基于系統(tǒng)建模思想的腦心通膠囊中丹酚酸B近紅外定量建模

高瑞琳，楊鵬碩，許 剛，武曉文，楊 暢，史新元*

1. 北京中醫(yī)藥大學(xué)中藥學(xué)院，北京 102488 2. 陜西步長(zhǎng)制藥有限公司，陜西 西安 710075

引 言

腦心通膠囊為黃芪、赤芍、丹參、全蝎、水蛭等16味藥材粉碎加工制成的中藥復(fù)方制劑，具有益氣活血、化瘀通絡(luò)的功效，臨床上治療心腦血管疾病具有顯著療效[1]。目前，腦心通膠囊的質(zhì)量控制主要采用指紋圖譜分析及指標(biāo)成分丹酚酸B定量分析的方法[2]，檢測(cè)過程繁瑣費(fèi)時(shí)，且難以實(shí)現(xiàn)腦心通膠囊制劑過程中間體的快速評(píng)價(jià)和質(zhì)量控制。

近年來(lái)，近紅外光譜(near-infrared spectroscopy，NIR)分析技術(shù)憑借其快速、可靠、無(wú)損、環(huán)保等優(yōu)勢(shì)，在中藥材、中藥制劑[3]、中藥生產(chǎn)過程以及藥物質(zhì)量快速評(píng)價(jià)[4]中得到日益廣泛的應(yīng)用[5]。穩(wěn)健可靠的定量模型是近紅外技術(shù)成功應(yīng)用的前提和保證。常規(guī)近紅外定量建模過程采用逐步優(yōu)化的思路[6]，這樣的建模思路并未充分考慮建模參數(shù)間的關(guān)聯(lián)性對(duì)模型性能的影響，致使定量模型的質(zhì)量存在風(fēng)險(xiǎn)[7]。系統(tǒng)建模思想[7]將建模過程看作一個(gè)整體，將樣本集選擇、光譜預(yù)處理、變量篩選、校正等作為要素，基于要素間的關(guān)聯(lián)性對(duì)建模參數(shù)軌跡進(jìn)行全局優(yōu)選，采用最優(yōu)參數(shù)軌跡構(gòu)建模型，保障了模型質(zhì)量。本研究基于這一思想，采用D-最優(yōu)設(shè)計(jì)以關(guān)鍵建模參數(shù)為自變量，模型評(píng)價(jià)指標(biāo)為因變量，基于參數(shù)間關(guān)聯(lián)性進(jìn)行多次建模試驗(yàn)，根據(jù)定量建模結(jié)果擬合預(yù)測(cè)模型，以最優(yōu)模型性能為目標(biāo)對(duì)建模參數(shù)軌跡進(jìn)行全局優(yōu)選，優(yōu)選出最佳參數(shù)軌跡，建立了穩(wěn)健的丹酚酸B偏最小二乘法(partial least square，PLS)定量模型，為腦心通膠囊生產(chǎn)過程及產(chǎn)品的快速質(zhì)量評(píng)價(jià)提供有效方法。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 儀器

Antaris傅里葉變換近紅外光譜儀(美國(guó)Thermo Nicolet公司)配備InGaAs檢測(cè)器，積分球漫反射采樣系統(tǒng)，Result操作軟件；Agilent 1260型高效液相色譜儀(美國(guó)安捷倫科技公司)；Agilent Eclipse XDB-C18色譜柱(5 μm，4.6 mm×250 mm)；拜杰高速多功能粉碎機(jī)BJ-400A型，BP211D型電子天平(德國(guó)賽多利斯科學(xué)儀器有限公司)。

1.2 材料與試劑

乙腈(色譜純，批號(hào)175157，賽默飛世爾科技(中國(guó))有限公司)，蒸餾水(廣州屈臣氏食品飲料有限公司)，甲醇(分析純，批號(hào)20170515，北京化工廠)，丹酚酸B(上海源葉生物科技有限公司，純度≥98%，批號(hào)P10J9F52565)。丹參藥材由陜西步長(zhǎng)制藥有限公司提供。將丹參藥材隨機(jī)編號(hào)，粉碎，過六號(hào)篩，低溫干燥后備用。

1.3 丹酚酸B的含量測(cè)定

1.3.1 色譜條件

采用Agilent Eclipse XDB-C18色譜柱(5 μm，4.6 mm×250 mm)，流動(dòng)相為乙腈(A)和0.1%磷酸水溶液(B)，梯度洗脫(0～20 min，23%A；20～25 min，23%～95%A；25～35 min，95%～23%A；35～40 min，23%A)，檢測(cè)波長(zhǎng)286 nm，流速1.0 mL·min-1，柱溫30 ℃，進(jìn)樣量10 μL。

1.3.2 對(duì)照品溶液制備

精密稱取丹酚酸B對(duì)照品適量，加80%甲醇配制成濃度為2.002 mg·mL-1對(duì)照品溶液。

1.3.3 供試品溶液制備

取樣品細(xì)粉約0.5 g，精密稱定，置于具塞錐形瓶中，精密加入80%的甲醇50 mL，稱定重量，超聲提取30 min，放冷后，再稱定重量，用80%甲醇補(bǔ)足減失的重量，搖勻，濾過，取續(xù)濾液，即得。

1.3.4 方法學(xué)考察

1.3.4.1 線性關(guān)系考察

精密量取丹酚酸B對(duì)照品溶液0.05，0.25，1.0，2.0和2.5 mL，分別用80%甲醇稀釋于5 mL容量瓶中，即得各系列濃度對(duì)照品溶液。對(duì)照品溶液進(jìn)樣10 μL，測(cè)定峰面積，作為線性關(guān)系考察。

1.3.4.2 精密度、穩(wěn)定性、重復(fù)性、加樣回收率考察

精密吸取丹酚酸B對(duì)照品溶液，重復(fù)進(jìn)樣6次，測(cè)定丹酚酸B峰面積值，作為精密度考察；取同一份供試品溶液，分別于制備后0，2，4，8，12和24 h進(jìn)樣分析，測(cè)定丹酚酸B峰面積值，作為穩(wěn)定性考察；精密稱取同一批丹參樣品6份，按照1.3.3節(jié)所述方法制備供試品溶液，進(jìn)樣分析，測(cè)定丹酚酸B含量，作為重復(fù)性考察；精密稱取6份已知含量的丹參樣品約0.3 g，分別精密加入對(duì)照品溶液3.5 mL，按供試品制備方法制備，進(jìn)樣分析，測(cè)定丹酚酸B峰面積，作為回收率考察。

1.3.5 樣品測(cè)定

分別精密吸取對(duì)照品和供試品溶液10 μL注入液相色譜儀，記錄40 min色譜圖。見圖1。

圖1 對(duì)照品(a)和丹參樣品(b)的HPLC圖

1.4 近紅外漫反射光譜采集

以積分球漫反射方式采集近紅外光譜，光譜采集范圍為4 000～10 000 cm-1，分辨率8 cm-1，掃描32次，增益8，以儀器內(nèi)置背景為參照，對(duì)56份丹參樣品進(jìn)行光譜采集，每份樣品重復(fù)測(cè)定3次，取其平均光譜作為丹參各樣品的近紅外光譜。丹參樣品的原始近紅外光譜圖見圖2。

圖2 丹參樣品的原始近紅外光譜圖Fig.2 The raw spectra of Salvia miltiorrhiza samples

1.5 數(shù)據(jù)處理

運(yùn)用Unscrambler7.0(挪威CAMO公司)軟件對(duì)光譜進(jìn)行預(yù)處理。采用Matlab7.0(美國(guó)Mathwork公司)軟件進(jìn)行變量篩選及模型計(jì)算。

1.6 建模參數(shù)及評(píng)價(jià)指標(biāo)確定

1.7 基于D-最優(yōu)試驗(yàn)設(shè)計(jì)的參數(shù)軌跡優(yōu)選及模型建立

表1 D-最優(yōu)試驗(yàn)設(shè)計(jì)因素水平表Table 1 Experimental factor levels and response variables for the D-optimal design

2 結(jié)果與討論

2.1 HPLC的方法學(xué)考察

依據(jù)1.3.4節(jié)所述方法對(duì)系列對(duì)照品溶液進(jìn)行含量測(cè)定，以濃度(mg·mL-1)為橫坐標(biāo)，峰面積為縱坐標(biāo)繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線，計(jì)算得標(biāo)準(zhǔn)曲線為y=11 712x-124.35，相關(guān)系數(shù)R2=0.999 9，表明丹酚酸B對(duì)照品濃度在0.020 0～1.001 0 mg·mL-1的范圍內(nèi)線性關(guān)系良好；精密度考察中各對(duì)照品峰面積的RSD為0.80%，表明儀器的精密度良好；穩(wěn)定性考察中供試品丹酚酸B峰面積的RSD為0.95%，表明供試品溶液在24 h內(nèi)穩(wěn)定性良好；重復(fù)性考察測(cè)得供試品中丹酚酸B的含量分別為0.065 42，0.066 48，0.067 19，0.066 38，0.065 38和0.066 21 mg·mg-1，RSD為1.04%，表明方法的重復(fù)性良好；測(cè)得丹酚酸B的回收率處于99%～103%范圍內(nèi)，RSD為1.38%，表明方法準(zhǔn)確度良好。方法學(xué)考察結(jié)果表明，線性關(guān)系、精密度、穩(wěn)定性、重復(fù)性及加樣回收率均符合要求，表明丹酚酸B含量測(cè)定方法可靠。

2.2 D-最優(yōu)設(shè)計(jì)方案及結(jié)果

根據(jù)D-最優(yōu)試驗(yàn)設(shè)計(jì)因素水平表設(shè)計(jì)進(jìn)行55次試驗(yàn)，按照試驗(yàn)表中建模參數(shù)軌跡建立定量模型，并對(duì)模型的性能進(jìn)行評(píng)價(jià)。D-最優(yōu)試驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果見表2。由表2可知，不同的建模參數(shù)軌跡構(gòu)建的PLS定量模型在性能方面表現(xiàn)出顯著的差異。因此可以看出，優(yōu)選最佳建模參數(shù)對(duì)于構(gòu)建穩(wěn)健的定量模型尤為重要。

表2 D-最優(yōu)試驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果Table 2 Experimental results of D-optimal design

續(xù)表2

2.3 丹酚酸B定量模型的建模參數(shù)軌跡優(yōu)選

表3 模型擬合與分析結(jié)果Table 3 Model fitting and analysis results

2.4 定量模型的建立與評(píng)價(jià)

3 結(jié) 論

基于系統(tǒng)建模思想，采用科學(xué)系統(tǒng)的D-最優(yōu)設(shè)計(jì)以關(guān)鍵建模參數(shù)為自變量，模型評(píng)價(jià)指標(biāo)為因變量，基于參數(shù)間的關(guān)聯(lián)性進(jìn)行多次建模試驗(yàn)。試驗(yàn)充分考察了建模參數(shù)間協(xié)同關(guān)系對(duì)模型性能的影響，以最優(yōu)模型性能為目標(biāo)優(yōu)選出最佳的建模參數(shù)軌跡，構(gòu)建了全局最優(yōu)的丹酚酸B近紅外定量模型。該模型的穩(wěn)健性和預(yù)測(cè)準(zhǔn)確度高，可實(shí)現(xiàn)丹酚酸B含量的快速測(cè)定，為高效、快速、無(wú)損地獲取腦心通膠囊中丹酚酸B含量提供保證，對(duì)腦心通膠囊的質(zhì)量控制具有重要意義。

圖3 丹酚酸B含量預(yù)測(cè)值與真實(shí)值相關(guān)關(guān)系圖Fig.3 Correlation between the prediction and reference values of salvianolic acid B