基于響應(yīng)面法優(yōu)選消炎抗菌顆粒的成型工藝

楊素琴，范 亞，黃玉瑩，向梅先

中南民族大學(xué)藥學(xué)院，湖北 武漢430074

消炎抗菌顆粒作為三甲醫(yī)院的純中藥制劑，在臨床上使用多年，對(duì)上呼吸道感染、菌痢、胃腸炎和尿路感染治療效果顯著，受到了廣大患者的充分肯定與好評(píng)。該制劑主要由黃芩［1］、地榆［2］以及石榴皮［3］等構(gòu)成。雖然消炎抗菌顆粒療效確切，副作用少，但其存在制備工藝粗放，成型率不高、質(zhì)控技術(shù)落后、使用范圍極其有限等不足；并且中藥浸膏粉中一些成分對(duì)水、熱很敏感，在生產(chǎn)、運(yùn)輸和貯存過程中顆粒容易吸潮，藥物質(zhì)量不穩(wěn)定?；诖耍狙芯繉?duì)顆粒的成型工藝［4-5］進(jìn)行了研究，首先通過單因素試驗(yàn)法，優(yōu)選顆粒制劑的輔料、潤(rùn)濕劑乙醇的濃度以及顆粒的干燥溫度；然后使用響應(yīng)面星點(diǎn)設(shè)計(jì)［6-8］優(yōu)化該顆粒劑的成型工藝，并對(duì)優(yōu)化的成型工藝條件進(jìn)行了驗(yàn)證，以期篩選出最佳輔料構(gòu)成和最佳制備工藝條件，提高顆粒的成型率，增加顆粒的流動(dòng)性，提高質(zhì)量穩(wěn)定性，同時(shí)期望能為將來開發(fā)新藥提供技術(shù)支持。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 儀器與材料

1.1.1 儀器 標(biāo)準(zhǔn)檢驗(yàn)篩（GB6003，浙江上虞市五四紗篩廠），電子天平（JJ223BF，常熟市雙杰測(cè)試儀器廠），數(shù)控超聲波清洗器（KQ-500DE，昆山市超聲儀器有限公司），真空干燥箱（DZF-6090，上海精宏實(shí)驗(yàn)設(shè)備有限公司），電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱（101-0AB型，天津市泰斯特儀器有限公司）。

1.1.2 材料 環(huán)糊精（國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司，20180911），可溶性淀粉（國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司，20180513），甘露醇（國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司，20180602），微晶纖維素（國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司，20180607），乳糖（國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司，20180715），蔗糖（國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司，20181003），浸膏粉為實(shí)驗(yàn)室自制；其它試劑均為分析純。

1.2 方法

1.2.1 消炎抗菌顆粒的制備 將干浸膏加入一定比例的乙醇、環(huán)糊精，充分混勻，制備成“輕握成團(tuán)，壓之即散”的軟材后，使用孔徑830μm篩進(jìn)行制粒，將其均勻平鋪在烘盤中，放入干燥箱中進(jìn)行干燥，溫度為50℃，顆粒干燥后取出，整粒，則得消炎抗菌顆粒。

1.2.2 消炎抗菌顆粒的評(píng)價(jià)方法 該顆粒劑的評(píng)價(jià)方法依據(jù)2015年版《中國(guó)藥典》，從溶化性、粒度、水分等幾個(gè)方面為指標(biāo)來進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。

1.2.3 輔料的選擇 稱取5份5 g已恒重的浸膏粉，分別加入一定比例的不同輔料（乳糖、可溶性淀粉、微晶纖維素、環(huán)糊精、蔗糖）中，充分混勻，并過孔徑180μm篩；加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)60%的乙醇作為潤(rùn)濕劑制軟材，然后擠出制粒，將得到的濕顆粒置于45～55℃的干燥箱中，干燥后整粒。然后對(duì)該顆粒進(jìn)行溶化率、吸濕性能和成型率評(píng)價(jià)，同時(shí)測(cè)定其休止角，結(jié)合以上4項(xiàng)指標(biāo)得到綜合評(píng)分。其綜合評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)如下：

綜合評(píng)分=成型率×70%+溶化率×15%+

吸濕率×10%+休止角×5%吸濕率：0%為100分，≥10%為0分；休止角：≤20°為100分，≥30°為0分。

1.2.4 潤(rùn)濕劑的選擇 中藥浸膏具有黏性，一般選取乙醇作為潤(rùn)濕劑。故本顆粒劑選取不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的乙醇作為潤(rùn)濕劑并考察其與顆粒劑成型性之間的關(guān)系。按照“1.2.3”方法，將比為1∶3的中藥浸膏粉與優(yōu)選輔料混合，分別加入不同濃度的乙醇進(jìn)行制粒［9］，然后綜合評(píng)價(jià)，選取評(píng)分最高的潤(rùn)濕劑濃度，即為本制劑的最佳潤(rùn)濕劑用量。

1.2.5 顆粒劑成型工藝星點(diǎn)設(shè)計(jì) 為驗(yàn)證本顆粒劑的最佳成型工藝，本研究采用了三因素五水平響應(yīng)面星點(diǎn)設(shè)計(jì)［10］方法，其響應(yīng)面星點(diǎn)設(shè)計(jì)因素水平見表1。

表1 考察因素及設(shè)計(jì)水平Tab.1 Examining factors and design level

1.2.6 成型率 其成型率依據(jù)2015版《中國(guó)藥典》，稱取顆粒30 g（m1），手動(dòng)篩分，收集能通過五號(hào)篩且不能通過一號(hào)篩的顆粒及粉末，稱定其重量（m2），計(jì)算其成型率［11］。

1.2.7 吸濕率 稱取一定量恒重的制劑顆粒均勻平鋪于稱量瓶底部，將其放置在裝有過飽和NaCl溶液（已預(yù)飽和24 h）且相對(duì)濕度為75%的玻璃干燥器中。同時(shí)在25℃恒溫條件下放置24 h后進(jìn)行稱重，計(jì)算其吸濕率［12］。

1.2.8 溶化率 精密稱取消炎抗菌顆粒0.25 g放至已干燥至恒重的5 mL離心管中，加入5 mL沸水，振搖5 min，而后離心15 min，棄上清液；在80℃下，把殘?jiān)稍镏梁阒睾?，精密稱定，計(jì)算溶化率［13］，計(jì)算公式如下：

1.2.9 休止角 其休止角的計(jì)算采用固定漏斗法。首先，在鐵架臺(tái)上將3只漏斗串聯(lián)同時(shí)固定好，最底部的漏斗口下端與坐標(biāo)紙的距離（H）為3 cm，沿著最上方漏斗壁將顆粒倒入，當(dāng)最底部漏斗口下端與坐標(biāo)紙上圓錐體尖端的顆粒相接觸時(shí)停止倒入顆粒，顆粒圓錐底部的半徑（R）利用坐標(biāo)紙進(jìn)行測(cè)算，計(jì)算其休止角α［14］，計(jì)算公式如下：

1.2.10 顆粒成型工藝驗(yàn)證 基于響應(yīng)面法，利用Design-Expert8.0軟件進(jìn)行分析以得到最佳工藝條件，在此基礎(chǔ)上，利用平行實(shí)驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證，考察綜合評(píng)分，以檢驗(yàn)最佳工藝條件的可行性。

1.2.11 顆粒臨界相對(duì)濕度 因中藥顆粒易吸潮，為了選擇合適的制備環(huán)境條件，本研究對(duì)消炎抗菌顆粒的臨界相對(duì)濕度進(jìn)行了考察。將已制好且干燥至恒重的消炎抗菌顆粒均勻平鋪于已干燥至恒重的稱量瓶的底部，精密稱量后，將其分別放置于6個(gè)密閉干燥器中（裝有不同濃度的硫酸和不同鹽的過飽和溶液），25℃恒溫條件下保存24 h，對(duì)其進(jìn)行精密稱量，計(jì)算其吸濕百分率，其公式如下［15］：

2 結(jié)果與討論

2.1 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

2.1.1 輔料的選擇 輔料的選擇如表2所示，然后采用比較試驗(yàn)進(jìn)行篩選，結(jié)果如下：

由表2可知，在5種輔料中，綜合4個(gè)方面進(jìn)行評(píng)價(jià)，環(huán)糊精綜合評(píng)分最高，達(dá)到67.13%，因此選取環(huán)糊精作為消炎抗菌顆粒的稀釋劑來進(jìn)行制備。

表2 輔料的綜合評(píng)分（n=3）Tab.2 Comprehensive scores of excipients（n=3）

2.1.2 潤(rùn)濕劑的選擇 采用比較試驗(yàn)，以顆粒成型率，吸濕率，溶化率及休止角為指標(biāo)綜合評(píng)分，對(duì)本顆粒劑潤(rùn)濕劑的濃度進(jìn)行優(yōu)選。當(dāng)乙醇的濃度為40%～80%時(shí)，其綜合評(píng)分較高，結(jié)果如表3所示。

表3 潤(rùn)濕劑的綜合評(píng)分（n=3）Tab.3 Comprehensive scores of wetting agent（n=3）

2.1.3 響應(yīng)面星點(diǎn)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果 為了篩選出最佳物料比構(gòu)成，采用響應(yīng)面星點(diǎn)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)對(duì)其進(jìn)行優(yōu)選，以顆粒成型率，吸濕率，溶化率及休止角為綜合評(píng)分指標(biāo)，選擇綜合評(píng)分最高的輔料作為本制劑的制備條件，其結(jié)果如表4所示。

表4中的數(shù)據(jù)使用Design-Expert8.0進(jìn)行回歸擬合，以回歸模型的復(fù)相關(guān)系數(shù)、標(biāo)準(zhǔn)方差、殘差平方和、調(diào)整復(fù)相關(guān)系數(shù)、預(yù)測(cè)復(fù)相關(guān)系數(shù)為指標(biāo)，選取最佳的回歸模型［16］。當(dāng)表4的數(shù)據(jù)進(jìn)行三項(xiàng)式擬合時(shí)，模型才具有顯著性，故采用三項(xiàng)式擬合，除去其中不顯著項(xiàng)，得其擬合方程：

在圖1中，A代表物料比，B代表潤(rùn)濕劑的濃度，C表示干燥溫度。圖1（a）、（b）反映了各因素交互作用對(duì)響應(yīng)值的影響。由圖1（a）可知，當(dāng)物料比一定時(shí)，隨著潤(rùn)濕劑濃度的增加，綜合評(píng)分呈現(xiàn)先上升后降低的趨勢(shì)；潤(rùn)濕劑濃度一定時(shí)，隨著物料比例的增加，綜合評(píng)分呈現(xiàn)上升的趨勢(shì)。當(dāng)浸膏與輔料質(zhì)量比為1∶2.29～1∶2.58，潤(rùn)濕劑乙醇質(zhì)量分?jǐn)?shù)為51.75%～61.65%時(shí)，綜合評(píng)分最高，所以選擇該比例范圍進(jìn)一步優(yōu)選。圖1（b）中，當(dāng)物料比一定時(shí)，隨著干燥溫度的升高，綜合評(píng)分呈現(xiàn)先上升后降低的趨勢(shì)；當(dāng)干燥溫度一定時(shí)，隨著物料比的增加，綜合評(píng)分呈現(xiàn)上升的趨勢(shì)。當(dāng)浸膏與輔料質(zhì)量比為1∶2.29至1∶2.58，顆粒的干燥溫度為48.45℃至61.65℃時(shí)，綜合評(píng)分最高。而后本研究進(jìn)行了最優(yōu)功能預(yù)測(cè)，預(yù)測(cè)指標(biāo)如表5所示：

表4 響應(yīng)面星點(diǎn)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果（n=3）Tab.4 Experimental results of responsesurface and central composite design（n=3）

圖1 影響綜合評(píng)分因素的響應(yīng)面圖：（a）物料比和潤(rùn)濕劑濃度，（b）物料比和干燥溫度Fig.1 Response surface diagrams of influence factors on comprehensive score：（a）material ratio and wetting agent concentration，（b）material ratio and drying temperature

表5 最優(yōu)化功能預(yù)測(cè)結(jié)果Tab.5 Results of optimization function prediction

通過采用Design-Expert8.0軟件的最優(yōu)化功能，得到接近或達(dá)到目標(biāo)響應(yīng)值的幾個(gè)組合，從這幾個(gè)組合中挑選出本制劑綜合評(píng)分最高的組合，即最優(yōu)組合，其中m（浸膏）∶m（輔料）=1∶2.54，潤(rùn)濕劑為質(zhì)量分?jǐn)?shù)59.08%的乙醇，干燥溫度為48.78℃時(shí)，綜合評(píng)分最高。而實(shí)際生產(chǎn)中乙醇濃度及干燥溫度無法精確到小數(shù)點(diǎn)后兩位，故選取質(zhì)量比1∶2.54的浸膏與輔料，質(zhì)量分?jǐn)?shù)60%的乙醇，其干燥溫度為50℃作為最佳制劑成型工藝。

2.1.4 顆粒成型工藝的驗(yàn)證結(jié)果 基于2.1.3優(yōu)選的條件，進(jìn)行6次平行試驗(yàn)，并對(duì)顆粒進(jìn)行綜合評(píng)分，同時(shí)計(jì)算預(yù)測(cè)值與實(shí)際值的誤差。

表6 驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)結(jié)果Tab.6 Verified experimental results

如表5所示，本制劑預(yù)測(cè)的綜合評(píng)分是85.94，而由表6可知：平行實(shí)驗(yàn)的平均綜合評(píng)分為84.92，其SD=（85.94-84.92）/85.94=1.2%，與預(yù)測(cè)值誤差較小。由此可知，本試驗(yàn)消炎抗菌顆粒成型工藝的模型是可靠的，并具有一定的可行性。故本試驗(yàn)優(yōu)選的消炎抗菌顆粒成型工藝條件為：m（浸膏）：m（環(huán)糊精）=1∶2.54，潤(rùn)濕劑為質(zhì)量分?jǐn)?shù)60%的乙醇，其干燥溫度為50℃。

2.1.5 臨界相對(duì)濕度 將表7的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行作圖：其中橫坐標(biāo)表示相對(duì)濕度（relative humidity，RH），縱坐標(biāo)表示吸濕率，以曲線兩端的端點(diǎn)作為切點(diǎn)，作兩條切線，臨界相對(duì)濕度為兩條切線相交的點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的橫坐標(biāo)值為66%，如圖2所示。

表7 顆粒吸濕率Tab.7 Moisture absorption of particles

由圖2可知，66%約為消炎抗菌顆粒的臨界相對(duì)濕度，因此控制臨界相對(duì)濕度在66%以下為消炎抗菌顆粒制備和貯存條件。

圖2 臨界相對(duì)濕度曲線Fig.2 Curves of critical relativehumidity

2.2 結(jié)果與討論

本研究是基于優(yōu)選的消炎抗菌顆粒的提取工藝參數(shù)，進(jìn)一步優(yōu)選消炎抗菌顆粒最佳成型工藝條件而設(shè)計(jì)的相關(guān)研究?jī)?nèi)容。輔料是藥物制劑的必要成分，不同的輔料對(duì)顆粒的外觀、穩(wěn)定性、成型性和吸濕性都有較大的影響。因此，篩選出最佳的輔料構(gòu)成是制劑研究非常重要的內(nèi)容及過程。本制劑對(duì)常見的5種輔料進(jìn)行了篩選，并從休止角、成型率、溶化率、吸濕率作為綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)，選出了綜合評(píng)分最高的環(huán)糊精作為本顆粒劑的稀釋劑。

中藥浸膏中有的成分具有較強(qiáng)的吸濕性，對(duì)制劑的穩(wěn)定性影響很大。中藥浸膏粉又具有一定的黏性，若潤(rùn)濕劑選擇水，可能會(huì)導(dǎo)致浸膏結(jié)塊，最終導(dǎo)致制粒困難，故在試驗(yàn)時(shí)選用乙醇作為本制劑的潤(rùn)濕劑，并對(duì)不同濃度乙醇的制粒效果進(jìn)行了考察，本研究的結(jié)果表明乙醇濃度為40%～80%時(shí)制備的顆粒較佳。

在本試驗(yàn)中，通過單因素試驗(yàn)法優(yōu)選輔料與浸膏之比、潤(rùn)濕劑濃度范圍，但是單因素試驗(yàn)的方法不能全面地進(jìn)行優(yōu)選，故采用星點(diǎn)設(shè)計(jì)結(jié)合響應(yīng)面的方法來優(yōu)選最佳的制劑成型工藝條件。本研究以乙醇濃度、輔料與藥物浸膏粉的比例、干燥溫度作為影響因素，以綜合評(píng)分來評(píng)價(jià)消炎抗菌顆粒的最佳制備工藝參數(shù)，并采用Design-Expert8.0軟件進(jìn)行回歸擬合，其方程為：Y=71.50+14.30A-1.63B-0.55C-5.48AB-3.96AC-4.14A2+1.10B2-13.29AB2+1.91B3（F=21.07，P＜0.01）。由此可知，AB、AC之間有明顯的交互作用。物料比不宜過大，當(dāng)浸膏：環(huán)糊精=1∶2.54時(shí)，軟材適中；潤(rùn)濕劑濃度過大，可能導(dǎo)致物料黏度過大，顆粒成型率不高，流動(dòng)性不好；顆粒含水量太高，容易結(jié)塊，但干燥溫度過于干燥，顆粒難以維持其形態(tài)。故確定消炎抗菌顆粒最佳制劑成型工藝為m（浸膏）：m（環(huán)糊精）=1∶2.54，潤(rùn)濕劑選取質(zhì)量分?jǐn)?shù)60%的乙醇，顆粒的干燥溫度為50℃。在以上條件下進(jìn)行了6批樣品的平行驗(yàn)證試驗(yàn)，由其結(jié)果可知，該顆粒制備工藝穩(wěn)定且可行，故該條件可作為該制劑的最佳輔料構(gòu)成和成型工藝制備條件。

中藥顆粒劑易吸潮，為了滿足顆粒劑生產(chǎn)和儲(chǔ)存條件，本研究考察了本制劑的臨界相對(duì)濕度的范圍，為該制劑的制備環(huán)境及儲(chǔ)存條件提供科學(xué)依據(jù)。根據(jù)本研究實(shí)驗(yàn)結(jié)果，發(fā)現(xiàn)當(dāng)臨界相對(duì)濕度在66%以下的時(shí)候，顆粒制備能夠順利進(jìn)行，且存儲(chǔ)時(shí)不產(chǎn)生吸潮、黏連、結(jié)塊的情況，故確定臨界相對(duì)濕度在66%為消炎抗菌顆粒的制備和存儲(chǔ)環(huán)境條件。

3 結(jié) 論

由上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知：消炎抗菌顆粒成型工藝的最佳制備條件：以環(huán)糊精作為稀釋劑，且浸膏與環(huán)糊精的質(zhì)量比為1∶2.54，潤(rùn)濕劑為質(zhì)量分?jǐn)?shù)60%的乙醇，干燥溫度為50℃，其制備與貯存的環(huán)境條件臨界相對(duì)濕度在66%以下。該條件經(jīng)過驗(yàn)證，證明條件可行且產(chǎn)品的質(zhì)量滿足《中國(guó)藥典》2015版規(guī)定顆粒劑的評(píng)價(jià)指標(biāo)要求。