基于近紅外光譜技術(shù)的砂仁提取物混合工藝研究△

劉燎原，梁志毅*，劉麗萍，鐘如帆

1.廣東一方制藥有限公司，廣東 佛山 528244；2.廣東省中藥配方顆粒企業(yè)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣東 佛山 528244

砂仁為姜科植物陽(yáng)春砂AmomumvillosumLour.、綠殼砂AmomumvillosumLour.var.xanthioidesT.L.Wu et Senjen或海南砂AmomumlongiligulareT.L.Wu的干燥成熟果實(shí)，具有化濕開(kāi)胃、溫脾止瀉、理氣安胎的功效[1]，砂仁揮發(fā)油具有抗?jié)?、促進(jìn)胃腸蠕動(dòng)、胃腸保護(hù)等藥理作用[2]，為砂仁主要有效部位之一。砂仁配方顆粒在生產(chǎn)中需通過(guò)水蒸氣蒸餾法收集揮發(fā)油，揮發(fā)油經(jīng)β-環(huán)糊精包合并干燥后，與砂仁水提浸膏混合均勻后再制粒。為保證砂仁配方顆粒的臨床功效，其中揮發(fā)油β-環(huán)糊精包合物混合均勻度是其重要質(zhì)量指標(biāo)，但砂仁揮發(fā)油類(lèi)成分在β-環(huán)糊精包合物和砂仁提取物中的含量比例非常小，難以通過(guò)一般的檢驗(yàn)手段檢測(cè)提取物的混合均勻性。

傳統(tǒng)的混合均勻度檢測(cè)方法是在混合過(guò)程的不同時(shí)間點(diǎn)，多次暫停混合，于混合器的不同空間位置取樣，通過(guò)物理、化學(xué)或儀器分析方法如高效液相色譜法、氣相色譜法、紫外可見(jiàn)吸收光譜法等檢測(cè)樣品之間的相似程度和變化趨勢(shì)。傳統(tǒng)檢查方法，由于樣品個(gè)數(shù)多、供測(cè)定的樣品制備過(guò)程繁雜、測(cè)定周期長(zhǎng)、且消耗大量的有機(jī)試劑及對(duì)照品，檢測(cè)效率較低；而近紅外光譜法的定性、定量檢測(cè)具有快速、非破壞性、無(wú)試劑分析、無(wú)需對(duì)照品、安全、高效、成本低及同時(shí)測(cè)定多種組分等特點(diǎn)[3]，使其可以對(duì)混料過(guò)程中的物料均勻度進(jìn)行在線檢測(cè)和分析，進(jìn)而應(yīng)用到在線質(zhì)量控制，這一技術(shù)對(duì)中藥原材料的質(zhì)量控制及中藥制藥過(guò)程的實(shí)時(shí)監(jiān)控均有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。且該技術(shù)正在從傳統(tǒng)的植物藥及中藥復(fù)方中個(gè)別有效成分或指標(biāo)性成分的定量檢測(cè)向礦物藥檢測(cè)、中藥提取及制劑過(guò)程實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)發(fā)展，且檢測(cè)對(duì)象正在向多質(zhì)量控制指標(biāo)及安全性檢測(cè)指標(biāo)發(fā)展[4]。

本研究擬采用近紅外光譜法，測(cè)定砂仁提取物中揮發(fā)油β-環(huán)糊精包合物的含量，并計(jì)算各部位的RSD，以此來(lái)判斷提取物的混合均勻程度，從而優(yōu)選砂仁提取物混合工藝。

1 材料

1.1 儀器

傅立葉變換近紅外光譜儀(德國(guó)Bruker Tango)；ME204E萬(wàn)分之一天平(梅特勒-托利多)；HGD-8000固定料斗混合機(jī)(浙江迦南科技股份有限公司)。

1.2 試藥

砂仁水提浸膏粉(批號(hào)分別為T(mén)1605011-1、T1605011-2、T1605011-3，廣東一方制藥有限公司)；砂仁揮發(fā)油β-環(huán)糊精包合物(各批批號(hào)分別為B1605011-1、B1605011-2、B1605011-3，廣東一方制藥有限公司)。

2 方法

2.1 砂仁提取物混合工藝

稱取砂仁水提浸膏粉約1500 kg，砂仁揮發(fā)油β-環(huán)糊精包合物約179 kg，各3份，分別將浸膏粉和揮發(fā)油β-環(huán)糊精包合物裝入混合機(jī)進(jìn)行混合，混合機(jī)轉(zhuǎn)速設(shè)定為5 r·min-1。各批混合物中揮發(fā)油β-環(huán)糊精包合物占比見(jiàn)表1。

表1 各批混合物中揮發(fā)油β-環(huán)糊精包合物占比

2.2 取樣方法

分別在設(shè)備開(kāi)機(jī)混合運(yùn)行到5、10、20、30 min時(shí)，停機(jī)，將取樣器從混合機(jī)的頂部插入，在規(guī)定的取樣部位進(jìn)行取樣，樣品編號(hào)保存。將4個(gè)運(yùn)行時(shí)間的樣品全部取完，編號(hào)，備用。

取樣部位見(jiàn)圖1，ΔS1S4S7為等邊三角形，自S1點(diǎn)垂直向下到接觸錐體斜面處為S3點(diǎn)，S1與S3中間點(diǎn)為S2點(diǎn)，同樣的自S4向下有取樣點(diǎn)S5和S6，自S7向下有取樣點(diǎn)S8和S9。樣品編號(hào)與混合時(shí)間的對(duì)應(yīng)關(guān)系見(jiàn)表2。

注：A.混合機(jī)取樣正視圖；B.混合機(jī)取樣俯視圖；C.混合機(jī)取樣左視圖。圖1 混合機(jī)取樣部位示意圖

表2 樣品編號(hào)與混合時(shí)間對(duì)應(yīng)關(guān)系

2.3 砂仁揮發(fā)油β-環(huán)糊精包合物近紅外模型的建立

2.3.1樣品的制備 精密稱取砂仁水提浸膏粉和砂仁揮發(fā)油β-環(huán)糊精包合物適量，混合均勻，并根據(jù)實(shí)際加入量計(jì)算出砂仁揮發(fā)油β-環(huán)糊精包合物所占比例，即為β-環(huán)糊精包合物含量真實(shí)值。制成樣品共70份，將其分成2組，一組43份作為校正集，其揮發(fā)油β-環(huán)糊精包合物質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0%～19.98%，另一組27份作為驗(yàn)證集，其揮發(fā)油β-環(huán)糊精包合物質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3.42%～17.33%。包合物含量數(shù)據(jù)見(jiàn)表3。

表3 砂仁包合物含量真實(shí)值

2.3.2近紅外光譜的采集 取混合均勻的砂仁提取物，置具塞玻璃樣品瓶中，采用積分球漫反射，采集近紅外光譜。采集條件：以儀器內(nèi)置背景為參比，掃描范圍4000～12 000 cm-1，分辨率8 cm-1，掃描次數(shù)32次，取平均光譜。所得砂仁提取物近紅外光譜圖見(jiàn)圖2。

圖2 砂仁提取物原始NIRS圖

2.3.3模型性能評(píng)價(jià)指標(biāo) 通過(guò)交叉驗(yàn)證的相關(guān)系數(shù)(r)、交叉驗(yàn)證均方差(RMSECV)、相對(duì)分析誤差(RPD)和主成分維數(shù)考察模型性能，選擇合適的光譜范圍及光譜預(yù)處理方法建立定量模型。以r無(wú)限趨近于1，RMSECV越小，評(píng)價(jià)模型性能越好[5]。采用近紅外OPUS7.5分析軟件，自動(dòng)優(yōu)選預(yù)處理方法與光譜范圍，優(yōu)化結(jié)果見(jiàn)表4，預(yù)處理后的光譜圖見(jiàn)圖3。方法1“一階導(dǎo)數(shù)+矢量歸一化”和方法2“一階導(dǎo)數(shù)+MSC”2種處理方法的RMSECV、RPD、光譜范圍、r及維數(shù)結(jié)果均相同，故選擇其中1種處理方法即可。采用“一階導(dǎo)數(shù)+MSC”法對(duì)原始吸收光譜進(jìn)行預(yù)處理，建模的光譜范圍選取7 500.1～5 447.6 cm-1特征波段，維數(shù)選為3，經(jīng)交叉驗(yàn)證r=0.995 5，RMSECV=0.383，RPD=14.9。

2.3.4近紅外定量模型的建立 采用近紅外OPUS7.5分析軟件，選擇2.3.3項(xiàng)下的預(yù)處理方法與光譜范圍。運(yùn)用偏最小二乘(PLS)法建立砂仁揮發(fā)油β-環(huán)糊精包合物定量校正模型，其預(yù)測(cè)值與真實(shí)值相關(guān)圖見(jiàn)圖4。

表4 砂仁揮發(fā)油β-環(huán)糊精包合物模型在不同光譜范圍與預(yù)處理方法下的模型參數(shù)

圖3 砂仁提取物“一階導(dǎo)數(shù)+MSC”處理圖

注：維數(shù)為3；r=0.995 5；RMSECV=0.383；偏移為-0.002 06；RPD為14.9。圖4 揮發(fā)油β-環(huán)糊精包合物定量校正模型預(yù)測(cè)值與真實(shí)值相關(guān)圖

2.3.5近紅外定量模型的驗(yàn)證 將27個(gè)驗(yàn)證集樣品近紅外圖譜導(dǎo)入2.3.4項(xiàng)下所建砂仁揮發(fā)油β-環(huán)糊精包合物定量模型，預(yù)測(cè)其砂仁揮發(fā)油β-環(huán)糊精包合物的含量，并與真實(shí)值進(jìn)行比較，平均相對(duì)偏差為0.98%，平均預(yù)測(cè)回收率為98.22%，在可接受范圍內(nèi)，表明該方法可行。

2.3.6方法學(xué)考察

2.3.6.1精密度試驗(yàn) 取同一供試品(T1605011-3-C8)重復(fù)掃描，按2.3.4項(xiàng)下的方法測(cè)量8次，所得砂仁揮發(fā)油β-環(huán)糊精包合物含量預(yù)測(cè)值的RSD為2.67%，表明該方法精密度良好。

2.3.6.2重復(fù)性試驗(yàn) 取同一批號(hào)供試品(T1605011-3-C8)，分別取6 份樣品，按2.3.4項(xiàng)下的方法采集光譜，所得砂仁揮發(fā)油β-環(huán)糊精包合物含量預(yù)測(cè)值的RSD值為2.34%，表明該方法重復(fù)性良好。

2.3.6.3穩(wěn)定性試驗(yàn) 取同一供試品(T1605011-3-C8)，分別于取樣后0、1、2、3、4、5、6 h，按2.3.4項(xiàng)下的方法采集光譜，所得砂仁揮發(fā)油β-環(huán)糊精包合物含量預(yù)測(cè)值的RSD為2.70%，表明該方法穩(wěn)定性良好。

2.4 砂仁提取物中揮發(fā)油β-環(huán)糊精包合物含量測(cè)定結(jié)果

按2.2項(xiàng)下方法，取砂仁提取物(批號(hào)分別為T(mén)1605011-1、T1605011-2、T1605011-3，每批各36份)供試品共108份，按2.3.4項(xiàng)下的方法掃描測(cè)量，結(jié)果見(jiàn)表5。

表5 砂仁提取物中揮發(fā)油β-環(huán)糊精包合物含量測(cè)定結(jié)果 %

由表可知，砂仁提取物中揮發(fā)油β-環(huán)糊精包合物的含量測(cè)定結(jié)果顯示，3批樣品在混合20 min以后，提取物不同部位中揮發(fā)油β-環(huán)糊精包合物含量測(cè)定的RSD分別為2.48%、3.42%、2.25%，均小于5.0%，說(shuō)明混合均勻，確定砂仁提取物混合工藝為：混合轉(zhuǎn)速5 r·min-1，混合時(shí)間20 min。

3 討論

本研究通過(guò)建立砂仁提取物近紅外含量檢測(cè)模型并進(jìn)行方法學(xué)考察，建立了近紅外光譜快速測(cè)定砂仁提取物中揮發(fā)油β-環(huán)糊精包合物含量檢測(cè)方法，解決了采用高效液相色譜法、氣相色譜法檢測(cè)樣品制備過(guò)程繁雜、測(cè)定周期長(zhǎng)、消耗大量的有機(jī)試劑及對(duì)照品、效率較低的問(wèn)題，提高了測(cè)定效率。

應(yīng)用近紅外光譜技術(shù)建立砂仁提取物中揮發(fā)油β-環(huán)糊精包合物的定量測(cè)定模型，測(cè)定了混合不同時(shí)間砂仁提取物中揮發(fā)油β-環(huán)糊精包合物的含量，確

定了砂仁提取物的混合工藝條件，確保最終產(chǎn)品中各組分分布的均勻性，實(shí)現(xiàn)藥品均一性，同時(shí)可實(shí)現(xiàn)砂仁水提浸膏粉與揮發(fā)油包合物混合的在線均勻度檢測(cè)，提高藥品質(zhì)量的可控性。

隨著分析儀器的不斷改進(jìn)、計(jì)算機(jī)的快速發(fā)展以及數(shù)據(jù)處理方法的應(yīng)用，近紅外光譜憑借其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，發(fā)展成為了一門(mén)獨(dú)立的分析技術(shù)，廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域。近紅外光譜分析技術(shù)在制藥過(guò)程主要環(huán)節(jié)也均有應(yīng)用研究，包括原料藥的質(zhì)量控制、化學(xué)反應(yīng)過(guò)程監(jiān)測(cè)、制劑過(guò)程監(jiān)測(cè)等[6-8]。而其在中藥配方顆粒領(lǐng)域應(yīng)用還鮮有報(bào)道，本研究將近紅外光譜分析技術(shù)應(yīng)用于配方顆粒制備過(guò)程中混合工藝的質(zhì)量控制，為今后近紅外光譜技術(shù)在配方顆粒領(lǐng)域的應(yīng)用提供參考，對(duì)提高配方顆粒生產(chǎn)以及質(zhì)量控制效率具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。