益腎健骨丸制備工藝的優(yōu)化

王寶才， 閆治攀， 李喜香， 王雪梅， 張志瑞

(甘肅省中醫(yī)院，甘肅 蘭州 730050)

益腎健骨丸由當歸、延胡索、枸杞子、蘇木、丹參、生地黃等17味藥材組成，具有固本強筋、壯骨蠲痹功效，用于治療肝腎虧虛型骨性關(guān)節(jié)病、滑膜炎、風濕性關(guān)節(jié)炎等疾病，該制劑以水蜜丸的形式在臨床應用多年，作用顯著，但原制備工藝關(guān)鍵參數(shù)主要依靠主觀經(jīng)驗，導致成品質(zhì)量不穩(wěn)定，從而影響療效。因此，本實驗采用誤差反向傳播人工神經(jīng)網(wǎng)絡(BP-ANN)結(jié)合星點設(shè)計-效應面法優(yōu)化益腎健骨丸制備工藝，以期得到工藝成熟、質(zhì)量穩(wěn)定、療效顯著的制劑成品。

1 材料

1.1 儀器 Agilent 1260型高效液相色譜儀(美國安捷倫科技公司) ；360EP型、125SM型電子天平(德國賽多利斯公司)；WSX-400型水冷吸塵粉碎機(天津世紀茂源機械有限公司)；LM-600型煉蜜鍋(富陽康華制藥機械有限公司)；CHJ-2000型混合機、GHL-30C型煉藥機、YUJ-10A型中藥制丸機、GWM-80B-5型隧道式微波干燥滅菌機(天水華圓制藥設(shè)備科技有限責任公司)；DHG-9145A型電熱鼓風干燥箱(上海一恒科學儀器有限公司)；ZB-1E型智能崩解儀(天津市天大天發(fā)科技有限公司)；自制相對圓整度測定儀(斜面長度10 cm，斜面傾角40°，帶計量標尺、擋板)。

1.2 試劑與藥物 當歸、延胡索、枸杞子、蘇木、丹參、生地黃、鎖陽、蛤蚧、牡蠣等中藥飲片均購自蘭州安泰堂中藥飲片有限公司或甘肅壅合堂藥業(yè)有限公司，經(jīng)甘肅省中醫(yī)院李喜香主任中藥師鑒定為正品，符合2020年版《中國藥典》一部要求。龍膽苦苷(批號10770-201716)、馬錢苷(批號111640-201706)、芍藥苷(110736-201337)、阿魏酸(批號110773-20614)、毛蕊花糖苷(111530-201310)對照品均購自中國食品藥品檢定研究院。蜂蜜購自天水西聯(lián)蜂業(yè)有限責任公司，經(jīng)甘肅省中醫(yī)院科研制劑中心質(zhì)量管理部專家按2020年版《中國藥典》一部專項檢驗，符合規(guī)定。甲醇為色譜純；其余試劑均為分析純；水為雙蒸水。

2 方法與結(jié)果

2.1 益腎健骨丸制備 將17味藥材粉碎成最細粉，加入適量煉蜜和純化水，混合均勻，制丸，干燥，即得。

2.2 有效成分含量測定 參照課題組前期建立的HPLC-DAD法[1]，同時對龍膽苦苷、馬錢苷、芍藥苷、阿魏酸、毛蕊花糖苷含量進行測定。

2.3 蜂蜜煉制 采用夾層煉蜜鍋，以蒸氣為熱源，將蜂蜜加水稀釋溶化，濾過，常壓加熱煉制，當溫度為116～118 ℃，含水量為14%～16%，相對密度約為1.37時，即得中蜜(亦稱煉蜜)[2]。

2.4 評價指標測定

2.4.1 保留率 取本品適量，研細，精密稱取5 g，置于具塞錐形瓶中，精密加入25 mL甲醇，稱定質(zhì)量，超聲處理30 min，放冷，甲醇補足減失的質(zhì)量，搖勻，取續(xù)濾液，按“2.2”項下方法測定5種有效成分含量，計算保留率，公式為保留率=(干丸中有效成分總含量/濕丸中有效成分總含量)×100%，其中濕丸中有效成分總含量測定方法為將濕丸切碎后在通風處自然晾干，取碎丸塊適量，研細，精密稱取5 g，其余操作同上。

2.4.2 水分 按照2020年版《中國藥典》水分測定法(通則0832)第二法測定[3]。

2.4.3 溶散時限 取本品6丸，選擇適當孔徑篩網(wǎng)的吊籃，按照2020年版《中國藥典》崩解時限檢査法(通則0921)片劑項下的方法(加擋板)測定[4]。

2.4.4 相對圓整度 稱取本品1 000 g，依次通過孔徑6.6、6.1 mm的篩網(wǎng)，選擇近于正球體者30粒作為標準樣，再另外隨機選擇30粒作為待測樣[5]，計算相對圓整度R，公式為R=(Lr/Ls)×100%，其中Lr為待測樣在平面上滾動距離的平均值，Ls為標準樣在平面上滾動距離的平均值。

2.4.5 粘附系數(shù) 向被測物容器中裝滿制備好的本品軟材，將杠桿一端金屬葉插入其中，敲擊容器壁，使軟材在自重力的作用下振實并與葉片充分接觸，再通過杠桿測力裝置向杠桿另一端吊桶中緩慢加入細沙，至葉片開始從軟材中拔出時停止[6-7]，計算粘附系數(shù)K，公式為K=(G-G0)×9.8/S，其中G為拔出葉片時吊桶與細沙的質(zhì)量總和，G0為葉片質(zhì)量，S為葉片與軟材的接觸面積。

2.5 單因素試驗

2.5.1 粒度 按處方比例稱取藥材，分別將其粉碎成中粉、細粉、最細粉[8]，每份加入等量蜜水制丸，干燥，測定丸條拉伸長度(10 cm丸條的最大拉伸長度)[5]、粘附系數(shù)、平均丸重、相對圓整度，考察藥粉粒度對成型性的影響，結(jié)果見表1。由此可知，隨著藥粉粒度減小，軟材粘附性、拉伸長度、相對圓整度逐漸增加，有利于軟材和丸條制備；丸條韌性越強，在制丸過程中越不易被拉斷，制丸難度越小；丸劑表面光滑度隨著粒度減小而增加，故選擇最細粉作為粒度。

表1 粒度對成型性的影響

2.5.2 藥粉與粘合劑比例 丸劑在制備過程中常用的粘合劑為水和蜂蜜[6]，故本實驗考察不同用量水、蜜水(中蜜-水=1.7∶1)、蜜(中蜜，含水量15%)對成型性的影響，結(jié)果見表2。由此可知，當粘附系數(shù)在160～195 Pa之間時，軟材柔韌性適中，具有一定的拉伸度，制丸過程較順利，成丸效果較好，丸劑表面光滑，圓整度高；以蜜水和藥時，軟材總體黏性更優(yōu)，可塑性較好，丸條均勻光滑，丸粒大小均勻，圓整度高，故選擇蜜水作為粘合劑，藥粉與其比例為1.1∶1～1.7∶1。

表2 藥粉與粘合劑比例對成型性的影響

2.5.3 蜜水比例 稱取最細粉5份，加入不同比例蜜水，合坨，制丸，干燥，考察蜜水比例對成型性的影響，結(jié)果見表3。由此可知，蜜水比例在1.5∶1～1.9∶1之間時，軟材黏性適中，圓整度較高，丸重適宜，故選擇其作為蜜水比例。

表3 蜜水比例對成型性的影響

2.5.4 干燥帶速 本實驗在綜合考慮濕丸傳送能力、濕丸厚度、微波滅菌效果等因素的情況下，固定微波干燥功率和濕丸厚度(2～3層)，通過調(diào)節(jié)微波干燥時傳送帶的帶速來控制丸劑干燥溫度與干燥時間。稱取最細粉8份，每份按藥粉-蜜水1.5∶1比例加入蜜水(中蜜-水=1.5∶1)，合坨，制丸，干燥，考察干燥帶速對水分的影響(帶速上下限為0.30～1.00 m/min)，結(jié)果見表4。由此可知，干燥帶速大于0.90 m/min時，丸粒水分超過藥典規(guī)定(不得超過12.0%)；為0.30 m/min時，丸粒水分過低，部分碳化，并有焦糊味，故選擇0.4～0.8 m/min作為干燥帶速。

表4 干燥帶速對水分的影響

2.6 星點設(shè)計-效應面法 在單因素試驗基礎(chǔ)上，根據(jù)星點設(shè)計-效應面法設(shè)計原理[9]，以水分(Y1)、溶散時限(Y2)、相對圓整度(Y3)及龍膽苦苷(Y4)、馬錢苷(Y5)、芍藥苷(Y6)、阿魏酸(Y7)、毛蕊花糖苷(Y8)含量為評價指標，干燥帶速(A)、蜜水比例(B)、藥粉與粘合劑比例(C)為影響因素，因素水平見表5，結(jié)果見表6。

表5 因素水平

表6 試驗設(shè)計與結(jié)果

采用Design-expert.V8.0軟件對表6數(shù)據(jù)進行二次多元回歸擬合，得方程為M=70.71+5.86A-0.63B+0.54C+2.67AB+1.77AC+1.56BC+1.23A2-3.67B2-5.26C2(R2=0.970 8，P<0.000 1),方差分析見表7。由此可知，模型P<0.000 1，具有高度顯著性；失擬項P>0.05，表明模型擬合程度較好；因素A、AB、B2、C2有極顯著影響(P<0.01)，AC、BC、A2有顯著影響(P<0.05)，而B、C無顯著影響(P>0.05)。

響應面分析見圖1，可知最優(yōu)工藝為干燥帶速0.70 m/min，蜜水比例1.73∶1，藥粉與粘合劑比例1.44∶1，綜合評分為77.19分。

2.7 BP-ANN模型建立及預測分析

2.7.1 訓練樣本 以表6數(shù)據(jù)來訓練人工神經(jīng)網(wǎng)絡。

表7 方差分析

圖1 各因素響應面圖

圖2 BP-ANN訓練過程

2.7.3 仿真模擬預測 固定3個因素中的任意2個的水平值，以適宜梯度改變剩余因素水平值，采用y=sim(net,x)(式中y為預測值，x為上述3個因素不同水平值的組合)代碼進行仿真模擬預測，尋找最佳工藝參數(shù)。結(jié)果，最優(yōu)制備工藝為干燥帶速0.74 m/min，蜜水比例1.72∶1，藥粉與粘合劑比例1.28∶1，綜合評分為85.80分。

2.8 驗證試驗 按星點設(shè)計-效應面法、BP-ANN優(yōu)化的制備工藝分別進行3批驗證試驗，結(jié)果見表8，可知后者所得綜合評分高于前者。最終確定，最優(yōu)制備工藝為飲片粉碎成最細粉，過篩，混勻，按中蜜-水1.72∶1比例混合均勻制成蜜水，按藥粉-蜜水1.28∶1比例加入蜜水，制丸，干燥，即得。

表8 驗證試驗結(jié)果(n=3)

3 討論

3.1 優(yōu)化方法選擇 本實驗采用BP-ANN對現(xiàn)有實驗數(shù)據(jù)進行訓練，對工藝參數(shù)和綜合評分進行了非線性擬合，所得模型的相關(guān)系數(shù)為0.979 21，表明擬合度良好，而且仿真模擬預測結(jié)果優(yōu)于星點設(shè)計-效應面法，既降低了實驗成本，又提高了預測精度。另外，該方法克服了丸劑日常生產(chǎn)中通過各階段物料性質(zhì)的主觀判斷來調(diào)節(jié)物料比例、工藝參數(shù)的弊端，更具有科學性。

3.2 評價指標選擇 本實驗采用不同操作單元、評價指標對益腎健骨丸制丸過程中的各項工藝參數(shù)進行優(yōu)化，將軟材粘附性、可塑性等主觀性指標進行數(shù)據(jù)化處理，更科學合理。丸劑水分高低直接反映制備過程中干燥單元操作合理與否，同時也影響成品貯存穩(wěn)定性；溶散時限是評價中藥丸劑質(zhì)量、藥物生物利用度、臨床療效的重要指標之一；2020年版《中國藥典》對丸劑的外觀要求為“外觀應圓整均勻”，故將上述3個物理參數(shù)作為指標，能保證丸劑質(zhì)量基本達到要求。另外，龍膽苦苷、馬錢苷、芍藥苷、阿魏酸、毛蕊花糖苷作為益腎健骨丸有效成分，是該制劑發(fā)揮臨床療效的物質(zhì)基礎(chǔ)，將其保留率作為指標時，可最大程度地保留有效成分，從而保證了臨床療效。

3.3 干燥參數(shù)選擇 預實驗發(fā)現(xiàn)，帶速主要影響產(chǎn)品干燥周期和水分，其過慢時干燥時間延長，物料出現(xiàn)焦糊現(xiàn)象；過快時物料干燥時間短，難以控制水分。因此，本實驗固定微波功率，控制適宜帶速，在提高干燥效率、保證干燥效果的同時，可最大程度地保留有效成分。