影響直壓乳糖的可壓性因素分析

韋經(jīng)強(qiáng)*，黃玲，張旭光，何玉蓮

湯臣倍健股份有限公司（珠海 519040）

乳糖是一種來自于牛奶中的天然雙糖，共有2種形式，一種是單水乳糖，另一種是無水乳糖。乳糖通常是一種白色結(jié)晶，味甜，具備右旋光性和還原性[1]。其用途包括當(dāng)作粉狀食品吸附色素的分散劑，可降低色素濃度，減少貯藏期間產(chǎn)生的變色現(xiàn)象；基于其吸水性較低與容易壓縮成型的特點(diǎn)，作為壓片的賦形劑來使用；基于其焦糖化溫度遠(yuǎn)低于其他糖類的特點(diǎn)，用于一些烘焙食品，可在烘焙溫度較低的情況下使烘焙食品獲取深度的焦糖色澤；基于其增加香味、防止粘連、降低甜度及防止結(jié)晶等作用，將其用于人造奶油、糖果以及嬰兒食品中。其中，乳糖最為常見也是最為廣泛的一種用法就是用作壓片的賦形劑，作為一種藥用輔料使用。在各種藥用輔料中，乳糖的使用歷史悠久并且使用范圍廣泛，是一種重要的壓片輔料。

為了對乳糖壓片性能進(jìn)行更好的應(yīng)用研究，對直壓乳糖粉體的特性及其可壓性關(guān)系進(jìn)行分析，相關(guān)學(xué)者取得多樣化的研究成果。侶國寧等[2]研究不同壓縮模型在4種粉體輔料壓縮中的應(yīng)用，基于Heckel方程及Kawakita方程分別建立藥物粉體壓縮模型，得到2種模型的適用范圍，并分析模型密度誤差，得出最終適用范圍；楊秋霞等[3]提出直接壓片輔料無水磷酸氫鈣的粉體學(xué)性質(zhì)評價(jià)，對6種直接壓片無水磷酸氫鈣性質(zhì)進(jìn)行評價(jià)，通過對比6組試樣壓縮度及粉體流動(dòng)性、充填性，得出其不同的壓縮特性。

鑒于此，試驗(yàn)探究影響直壓乳糖粉體可壓性的因素，以期在片劑壓片工藝研究開發(fā)及應(yīng)用中，對填充劑直壓乳糖的篩選能更高效地作出判斷與選擇，從而提高壓片工藝研究的效率。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

乳糖種類與來源：一水乳糖（廠家A）、一水乳糖（廠家B）、無水乳糖（廠家C）、無水乳糖（廠家D），4種乳糖分別用A、B、C、D表示。

試劑：硬脂酸鎂（安徽山河藥用輔料股份有限公司）；二氧化硅（湖州展望藥業(yè)有限公司）。

1.2 儀器與設(shè)備

ZP-14旋轉(zhuǎn)式壓片機(jī)（北京新龍立科技有限公司）；YD-35智能片劑硬度儀（天津市鑫洲科技有限公司）；CJY-300C片劑脆碎度測定儀（上海黃海藥檢儀器有限公司）；PT-X細(xì)川綜合測粉儀（Hosokawa Micron Corporation）；AccuPyc 1340真密度儀（麥克默瑞提克（上海）儀器有限公司）；Regulus 8100掃描電子顯微鏡（Hitachi）。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 樣品制備

采用ZP-14旋轉(zhuǎn)式壓片機(jī)，在額定壓力下分別對不同型號(hào)的直壓乳糖進(jìn)行壓片，測定其脆碎度和平均硬度 。

1.3.2 粒子形態(tài)

采用掃描電子顯微鏡測定不同型號(hào)乳糖的粒子形態(tài)[4]。

1.3.3 松密度、振實(shí)密度和Carr指數(shù)

采用PT-X細(xì)川綜合測粉儀，分別測定不同型號(hào)直壓乳糖的松密度和振實(shí)密度。Carr指數(shù)按式（1）計(jì)算。

式中：ρz為振實(shí)密度，g/cm3；ρs為松密度，g/cm3。

1.3.4 真密度和孔隙率[5]

利用AccuPyc 1340真密度儀測定不同型號(hào)直壓乳糖的真密度。按式（2）計(jì)算。

式中：P為孔隙率，%；S為真密度，g/cm3；W為松密度，g/cm3。

1.3.5 抗張強(qiáng)度

采用ZP-14旋轉(zhuǎn)式壓片機(jī)，分別測定不同型號(hào)乳糖在不同壓力下的抗張強(qiáng)度[6]。具體方法是在壓片后24 h對直壓乳糖粉體的尺寸，包括厚度和直徑及硬度進(jìn)行測定，從而對其抗張強(qiáng)度按式（3）進(jìn)行計(jì)算[7]。

式中：T為抗張強(qiáng)度，MPa；fc為硬度，kg/cm2；h為直壓乳糖粉體的厚度，cm；d為直壓乳糖粉體的直徑，cm。

2 結(jié)果與分析

2.1 壓片結(jié)果

使用ZP-14旋轉(zhuǎn)式壓片機(jī)，在額定壓力下分別對不同型號(hào)的直壓乳糖進(jìn)行壓片，壓片結(jié)果如表1所示。

表1 壓片結(jié)果

結(jié)果表明，同等壓力條件下，硬度最好的配方為A，最差的為B。從壓片的硬度結(jié)果可以看出4種直壓乳糖的可壓縮成形性的能力順序?yàn)锳＞C＞D＞B。

2.2 抗張強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果

抗張強(qiáng)度能夠代表直壓乳糖粉體的成形性，越高的抗張強(qiáng)度代表其成形性越好，也就是可壓性越好。對4種不同型號(hào)的直壓乳糖進(jìn)行抗張強(qiáng)度的試驗(yàn)，獲得的4種直壓乳糖粉體在壓力不同情況下的抗張強(qiáng)度[8]試驗(yàn)數(shù)據(jù)具體如圖1所示。

根據(jù)圖1的4種直壓乳糖粉體在壓力不同情況下的抗張強(qiáng)度試驗(yàn)數(shù)據(jù)可知，一水乳糖（廠家A）與無水乳糖（廠家C）的抗張強(qiáng)度始終較高；無水乳糖（廠家D）與一水乳糖（廠家B）的抗張強(qiáng)度則始終較低。其中，一水乳糖（廠家A）的抗張強(qiáng)度最高；一水乳糖（廠家B）的抗張強(qiáng)度最低。

圖1 不同壓力情況下的抗張強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果

因此，4種直壓乳糖粉體的可壓性關(guān)系為A＞C＞D＞B。這與壓片后測定片子硬度的結(jié)果一致。

2.3 影響可壓性的因素分析

粉體的可壓性與其物理的特性有著密切關(guān)系[9]，對4種不同型號(hào)的直壓乳糖進(jìn)行物理特性參數(shù)測定，從流動(dòng)性、外觀形態(tài)、粒徑分布和孔隙率等方面分析其對可壓性的影響。

2.3.1 流動(dòng)性對可壓性的影響分析

粉體流動(dòng)性常用Carr指數(shù)體現(xiàn)[10]，Carr指數(shù)越大流動(dòng)性越差，Carr指數(shù)越小流動(dòng)性越好。對4種不同型號(hào)的直壓乳糖進(jìn)行堆密度、振實(shí)密度的測定[11]，計(jì)算其Carr指數(shù)，測定結(jié)果與壓片硬度關(guān)系如表2所示。

結(jié)果表明，不同型號(hào)的直壓乳糖的Carr指數(shù)均小于25%，整體來說直壓乳糖的流動(dòng)性較好[12]，在試驗(yàn)中4種直壓乳糖Carr指數(shù)與壓片硬度值顯示，Carr指數(shù)越小，可壓性對應(yīng)越好。

2.3.2 孔隙率對可壓性的影響分析

從粉體的壓縮成型原理分析，粉體在受到一定壓縮力的作用下，使顆粒間產(chǎn)生重排、形變，通過顆粒間的嵌合作用形成具有一定抗張強(qiáng)度的結(jié)構(gòu)。而粉體的孔隙率與粉體的松密度相關(guān)，松密度小的粉體總孔隙率較大，壓片時(shí)有更多的形變空間，可壓縮的幅度越大，片劑的抗張強(qiáng)度大[13-14]。

對不同型號(hào)直壓乳糖進(jìn)行測定松密度和真密度[15]，計(jì)算出對應(yīng)的孔隙率，測定數(shù)據(jù)如表3所示。

根據(jù)表3的測定結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，樣品A的孔隙率最大，相應(yīng)的壓片硬度值也最大，而樣品B的孔隙率最小，片子硬度最小。可見，4種不同型號(hào)直壓乳糖的可壓性與其孔隙率的大小呈正相關(guān)。

2.3.3 粒子形態(tài)對可壓性的影響分析

影響粉末可壓性的因素有粒子形態(tài)、粒徑大小、顆粒硬度、含水量、壓制速度等。粒子形態(tài)的不一樣，粒子在受壓制過程中產(chǎn)生的形變程度、嵌合能力也不一樣，導(dǎo)致其可壓縮性也不一樣。

對4種不同型號(hào)的直壓乳糖進(jìn)行200 μm電鏡掃描，獲取相應(yīng)的形態(tài)電鏡掃描圖像[16-18]，電鏡掃描影像如圖2所示。

圖2 200 μm形態(tài)電鏡掃描影像

結(jié)果表明，物料A、C、D的粒子表觀形態(tài)為多孔類圓形不規(guī)則塊狀或球形結(jié)構(gòu)，其表面孔隙較多，比表面積較大，在壓制過程中多孔嵌合的力度較大，以致對應(yīng)的可壓性相對較好。其中，物料A與C、D相比，粒徑分布較均勻，形狀不規(guī)則類圓形塊狀，孔隙較多，在壓制過程中體現(xiàn)出更高的可壓性。物料B的表觀形態(tài)為棱角鮮明的相對光滑的塊狀，孔隙較少，可壓性最差。

3 結(jié)論與討論

通過試驗(yàn)對4種直壓乳糖進(jìn)行壓片，結(jié)果表明，A可壓性最好，C、D可壓性其次，B可壓性最差。對直壓乳糖的粉體特征進(jìn)行測定，分析發(fā)現(xiàn)其可壓性與粉體流動(dòng)性存在一定的相關(guān)性，流動(dòng)性越好，對應(yīng)的可壓性越好；粉體的孔隙率越大，可壓性越好；同時(shí)，乳糖粉體的表觀形態(tài)為多孔隙不規(guī)則狀時(shí)，可壓性會(huì)更好。由于不同直壓乳糖粉體的特性對可壓性存在一定影響，在片劑配方設(shè)計(jì)過程中需要根據(jù)具體情況選擇合適的乳糖作為填充劑輔料，使其更好地發(fā)揮自身作用，更好地被應(yīng)用于片劑壓片輔料中。但是，影響片劑可壓性的因素不僅局限于填充劑輔料，乳糖作為常用的填充劑輔料，在實(shí)際應(yīng)用過程中，應(yīng)結(jié)合配方原料及其他輔料進(jìn)行篩選使用。