健胃消食片浸膏真空帶式干燥工藝與粉體物性相關(guān)性分析

喬 培，楊凌宇，李詒光，馬曉娟，張 民，吳志峰，白 樂

（江中藥業(yè)股份有限公司，江西 南昌 330000）

真空帶式干燥具有自動化程度高，干燥溫度低、連續(xù)化生產(chǎn)等優(yōu)點(diǎn)[4-5]，有關(guān)真空帶式干燥與中藥浸膏粉的研究報(bào)道主要表現(xiàn)在真空帶式干燥工藝與中藥浸膏及其制劑質(zhì)量等方面研究[6-11]，而關(guān)于真空帶式干燥與中藥浸膏粉體物性指標(biāo)之間關(guān)系的報(bào)道尚不多見[12-13]，尤其關(guān)于真空帶式干燥與中藥浸膏粉的物性指標(biāo)相關(guān)性及主成分分析的研究尚未見報(bào)道。本研究以健胃消食片原藥材提取濃縮液為模型藥物，通過Plackeet-Burmann 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)（簡稱PBD）研究真空帶式干燥關(guān)鍵工藝參數(shù)，探討分析浸膏粉體物性指標(biāo)特性及干燥工藝與浸膏粉物性質(zhì)量的相關(guān)性，旨在為真空帶式干燥制備中藥浸膏粉的研究提供參考和依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

1.1.1 儀器 籃式提取設(shè)備（楚天科技股份有限公司）；MJ-NS-3 型超低溫濃縮機(jī)（上海敏杰制藥機(jī)械有限公司）；MJY5-2 型真空帶式干燥機(jī)（上海敏杰制藥機(jī)械有限公司）；CEM SMART 6 型微波水分測量儀（培安中國技術(shù)公司）；BT-1000 型粉體綜合特性測定儀（丹東百特儀器有限公司）；Mastersizer 3000型激光粒度儀（英國馬爾文儀器有限公司）；TA.XT Plus 型物性測試儀（英國Stable Micro Systems 公司）。

1.1.2 材料 太子參、山楂、陳皮、炒麥芽均購于亳州市中信中藥飲片廠，經(jīng)江中藥業(yè)股份有限公司諶瑞林主任中藥師鑒定均符合《中國藥典》2020 年版（一部）相關(guān)項(xiàng)下要求。

1.2 方法

1.2.1 健胃消食片原藥材提取濃縮液制備及干燥

根據(jù)《中國藥典》2020 年版（一部）健胃消食片處方稱取各藥材，加入提取設(shè)備中提取，提取液于60℃下減壓濃縮至相對密度為1.15（60℃）的樣品，保存?zhèn)溆谩?/p>

設(shè)定好真空帶式干燥機(jī)的各加熱區(qū)溫度、進(jìn)料速度、真空度、干燥時間等參數(shù)，待各參數(shù)達(dá)到設(shè)定值后，將浸膏經(jīng)加料泵吸入設(shè)備，由布料機(jī)將物料均勻的涂布在傳送帶上，加熱介質(zhì)(飽和蒸汽或過熱水)通過加熱板將熱量傳遞給履帶上的物料，使物料中的水分直接汽化為水蒸氣，物料依次經(jīng)過各加熱區(qū)，物料中的水分被蒸發(fā)，物料在冷卻區(qū)內(nèi)冷卻，通過冷卻區(qū)后物料溫度降低，變脆，干燥后的產(chǎn)品從輸送帶上剝落，經(jīng)鍘斷后落入粉碎裝置，粉碎后即得到干燥松脆的產(chǎn)品。

①炎癥因子水平：超敏C反應(yīng)蛋白（hs-CRP）。②治療前后檢測兩組患者的24 h尿微量白蛋白和24 h尿蛋白定量。

1.2.2 Plackeet-Burmann 實(shí)驗(yàn) 采用Minitab 17 軟件，以進(jìn)料速度（A）、履帶速度（B）、1 區(qū)加熱溫度（C）、藥液相對密度（D）、2 區(qū)加熱溫度（E）、3 區(qū)加熱溫度（F）為自變量，采用PBD 實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)由六因素，高水平（＋1）和低水平（－1）組成，共12 組實(shí)驗(yàn)，各因素水平見表1。對浸膏粉得率（R）［計(jì)算方法如公式（1）］和含水量（MC）采用歸一化法處理[14]，通過多元數(shù)據(jù)回歸分析，篩選真空帶式干燥的關(guān)鍵工藝參數(shù)。

表1 PBD 實(shí)驗(yàn)與結(jié)果Tab. 1 Experiment and results of PBD

1.2.3 物性指標(biāo)測定方法 根據(jù)粉體的物理特性，選取均一性、填充性、流動性和穩(wěn)定性4 個一級指標(biāo)考察中藥浸膏粉物性[15-16]，包括12 個二級物性指標(biāo)，具體見表2。

表2 浸膏粉物性指標(biāo)構(gòu)成Tab. 2 Composition of physical indexes of extract powder

（1） 粒徑分布測定方法 取待測浸膏粉約1.0 g，置于 Mastersizer 3000 激光粒度儀干法測定器中，以空氣為分散媒介，測定粉體的粒徑及粒徑分布。以 d0.1、d0.5、 d0.9表征粉體的粒徑，并計(jì)算粒徑分布寬度（Span）和范圍（Width），Span ＝ （d0.9-d0.1）/d0.5，Width ＝ d0.9- d0.1。

（2） 含水量（MC）和休止角（θr）測定方法

取待測浸膏粉約2.0 g，置于微波水分測定儀中測定含水量；采用BT-1000 型粉體綜合特性測定儀按照休止角θr的測定方法測定浸膏粉的休止角θr。

（3） 密度、壓縮度、豪斯納比率及粉體間孔隙率測定方法 采用BT-1000 型粉體綜合特性測定儀，按照松裝密度和振實(shí)密度測定方法分別測定浸膏粉的松密度（ρb）和振實(shí)密度（ρt）。壓縮度（Cp）、豪斯納比率（HR）、粉體間孔隙率（Ie）均由松密度（ρb）和振實(shí)密度（ρt）計(jì)算而得。壓縮度的計(jì)算公式為Cp＝（ρt－ρb）/ρt；豪斯納比率（HR）的計(jì)算公式為HR ＝ρt/ ρb；粉體間孔隙率（Ie）的計(jì)算公式為Ie＝（ρt－ρb）/（ρt× ρb）。

（4） 吸濕率（H） 取干燥具塞玻璃稱量瓶，置于溫度（25 ± 1）℃、相對濕度（80 ± 2）%的干燥器中飽和24 h，精密稱定質(zhì)量m1。取適量粉體，平鋪于上述稱量瓶中，厚度約為1 mm，稱定質(zhì)量m2。將稱量瓶敞口與瓶蓋同置于上述恒溫條件下，待吸濕達(dá)到平衡，稱定質(zhì)量m3。計(jì)算平衡吸濕率（H），H ＝（m3－m2）×100% /（m2－m1）。

（5） 內(nèi)聚力指數(shù)（CI） 取待測浸膏粉約20.0 g，置于TA.XT Plus 型物性測試儀中，測定粉體的內(nèi)聚力指數(shù)，內(nèi)聚力指數(shù)可以反映物料的黏性。

1.2.4 數(shù)據(jù)處理 采用IBM. SPSS Statistics 21.0 軟件對制備的12 組浸膏粉的8 個物性指標(biāo)進(jìn)行Pearson相關(guān)性分析，P ＜0.05 表示差異顯著，P ＜0.01 表示差異極顯著，P ＞0.05 表示無顯著性差異；對12個物性指標(biāo)進(jìn)行主成分分析，通過分析浸膏粉物性指標(biāo)主成分的特征值和貢獻(xiàn)率，對浸膏粉粉體的物性質(zhì)量進(jìn)行綜合評價[17]。

2 結(jié)果與分析

2.1 真空帶式干燥關(guān)鍵工藝參數(shù)

采用Minitab 17 軟件設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，記錄各組浸膏粉的得粉率（R）和含水量（MC），采用歸一化法計(jì)算OD 值，作為其響應(yīng)值，結(jié)果見表1。通過多元回歸分析進(jìn)行相應(yīng)的數(shù)據(jù)分析，其回歸模型如公式（2）所示，該模型的P 值是0.015，小于0.05，結(jié)果見表3，決定系數(shù)是0.914 0，表明響應(yīng)值的實(shí)際值與預(yù)測值具有較好的擬合度。通過方差分析，進(jìn)料速度、1 區(qū)加熱溫度和3 區(qū)加熱溫度的P 值分別為0.006、0.022、0.012，均小于0.05，而其它因素的P 值均大于0.05，表明進(jìn)料速度、1 區(qū)加熱溫度和3 區(qū)加熱溫度對OD值影響顯著，而其它因素對其影響不顯著。

表3 PBD 實(shí)驗(yàn)方差分析結(jié)果Tab. 3 Variance analysis results of PBD experiment

2.2 真空帶式干燥關(guān)鍵工藝參數(shù)與浸膏粉物性指標(biāo)的相關(guān)性

結(jié)合PBD 實(shí)驗(yàn)方差分析的3 個干燥工藝的關(guān)鍵因素（進(jìn)料速度、1 區(qū)加熱溫度和3 區(qū)加熱溫度），通過SPSS 21.0 軟件對真空帶式干燥制成的12 組浸膏粉的物性指標(biāo)數(shù)據(jù)按照高水平和低水平2 組參數(shù)水平進(jìn)行t 檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)分析，結(jié)果見表4。由表4 可知，從進(jìn)料速度因素考察，2 組參數(shù)水平的物性指標(biāo)Width、ρb和ρt比較，差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P ＜0.05）；物性指標(biāo)d0.5、MC 和H 比較，差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P ＜0.05），表明進(jìn)料速度對物性指標(biāo)Width、ρb、ρt、d0.5、MC 和H 均存在較大影響。從1區(qū)加熱溫度因素考察，2 組參數(shù)水平的12 個物性指標(biāo)比較，差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P ＞0.05）。從3 區(qū)加熱溫度因素考察，2 組參數(shù)水平的12 個物性指標(biāo)比較，差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P ＞0.05）。

表4 關(guān)鍵因素參數(shù)的浸膏粉物性指標(biāo)t 檢驗(yàn)結(jié)果Tab. 4 t test results of physical properties of extract powder with key factor parameters PBD experiment

2.3 浸膏粉物性指標(biāo)相關(guān)性分析

對帶式干燥不同參數(shù)條件下制成的12 組浸膏粉的直接測定的8 個物性指標(biāo)進(jìn)行Pearson 相關(guān)性分析，結(jié)果見表5。MC 與θr、ρt、CI 及d0.5呈顯著正相關(guān)，與H 呈極顯著負(fù)相關(guān)，表明浸膏粉MC 影響浸膏粉的θr、ρt、CI、d0.5和H ；d0.5與ρb、ρt、Width呈極顯著正相關(guān)，與H 呈極顯著負(fù)相關(guān)，表明浸膏粉d0.5影 響 浸 膏 粉 的ρb、ρt、Width 和H ；Width 與ρb、ρt呈極顯著正相關(guān)，與H 呈顯著負(fù)相關(guān)，表明浸膏粉Width 影響浸膏粉的ρb、ρt和H。

表5 不同干燥參數(shù)制成的浸膏粉物性指標(biāo)的相關(guān)性分析Tab. 5 Correlation analysis of physical properties of extract powder with different drying parameters

2.4 浸膏粉物性指標(biāo)主成分分析

對不同干燥參數(shù)制成的12 組浸膏粉的12 個物性指標(biāo)原始數(shù)值經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化處理后進(jìn)行主成分分析。由表6 可知，初始特征值大于1 的主成分有三個，且這三個主成分的方差貢獻(xiàn)率之和在85%以上，即代表性較大，其余成分的初始特征值均趨于平坦且數(shù)值小于1，即代表性較小。粉體物性指標(biāo)前三個主成分的方差貢獻(xiàn)率分別為53.503%、24.210%、10.930%，累積方差貢獻(xiàn)率為88.643%，也可看出三個主成分具有顯著代表性。

表6 浸膏粉物性指標(biāo)主成分的方差貢獻(xiàn)率Tab. 6 Variance contribution rate of principal components of physical properties of extract powder

浸膏粉物性指標(biāo)的主成分載荷矩陣結(jié)果見表7，可反映各主成分對浸膏粉物性指標(biāo)的影響程度。由表7 可知，對第一主成分產(chǎn)生正向影響的物性指標(biāo)主要有MC、ρb、ρt、d0.5和Width。其中d0.5的載荷數(shù)最大，數(shù)值為0.966，其次為ρb，數(shù)值為0.949。Ie的載荷數(shù)較高，但對第一主成分產(chǎn)生負(fù)向影響。結(jié)合表5相關(guān)性分析，d0.5可作為第一主成分的代表指標(biāo)，是評價浸膏粉物性質(zhì)量的核心指標(biāo)。

對第二主成分產(chǎn)生正向影響的物性指標(biāo)主要有MC、θr和CI，對第二主成分正向影響最大的是θr，載荷數(shù)為0.861。第三主成分正向影響的指標(biāo)主要有Span 和d0.5，以Span 的載荷數(shù)最大，載荷數(shù)為0.948。

由表7 可知，對三個主成分均產(chǎn)生負(fù)向影響的物性指標(biāo)是H，表明H 越小越好。而MC 在3 個主成分中則產(chǎn)生不同程度的正影響，表明浸膏粉的MC與H 存在一定制約性和平衡性。由表5 可知，MC 與H 呈極顯著負(fù)相關(guān)，與θr、ρt、CI、d0.5呈顯著正相關(guān)，表明MC 在一定程度上對浸膏粉的θr、ρt、CI、d0.5產(chǎn)生正影響。因此，MC 也是評價浸膏粉物性質(zhì)量的核心指標(biāo)。

表7 浸膏粉物性指標(biāo)的主成分載荷矩陣Tab. 7 Principal component load matrix of physical properties of extract powder

圖1 浸膏粉物性指標(biāo)的主成分載荷圖Fig. 1 Principal component loading diagram of physical properties of extract powder

載荷圖表示原始變量的空間關(guān)系，由圖1 可知，部分物性指標(biāo)呈現(xiàn)一定聚類趨勢，如粒徑指標(biāo)d0.5、Width 與密度指標(biāo)ρb、ρt較為聚集， 物性指標(biāo)Cp、HR、Ie與Span 距離較近，且該 2 類指標(biāo)第一主成分方向上呈負(fù)相關(guān)性， 說明粒徑小或細(xì)粉含量多的浸膏粉的壓縮性較差。對于流動性指標(biāo)而言，θr、CI 與MC 聚集，與ρb、H 在第二主成分方向呈負(fù)相關(guān)，說明ρb和H 越大的浸膏粉流動性較差。

2.5 浸膏粉物性指標(biāo)綜合評價

通過求特征向量系數(shù)值構(gòu)建三個主成分的函數(shù)表達(dá)式，可得三個函數(shù)表達(dá)式：

Z1、Z2、Z3分別代表第一、第二、第三，三個主成分的特征向量權(quán)重值。

三個表達(dá)式中，X1為MC、X2為θr、X3為ρb、X4為ρt、X5為Cp、X6為HR、X7為Ie，X8為CI、X9為d0.5、X10為Span、X11為Width、X12為H，由方差貢獻(xiàn)率和主成分函數(shù)表達(dá)式求綜合評價函數(shù)可得：F ＝0.550Z1＋0.215Z2＋0.119Z3。

根據(jù)主成分綜合評價函數(shù)值可知不同干燥參數(shù)制成的12 組浸膏粉的物性指標(biāo)綜合得分和排序結(jié)果（表8），綜合得分在前二位的是第10 組和第5 組浸膏粉。

表8 不同干燥參數(shù)制成的浸膏粉主成分因子得分Tab. 8 Principal component factor score of extract powder with different drying parameters

根據(jù)表7 可知，對第一主成分的正向影響最為顯著的指標(biāo)有d0.5和ρb，結(jié)合表8 可知，d0.5和ρb均排在前二位的浸膏粉是第10 組和第5 組。因此，第10組和第5 組浸膏粉在第一主成分上得分最高。綜合表8，可知第10 組浸膏粉及第5 組浸膏粉得分排前二位且第一主成分的方差貢獻(xiàn)率最大，因此，這兩組浸膏粉的物性指標(biāo)綜合評價也在前兩位，表明兩組浸膏粉的物性質(zhì)量整體較好。

由PBD 試驗(yàn)設(shè)計(jì)分析可知，1 區(qū)加熱溫度和3 區(qū)加熱溫度對得粉率（R）和含水量（MC）具有顯著影響（P ＜0.05），進(jìn)料速度對二者呈極顯著影響（P ＜0.01）；結(jié)合表8 可知，主成分得分排名前三的第10組、第5 組和第7 組的浸膏粉，其進(jìn)料速度均為13 Hz，表明進(jìn)料速度對浸膏粉的物性指標(biāo)影響較大；結(jié)合表4 可知，進(jìn)料速度對物性指標(biāo)Width、ρb、ρt、d0.5、MC 和H 均存在較大影響，兩者結(jié)果較為一致。

3 討論

影響真空帶式干燥效果的主要工藝參數(shù)包括加熱系統(tǒng)溫度（分3 個加熱區(qū)）、履帶速度、進(jìn)料速度、浸膏初始含水率、真空度、浸膏進(jìn)料溫度和冷卻段溫度等。不同的設(shè)備、不同的研究模型及不同的評價指標(biāo)研究所得出的關(guān)鍵工藝因素存在差異，如采用真空帶式干燥對地黃葉總苷浸膏干燥產(chǎn)物進(jìn)行研究，對含水率的影響程度最大的關(guān)鍵因素為履帶速度[4]。本研究通過Plackeet-Burmann 設(shè)計(jì)分析得出影響浸膏粉得率和含水量的真空帶式干燥的3 個關(guān)鍵因素為進(jìn)料速度、1 區(qū)加熱溫度和3 區(qū)加熱溫度，其中具有明顯影響的關(guān)鍵因素為進(jìn)料速度。

中藥浸膏粉是一類含有多種化學(xué)成分、構(gòu)成體系復(fù)雜的特殊粉體，其濃縮液干燥過程影響浸膏粉的性狀指標(biāo)、理化指標(biāo)和物性指標(biāo)等。本研究從物性指標(biāo)考慮，選取了表征浸膏粉的均一性、流動性、填充性和穩(wěn)定性的12 個物性指標(biāo)，通過對物性指標(biāo)相關(guān)性分析可知，表征不同特性的物性指標(biāo)之間存在相關(guān)性，間接說明浸膏粉粉體均一性、填充性和流動性和穩(wěn)定性之間也存在相關(guān)性，同一物性指標(biāo)可以影響浸膏粉粉體多種物性特性。

4 結(jié)論

通過Plackeet-Burmann 設(shè)計(jì)分析，進(jìn)料速度、1 區(qū)加熱溫度和3 區(qū)加熱溫度為處方提取濃縮液真空帶式干燥的關(guān)鍵影響因素。通過浸膏粉物性指標(biāo)相關(guān)性和主成分分析，進(jìn)料速度對浸膏粉的物性指標(biāo)影響較大，d0.5和MC 是評價浸膏粉物性質(zhì)量的核心指標(biāo)。真空帶式干燥工藝對中藥浸膏粉物性質(zhì)量具有較大影響，本研究在干燥工藝關(guān)鍵影響因素層面研究浸膏粉物性指標(biāo)可能存在局限性，后期應(yīng)增加不同模型藥物，結(jié)合干燥工藝及參數(shù)范圍優(yōu)化對浸膏粉物性指標(biāo)進(jìn)行深入分析研究。