、咯血、崩漏、外傷出血、經(jīng)閉痛經(jīng)、胸腹刺痛、血淋澀痛等癥[2]。蒲黃作為可用于保健品開發(fā)的中藥材，應(yīng)用日益廣泛。但蒲黃為花粉類藥物，分散度高，流動性差，易吸濕，攜帶和服用不便。采用干法制粒工藝，將蒲黃藥材原粉直接制成顆粒狀產(chǎn)品，較傳統(tǒng)濕法制粒工藝更為簡便易行，且所得蒲黃顆粒流動性好，不易吸濕，性質(zhì)更穩(wěn)定，方便保存，又可作為片劑、膠囊劑等劑型的中間體直接應(yīng)用。本研究采用Box-Behnken設(shè)計-效應(yīng)面法優(yōu)化蒲黃干法制粒工藝，為蒲黃藥材原粉的開發(fā)

基金項目：甘肅省自然科學(xué)基金（1508RJZA010）

通訊作者：余琰，E-mail：lzdxyuyan@126.com

利用提供新的思路和依據(jù)。

1 儀器與試藥

GLB-25干法制粒機(jī)（張家港市榮華機(jī)械制造有限公司），CSD-2型脆碎度檢測儀（天津市貝斯特科技公司），BS124S型分析天平（德國賽多利斯）。

蒲黃（Typhae Pollen）購自甘肅中醫(yī)藥大學(xué)附屬醫(yī)院中藥房，經(jīng)甘肅中醫(yī)藥大學(xué)附屬醫(yī)院藥劑科楊錫倉主任藥師鑒定，符合2015年版《中華人民共和國藥典》（一部）相關(guān)要求。

2 方法與結(jié)果

2.1 干法制粒方法及顆粒質(zhì)量評價

2.1.1 蒲黃顆粒的制備

蒲黃過80目篩，得細(xì)粉，均勻噴適量水使細(xì)粉潤濕，調(diào)節(jié)干法制粒機(jī)壓片變頻及制粒變頻，將藥粉加入干法制粒機(jī)中壓成片狀物，再經(jīng)制粒系統(tǒng)粉碎得顆粒，取出顆粒，整粒[3]，備用。

2.1.2 顆粒得率測定

取制得顆粒適量，精密稱定質(zhì)量，過24目篩，再過60目篩，收集能通過24目篩但不能通過65目篩的顆粒，精密稱定質(zhì)量，計算24～60目之間顆粒所占百分比，即顆粒得率（為一次制粒得率）。顆粒得率（%）=24～65目顆粒質(zhì)量÷顆?？傎|(zhì)量×100%[4]。endprint

2.1.3 顆粒脆碎度測定

取制得顆粒適量，先過24目篩，再過65目篩，稱取通過24目篩但未通過65目篩的顆粒適量，精密稱定其質(zhì)量，置于脆碎度測定儀中，轉(zhuǎn)動4 min。取出，置于65目篩中過篩，精密稱定剩余顆粒質(zhì)量，計算顆粒脆碎度。顆粒脆碎度（%）=（測定前顆粒質(zhì)量-測定后顆粒質(zhì)量）÷測定前顆粒質(zhì)量×100%[4]。

2.2 蒲黃干法制粒影響因素考察

2.2.1 壓片變頻對干法制粒的影響

取蒲黃藥粉適量，噴水潤濕，將制粒變頻固定為15 Hz，分別設(shè)定壓片變頻為24、25、26、27、28 Hz，考察壓片變頻對顆粒得率及顆粒脆碎度的影響。結(jié)果顯示，壓片變頻從24 Hz上升到27 Hz時，顆粒得率逐漸提高，顆粒硬度增加，脆碎度減小，原因可能是隨著壓力變頻的增加，壓輪間隙減小，漏粉量減小，胚片受壓增大，故所得顆粒具有更高的硬度，顆粒得率提高；壓片變頻為27～28 Hz時，顆粒得率減少，且硬度下降，顆粒脆碎度呈上升趨勢，原因可能是壓力增大到這一范圍后，胚片受壓過大，脆性增加，彈性形變加劇，導(dǎo)致脆碎度上升，顆粒得率下降。所以，蒲黃顆粒在成型過程中所受壓力不宜過大。壓力變頻對顆粒得率、顆粒脆碎度的影響見圖1、圖2。經(jīng)統(tǒng)計學(xué)分析，壓力變頻對顆粒得率及顆粒脆碎度的影響有統(tǒng)計學(xué)意義（P<0.05）。

2.2.2 制粒變頻對干法制粒的影響

取蒲黃適量，噴水潤濕，壓片變頻固定為26 Hz，分別設(shè)定制粒變頻為15、18、21、24、27 Hz，考察制粒變頻對顆粒得率及顆粒脆碎度的影響。結(jié)果顯示，當(dāng)制粒變頻由15 Hz增加到18 Hz時，顆粒得率增加，且所得顆粒的脆碎度小，說明此時制粒速度增加對顆粒成型有幫助作用，原因可能是軋輪轉(zhuǎn)動加速與壓力配合適宜。試驗中觀察發(fā)現(xiàn)，當(dāng)制粒變頻設(shè)置在較低值時，軋輪壓力難以體現(xiàn)；當(dāng)制粒變頻由18 Hz繼續(xù)增加后，顆粒得率下降，且所得顆粒脆碎度增大，顆粒質(zhì)量不佳，說明此時制粒速度增加對顆粒成型有不利影響，原因可能是隨著軋輪轉(zhuǎn)速的增加，胚片受壓時間縮短，難以保證充分受壓，顆粒質(zhì)地松散，脆碎度增加，顆粒得率降低。制粒變頻對顆粒得率及顆粒脆碎度的影響見圖3、圖4。經(jīng)統(tǒng)計學(xué)分析，制粒變頻對顆粒得率及顆粒脆碎度的影響有統(tǒng)計學(xué)意義（P<0.05）。

2.2.3 藥粉含水量對干法制粒的影響

取蒲黃適量，分別噴以粉體質(zhì)量24.5%、28.0%、31.5%、35.0%、38.5%的水分，充分拌勻，壓片變頻固定為26 Hz，制粒變頻固定為15 Hz，考察藥粉含水量對顆粒得率及顆粒脆碎度的影響。結(jié)果顯示，藥粉含水量增加，顆粒得率提高，且所得顆粒的脆碎度降低，說明含水量的增加對顆粒成型有幫助作用，但含水量增加到一定程度后，這種作用趨于平緩。原因可能是，當(dāng)含水量增加時，胚片中的水分能夠較好地誘發(fā)物質(zhì)產(chǎn)生黏性，顆粒間的“固體橋”作用較明顯，故顆粒得率提高，脆碎度降低；水分增加到一定程度后，物料因水分而產(chǎn)生的黏性已經(jīng)相對達(dá)到最大程度，這種作用漸漸趨于平緩，繼續(xù)增加水分反而使顆粒疏松變軟，得率下降，脆碎度增大。藥粉含水量對顆粒得率及脆碎度的影響見圖5、圖6。經(jīng)統(tǒng)計學(xué)分析，藥粉含水量對顆粒得率及顆粒脆碎度的影響有統(tǒng)計學(xué)意義（P<0.05）。

2.3 Box-Behnken設(shè)計-效應(yīng)面法優(yōu)化蒲黃顆粒制粒工藝

參考預(yù)試驗結(jié)果，確定影響蒲黃顆粒干法制粒工藝的主要因素為藥粉含水量、壓片變頻、制粒變頻。采用效應(yīng)面法結(jié)合Box-Behnken設(shè)計對蒲黃干法制粒工藝進(jìn)行優(yōu)化，通過三維效應(yīng)面和二維等高線圖反映各因素之間的交互影響及各因素對結(jié)果的影響，從而優(yōu)化蒲黃干法制粒工藝[5-7]。

2.3.1 Box-Behnken設(shè)計

在單因素考察的基礎(chǔ)上，以藥粉含水量（A）、壓片變頻（B）、制粒變頻（C）為自變量，進(jìn)行3因素3水平Box-Behnken設(shè)計。以-1、0、1對各自變量的低、中、高水平進(jìn)行編碼，以顆粒得率、顆粒脆碎度的綜合指標(biāo)作為響應(yīng)值，反映總體效應(yīng)結(jié)果。顆粒得率為優(yōu)先考慮的指標(biāo)，其權(quán)重系數(shù)為0.7，顆粒脆碎度權(quán)重系數(shù)為0.3?？傇uOD值=顆粒得率×0.7+顆粒脆碎度×0.3。Box-Behnken試驗因素水平見表1，Box-Behnken試驗安排及結(jié)果見表2。

2.3.2 模型擬合與數(shù)據(jù)分析

利用ANOVA分析效應(yīng)面的回歸參數(shù)，采用Design-Expert8.0軟件對表2的數(shù)據(jù)進(jìn)行二項式回歸擬合分析。經(jīng)F檢驗顯示，總評OD值回歸總模型有統(tǒng)計學(xué)意義（P<0.05）。二項式回歸模型方程Y=75.54+6.48A+3.18B+0.93C-0.28AB+0.49AC-5.84BC-1.01A2-2.49B2-0.31C2，r2=0.9142，表明該二次方程模型擬合程度較好，失擬項不顯著（P=0.123 7），可以對不同條件下的蒲黃干制粒進(jìn)行預(yù)測。此外，模型變異系數(shù)為3.83%，在可接受的范圍內(nèi)?？傇uOD值回歸模型系數(shù)顯著性檢驗見表3。

由表3可以看出，各因素對工藝影響的大小順序為A>B>C，即藥粉含水量、壓片變頻對總評OD值的影響具有統(tǒng)計學(xué)意義，其中藥粉含水量對結(jié)果具有極顯著影響（P<0.001），制粒變頻對總評OD值影響較小。

2.3.3 三維效應(yīng)面和二維等高線圖的繪制與分析

采用Design-Expert8.0軟件，根據(jù)回歸方程分析結(jié)果，繪制總評OD值與壓片變頻、制粒變頻、藥粉含水量的二維等高線圖和三維曲面圖，見圖7～圖9。結(jié)果顯示，藥粉含水量較壓片變頻影響更大，二者比較差異有統(tǒng)計學(xué)意義；藥粉含水量及制粒變頻的交互作用對總評OD值的影響差異無統(tǒng)計學(xué)意義，三維效應(yīng)面的坡度已經(jīng)較為平緩，說明總評OD值對壓片變頻的改變不夠敏感，等高線也非常稀疏，說明此交互作用不是影響效應(yīng)面的主要方面；而壓片變頻與制粒變頻存在交互影響，等高線為橢圓，說明兩因素交互作用顯著。endprint

2.3.4 最佳工藝的計算與驗證

經(jīng)分析可知，蒲黃干法制粒的最佳工藝條件為：藥粉含水量35.0%，壓片變頻27 Hz，制粒變頻15 Hz。在此條件下，總評OD值為85.529 1。按此條件進(jìn)行驗證試驗，結(jié)果蒲黃顆粒平均得率為82.966%，平均脆碎度為9.141%，綜合評分為85.333 9，與理論值相符，表明所建立的模型可靠，具有良好的預(yù)測性，所選工藝條件重現(xiàn)性好。工藝驗證結(jié)果見表4。

3 討論

目前研究多以軋輪壓力、軋輪轉(zhuǎn)速作為影響因素，本研究中的壓力變頻、制粒變頻與之意義相同。試驗用干法制粒機(jī)控制面板中沒有軋輪壓力、軋輪轉(zhuǎn)速項目，均以壓力變頻、制粒變頻顯示。該設(shè)備的壓力及軋輪轉(zhuǎn)速均通過變頻器調(diào)節(jié)，運行穩(wěn)定性更好，軋輪壓力在壓力表中顯示，而壓力表為機(jī)械顯示，人工讀數(shù)誤差大，故本研究以壓力變頻、制粒變頻為影響因素。

Box-Behnken設(shè)計充分考慮到各因素的交互作用，設(shè)計方法簡單，試驗次數(shù)少，在中心點進(jìn)行重復(fù)試驗以提高試驗精度，同時采用非線性模型擬合，復(fù)相關(guān)系數(shù)較高，可信度較好，預(yù)測值更接近真實值，與正交及均勻設(shè)計相比，此方法所得結(jié)果更加直觀，便于分析。

蒲黃為花粉，分散度高，流動性差，易吸濕，直接應(yīng)用局限性大，傳統(tǒng)方法多對其進(jìn)行醇提，難免造成有效成分的浪費，且提取純化過程增加了制劑生產(chǎn)周期和成本，工藝過程復(fù)雜。本研究通過對蒲黃干法制粒工藝的優(yōu)化，制備得到蒲黃顆粒，其流動性、吸濕性、可壓性均較藥粉本身有很大改善，可用于壓片、填充膠囊等。干法制粒工藝過程簡單可行，后續(xù)試驗將所得蒲黃顆粒進(jìn)行壓片，成型性明顯優(yōu)于原藥粉[8]。這種將藥材原粉進(jìn)行干法制粒的工藝，避免了有效成分的損失，簡便可行，特別適用于貴細(xì)藥料及具有滋補(bǔ)保健作用的藥食兩用藥材，可為其產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用提供科學(xué)依據(jù)。

參考文獻(xiàn)：

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（收稿日期：2017-02-27）

（修回日期：2017-05-23；編輯：陳靜）endprint