正交試驗(yàn)法優(yōu)化多種維生素礦物質(zhì)片可壓性

羅碧青，陳強(qiáng)，黃玲，張旭光，蔡良平

湯臣倍健股份有限公司（珠海 519040）

多種維生素礦物質(zhì)片具有補(bǔ)充多種人體必需的維生素、礦物質(zhì)的保健功能。隨著大眾健康意識(shí)增強(qiáng)，維生素礦物質(zhì)保健品越來越受到人民的青睞，特別是孕婦群體的推崇。維生素A對(duì)維持孕婦和胎兒的健康有重要作用[1-2]，但由于維生素A結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定[3-4]，在片劑生產(chǎn)過程中，不可避免地受到光、氧、濕、熱等因素的影響而發(fā)生降解導(dǎo)致含量下降，例如試驗(yàn)研究的多種維生素礦物質(zhì)片，在工藝優(yōu)化前，成品經(jīng)過3個(gè)月的加速試驗(yàn)后，維生素A（以視黃醇計(jì)）的實(shí)際含量?jī)H有理論含量的70%，經(jīng)試驗(yàn)確認(rèn)，壓片壓力過高是維生素A含量下降的主要原因。張炳等[5]研究表明，降低復(fù)合維生素片的壓片壓力，能緩解維生素A降解，但如何改善多種維生素礦物質(zhì)片的可壓性，則鮮有文獻(xiàn)提及。試驗(yàn)以碳酸鈣、碳酸鎂、微晶纖維素等多種物料為原料，通過單因素試驗(yàn)及正交試驗(yàn)，對(duì)處方進(jìn)行優(yōu)化，改善物料可壓性，減少壓片過程對(duì)維生素A醋酸酯微囊的破壞，提高維生素A的穩(wěn)定性，改善產(chǎn)品質(zhì)量。

1 材料與方法

1.1 材料、試劑與儀器

重質(zhì)碳酸鈣（上海諾成藥業(yè)股份有限公司）；碳酸鎂（遼寧興海制藥有限公司）、麥芽糊精（保齡寶生物股份有限公司）；微晶纖維素（安徽山河藥用輔料股份有限公司）；羧甲淀粉鈉（曲阜市天利藥用輔料有限公司）；低取代羥丙基纖維素（安徽山河藥用輔料股份有限公司）；交聯(lián)羧甲基纖維素鈉（J.Rettenmaier）；共聚唯酮（美國(guó)國(guó)際特品公司）；羥丙纖維素（Ashland Specialty Ingredients）；聚維酮K30（安徽山河藥用輔料股份有限公司）；二氧化硅（山東聊城阿華制藥股份有限公司）；硬脂酸鎂（安徽山河藥用輔料股份有限公司）；預(yù)混料A（自制，成分包括富馬酸亞鐵、天然維生素E醋酸酯粉、檸檬酸鋅、煙酰胺、D-泛酸鈣、維生素B2、生物素）；預(yù)混料B（自制，成分包括維生素A粉、維生素C鈉、維生素D3粉、維生素B12、維生素B6、維生素B1、葉酸，其中維生素A粉為丹麥巴斯夫生產(chǎn)的維生素A醋酸酯微囊）。

HE5S型快速水分測(cè)定儀（METTLER）；BT-1001型智能粉體特性測(cè)試儀（丹東百特儀器有限公司）；P3030型高速壓片機(jī)[菲特（南京）壓片機(jī)械有限公司]；ZP-14型旋轉(zhuǎn)式壓片機(jī)（北京新龍立科技有限公司）；YD-4型片劑硬度測(cè)試儀（天津鑫洲科技有限公司）；CJY-300C型片劑脆碎度測(cè)定儀（上海黃海藥檢儀器有限公司）；BJ-2型崩解儀（天津市國(guó)銘醫(yī)藥設(shè)備有限公司）。

1.2 原始生產(chǎn)工藝

多種維生素礦物質(zhì)片的原始生產(chǎn)處方見表1。

表1 多種維生素礦物質(zhì)片的原始生產(chǎn)處方

將預(yù)混物料A、麥芽糊精、羧甲淀粉鈉、重質(zhì)碳酸鈣、碳酸鎂混合均勻后，用聚維酮K30溶液為黏合劑，制成水分含量為1.75%±0.25%的顆粒，過2.0 mm篩網(wǎng)整粒后，與預(yù)混物料B、微晶纖維素、二氧化硅、硬脂酸鎂混合均勻后壓制成片，包衣。

1.3 評(píng)價(jià)指標(biāo)確立

該品的素片片重為1.256 g/片，使用橢圓形模具壓片，后續(xù)還要進(jìn)行包衣，因此對(duì)素片質(zhì)量有嚴(yán)格的要求，包括外觀、硬度、脆碎度及崩解時(shí)限在內(nèi)的多項(xiàng)指標(biāo)要符合標(biāo)準(zhǔn)。為保障維生素A的穩(wěn)定性，還要求壓至規(guī)定的硬度時(shí)，所需壓片壓力符合標(biāo)準(zhǔn)，且越低越好，具體評(píng)價(jià)指標(biāo)見表2。

表2 片劑成型指標(biāo)評(píng)價(jià)

1.4 工藝優(yōu)化試驗(yàn)

粉末直接壓片工藝被認(rèn)為是對(duì)各功效成分最友好的片劑生產(chǎn)工藝[6]，該工藝對(duì)物料最基本的要求是具有良好的流動(dòng)性及可壓性。該品的功效成分物料在處方中的占比為77.57%，按表1配制的物料混合物的休止角為60.24°，物料流動(dòng)性差[7]，不適合使用粉末直接壓片工藝。限制該品采用粉末直接壓片工藝的原因是占比最高的重質(zhì)碳酸鈣流動(dòng)性太差。經(jīng)預(yù)試驗(yàn)確認(rèn)，將重質(zhì)碳酸鈣與麥芽糊精、聚維酮K30以100∶10∶1的質(zhì)量比進(jìn)行一步造粒后，流動(dòng)性能得到顯著改善，使得該品能以類似于粉末直接壓片的工藝進(jìn)行生產(chǎn)，因此，項(xiàng)目的重點(diǎn)在于輔料的篩選。二氧化硅、硬脂酸鎂是最常用的助流劑、潤(rùn)滑劑，用量極低，在此不作研究，維持原處方用量即可。該品的基礎(chǔ)配方表如表3所示，剩余13.2%的輔料空間，用于分配填充劑、崩解劑及黏合劑。擬通過單因素試驗(yàn)篩選輔料的種類，再用正交試驗(yàn)確認(rèn)各輔料的最佳添加量。

表3 基礎(chǔ)配方表

1.4.1 填充劑的篩選

原處方中的麥芽糊精和微晶纖維素因具有良好的流動(dòng)性，是粉末直接壓片工藝中常用的填充劑。麥芽糊精具有較大的黏性，可使片子表面光滑。微晶纖維素因其內(nèi)部特殊的中空多孔纖維結(jié)構(gòu)而具有良好的可壓性[8]。為提高物料可壓性，保留部分麥芽糊精用于改善重質(zhì)碳酸鈣的流動(dòng)性，剩余的麥芽糊精，擬用微晶纖維素替代，按表4進(jìn)行試驗(yàn)確認(rèn)。

表4 填充劑的篩選 單位：%

1.4.2 崩解劑的篩選

該品原處方中的崩解劑羧甲淀粉鈉因性價(jià)比高而得到廣泛的使用，但該物料可壓性較差，有文獻(xiàn)資料顯示，低取代羥丙基纖維素作為崩解劑，同時(shí)具有改善物料可壓性的作用[9-10]。交聯(lián)羧甲基纖維素鈉作為超級(jí)崩解劑，同時(shí)也具有黏合劑的作用，可改善可壓性。因此，崩解劑從三者中進(jìn)行挑選。

表5 崩解劑的篩選 單位：%

1.4.3 黏合劑的篩選

重質(zhì)碳酸鈣、碳酸鎂等礦物質(zhì)成分可壓性差，原工藝由于將包括所有礦物質(zhì)成分在內(nèi)的物料（占比86.41%）都進(jìn)行制粒，所需要的黏合劑用量較大，此項(xiàng)工藝優(yōu)化只需要對(duì)碳酸鈣進(jìn)行制粒（包括輔料共計(jì)50.35%），因此，將多余的聚維酮K30改為外加，或以共聚維酮[11]、羥丙纖維素[12]替代。

表6 黏合劑的篩選 單位：%

1.4.4 正交試驗(yàn)

采用正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)，篩選出最優(yōu)的輔料用量組合，在單因素試驗(yàn)結(jié)果的基礎(chǔ)上，對(duì)處方中的填充劑（A）、崩解劑（B）及黏合劑（C）的添加量，按照L9(33)正交表進(jìn)行篩選。每個(gè)試驗(yàn)方案中，三者物料的總和≤13.2%，不足13.2%的用麥芽糊精補(bǔ)足。

1.4.5 驗(yàn)證性試驗(yàn)

將優(yōu)選處方在生產(chǎn)車間進(jìn)行小試放大，并與原始生產(chǎn)工藝進(jìn)行對(duì)比，按照表2評(píng)價(jià)處方的成型性。

1.4.6 穩(wěn)定性考察

將小試放大批次包衣后，按擬市售包裝形式包裝后，進(jìn)行3個(gè)月的加速試驗(yàn)考察，并與對(duì)照品一起比較質(zhì)量變化情況，包括感官指標(biāo)、水分、崩解時(shí)間、維生素A的含量。

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素試驗(yàn)結(jié)果

從表7結(jié)果可知，包括原始配方在內(nèi)的7個(gè)處方，片子外觀、硬度、脆碎度，崩解時(shí)間及片重差異，都符合質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，但各處方的可壓性有較明顯的差異。雖然微晶纖維素、交聯(lián)羧甲基纖維素鈉、低取代羥丙基纖維素、共聚唯酮及羥丙纖維素對(duì)改善該品可壓性有一定作用，但改善程度均未達(dá)到預(yù)期。

表7 單因素考察結(jié)果

從處方0和處方1、處方2的對(duì)比可確認(rèn)，增加麥芽糊精的添加量后，物料可壓性降低，難以成型，而增加微晶纖維素添加量，物料可壓性改善明顯，且與麥芽糊精相比，微晶纖維素能加速崩解，故宜用微晶纖維素為填充劑。

從處方0、處方3及處方4的對(duì)比數(shù)據(jù)可知，在相同用量情況下，崩解效果最好的是交聯(lián)羧甲基纖維素鈉，羧甲淀粉鈉與低取代羥丙基纖維素的崩解性能相當(dāng)，但交聯(lián)羧甲基纖維素鈉和低取代羥丙基纖維素均有較顯著的改善可壓性作用，且兩者差異較小，鑒于該品的崩解時(shí)間總體較短，選擇性價(jià)比較高的低取代羥丙基纖維素為崩解劑。

黏合劑可改善物料可壓性，但通常對(duì)片子的崩解有負(fù)面影響。根據(jù)處方0與處方5、處方6的壓片結(jié)果對(duì)比可知，共聚維酮與羥丙纖維素作為黏合劑，能明顯改善物料可壓性，且兩者的改善作用差異很小，但共聚唯酮對(duì)片子的崩解無明顯的遲滯，與羥丙纖維素相比，還有成本優(yōu)勢(shì)。

因此，該品的填充劑、崩解劑、黏合劑分別選用微晶纖維素、低取代羥丙基纖維素、共聚維酮。

2.2 正交試驗(yàn)結(jié)果

根據(jù)單因素試驗(yàn)結(jié)果，微晶纖維素（A）的3個(gè)水平設(shè)定為5.2%，5.7%和6.2%，低取代羥丙基纖維素（B）的3個(gè)水平分別是3.0%，3.3%和3.6%，共聚維酮（C）的3個(gè)水平是3.0%，3.2%和3.4%。在單因素試驗(yàn)考察中，各方案的片子外觀、崩解時(shí)限、脆碎度都符合既定標(biāo)準(zhǔn)且差異較小，因此，正交試驗(yàn)中只以壓片壓力為考察指標(biāo)，正交試驗(yàn)方案及結(jié)果見表8。

表8 正交試驗(yàn)結(jié)果

由正交試驗(yàn)結(jié)果可見，降低處方的壓片壓力，對(duì)壓片壓力影響排序?yàn)槲⒕Юw維素添加量（A）＞低取代羥丙基纖維素添加量（B）＞共聚維酮添加量（C），最優(yōu)方案是A3B2C3，即微晶纖維素6.2%，低取代羥丙基纖維素3.3%，共聚維酮3.4%。經(jīng)試驗(yàn)確認(rèn)，A3B2C3壓力為16.1 kN，低于正交試驗(yàn)結(jié)果中的最低壓力17.2 kN，是最優(yōu)方案。

2.3 驗(yàn)證性試驗(yàn)結(jié)果

在最優(yōu)方案中，微晶纖維素，低取代羥丙基纖維素及共聚維酮的總和僅12.9%，故將對(duì)改善可壓性最有效的微晶纖維素用量由6.2%增加至6.5%，按此配方再進(jìn)行中試，混合后物料水分檢測(cè)值為1.5%，休止角為26.24°，用菲特P3030壓片機(jī)安裝雙頭沖進(jìn)行壓片，與按照原始生產(chǎn)工藝制作的水分2.6%、休止角22.10°的物料進(jìn)行壓片對(duì)比，確認(rèn)此工藝優(yōu)化達(dá)到改善物料可壓性的目的，具體數(shù)據(jù)如表9所示。

表9 驗(yàn)證性試驗(yàn)結(jié)果

2.4 穩(wěn)定性試驗(yàn)考察結(jié)果

將成品及用原始工藝生產(chǎn)的對(duì)照品進(jìn)行3個(gè)月的加速試驗(yàn)，考察結(jié)果見表10。經(jīng)工藝優(yōu)化的試驗(yàn)批次，質(zhì)量更加穩(wěn)定，維生素A的含量較對(duì)照品高，且未出現(xiàn)明顯的崩解遲緩。維生素A醋酸酯因其分子中不穩(wěn)定的雙鍵結(jié)構(gòu)，易受鐵、鋅、鎂等金屬離子的影響而降解[13]，微囊化的包埋技術(shù)處理，可以隔絕外界不良環(huán)境因素的影響，提高穩(wěn)定性[14]，但壓片時(shí)過高的壓力，破壞微囊結(jié)構(gòu)，使維生素A醋酸酯暴露，過高的水分含量，改變片芯的pH，進(jìn)一步加速不良因素對(duì)維生素A醋酸酯的破壞。物料可壓性改善后，維生素A醋酸酯的微囊結(jié)構(gòu)保持狀況較好，且片芯水分降低，有效提高了維生素A醋酸酯的穩(wěn)定性。崩解時(shí)間未明顯隨穩(wěn)定性試驗(yàn)進(jìn)程而延長(zhǎng)，可能是因?yàn)楣簿畚ㄍc聚維酮K30相比，加入了乙烯醋酸酯基團(tuán)，降低聚合物的Tg值，降低引濕性所致。

表10 穩(wěn)定性試驗(yàn)考察結(jié)果

3 結(jié)論

微晶纖維素、低取代羥丙基纖維素及共聚唯酮作為片劑的常用輔料，對(duì)改善片劑的可壓性均有較好作用，在多種維生素礦物質(zhì)片中聯(lián)合使用，能協(xié)同增效。此次研究通過單因素試驗(yàn)篩選輔料類型，并使用正交試驗(yàn)對(duì)各輔料的配比進(jìn)行優(yōu)化，顯著降低壓片壓力，提高維生素A（以視黃醇計(jì)）的含量穩(wěn)定性。片芯水分較低，可壓性好，也有利于保持維生素D、維生素E等脂溶性維生素的微囊結(jié)構(gòu)的完整性與穩(wěn)定性，同時(shí)此次研究中僅對(duì)流動(dòng)性較差的重質(zhì)碳酸鈣進(jìn)行制粒，其他原輔料均改為外加，生產(chǎn)效率較高，還可避免維生素類物料在制粒過程中因濕、熱影響導(dǎo)致的穩(wěn)定性問題。所研制的產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，生產(chǎn)效率高，對(duì)多種維生素礦物質(zhì)片的生產(chǎn)工藝有較好的參考意義。