基于單純形質(zhì)心設(shè)計的大株紅景天片制劑成型工藝優(yōu)化研究＊

陳露萍，徐芳芳，張欣，邵杰，王 欣，吳 云，王振中，肖偉，

（1. 南京中醫(yī)藥大學(xué)藥學(xué)院 南京 210023；2. 江蘇康緣藥業(yè)股份有限公司 連云港 222001；3. 中藥制藥過程新技術(shù)國家重點實驗室 連云港 222001）

大株紅景天片是江蘇康緣藥業(yè)股份有限公司于2005 年獲批的中藥新藥，是由大株紅景天藥材經(jīng)提取精制加工而成的中藥成方制劑，具有活血化瘀、通脈止痛等作用。經(jīng)文獻檢索，關(guān)于大株紅景天片的研究報道[1-3]較少，研究方向大致為藥理機制、成品質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)建立及藥材提取工藝研究等，大株紅景天片在制劑成型工藝優(yōu)化與質(zhì)量提升方面的研究尚未見報道。

大株紅景天片制劑成型工藝過程參與制粒的輔料有糊精、玉米淀粉與微晶纖維素。糊精用做片劑的粘合劑、稀釋劑，可增加藥物的溶解度[4]；玉米淀粉用做片劑的填充劑、粘合劑與崩解劑[5]；微晶纖維素用做片劑的稀釋劑，并具有一定的潤滑作用，也可增加片劑的硬度[6]。該產(chǎn)品年度穩(wěn)定性數(shù)據(jù)回顧發(fā)現(xiàn)，素片的崩解時間與硬度接近控制限，且批次間質(zhì)量波動較大，有進一步優(yōu)化的空間。與化學(xué)藥物不同，中藥制劑中間體原料的范圍波動相對較大，制劑用輔料差異隨之較大，設(shè)計空間較小，其處方設(shè)計更為困難。

崩解時間與硬度是片劑質(zhì)量控制的兩個重要指標(biāo)，崩解時間影響藥品生物利用度，是保證藥物有效釋放、發(fā)揮療效的基礎(chǔ)，硬度影響片劑的外觀質(zhì)量與內(nèi)在屬性[7-8]。林俊芝[9]等對紅景天苷及酪醇的溶出規(guī)律展開研究，結(jié)果表明紅景天苷的溶出性能良好，而溶出度、崩解時間、硬度與脆碎度之間存在相關(guān)性[10-11]。故本研究以大株紅景天素片為研究對象，以崩解時間與硬度為指標(biāo)，通過單純形質(zhì)心設(shè)計研究糊精、玉米淀粉和微晶纖維素對片劑質(zhì)量的影響，確定制粒工序的基礎(chǔ)輔料配比，并加入超級崩解劑[12-15]進一步降低大株紅景天片的崩解時間。在輔料配比優(yōu)化問題上，通常人為擬定不同處方進行實驗，近年來，隨著實驗設(shè)計軟件的普及，D-最優(yōu)混料設(shè)計法[16]、響應(yīng)面分析法[17]等已被廣泛應(yīng)用，但單純形質(zhì)心設(shè)計研究較少，劉開萍[18]等通過單純形質(zhì)心設(shè)計優(yōu)化了蜘蛛香總纈草三酯自微乳處方并對其藥劑學(xué)性質(zhì)進行評價，新的制劑處方有效地改善制劑的水溶性和溶出度，表明采用單純形質(zhì)心設(shè)計進行處方優(yōu)化是可行的。本研究擬將Minitab19 軟件獨有的單純形質(zhì)心設(shè)計應(yīng)用到大株紅景天片的制劑處方優(yōu)化中，為中藥制劑處方優(yōu)化提供一種新的方案與思路。

1 儀器與材料

1.1 儀器

電熱鼓風(fēng)干燥箱，上海一恒科學(xué)儀器有限公司；YPD-300D 片劑硬度儀，上海黃海藥檢儀器有限公司；BJ-4DF 智能崩解儀，天津創(chuàng)興電子設(shè)備制造股份有限公司；DP-30A 單沖壓片機，北京國藥龍立科技有限公司；CJY-3000 型片劑脆碎度測定儀，上海黃海藥檢儀器有限公司；ZRS-8G 溶出測試儀，天津市天大天發(fā)科技有限公司；XP6 電子天平，METTLER TOLEDO；Ultimate 3000 高效液相色譜儀，賽默飛世爾科技有限公司；Milli-Q IQ7000 超純水儀，默克化工技術(shù)有限公司；藥典標(biāo)準(zhǔn)篩，上海寶藍實驗儀器制造有限公司。

1.2 材料

大株紅景天藥材，江蘇國蘇中藥材有限公司，批號Y2102015；糊精，廣饒麗楓生物科技有限公司，批號2019120901；玉米淀粉，曲阜市天利藥用輔料有限公司，批號20210101；微晶纖維素，曲阜市天利藥用輔料有限公司，批號190902A；聚乙二醇6000，湖南爾康制藥股份有限公司，批號F2104011；硬脂酸鎂，曲阜市天利藥用輔料有限公司，批號20201109；羧甲基淀粉鈉，曲阜市天利藥用輔料有限公司，批號191209；交聯(lián)聚維酮，安徽山河藥用輔料股份有限公司，批號210907；交聯(lián)羧甲基纖維素鈉，湖南爾康制藥股份有限公司，批號F2111052；乙醇，常熟市鴻盛精細化工有限公司，批號10009218；紅景天苷對照品，批號110818-202009，純度98.6%，上海詩丹德標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)服務(wù)有限公司；色譜甲醇、色譜乙腈，西格瑪奧德里奇貿(mào)易有限公司。

2 方法與結(jié)果

2.1 中間體及素片的制備方法

2.1.1 噴干粉的制備

稱取適量大株紅景天藥材，按照炮制工藝處理后加純化水提取兩次，第一次加8倍量水提取1.5 h，第二次往藥渣中加6倍量水提取1.5 h，合并兩次提取液，濾過，減壓濃縮至相對密度約為1.1（50-60℃）的浸膏；設(shè)置進風(fēng)溫度為165℃，出風(fēng)溫度為95℃，料泵調(diào)速為11 Hz，進行噴霧干燥后粉碎過100 目篩，即得大株紅景天噴干粉（中間體原料）。

2.1.2 不同輔料配比顆粒及素片的制備

大株紅景天片制劑成型工序分為制粒、整粒、總混、壓片、包衣五步，本次研究對象為素片，因此不對包衣工序作闡述?；A(chǔ)輔料配比如表1 所示，將大株紅景天噴干粉與輔料按處方量混合均勻，以75%乙醇作粘合劑，制成“輕壓成團，松之即散”的軟材。使制成的軟材全部通過2 號標(biāo)準(zhǔn)篩，過篩后的濕顆粒于60℃烘箱中烘至顆粒水分為3%-5%。使烘干的顆粒全部通過2 號標(biāo)準(zhǔn)篩，加1%硬脂酸鎂混搖5 min 使混合均勻得總混顆粒，采用單沖壓片機對總混顆粒進行壓片，得大株紅景天素片。

表1 大株紅景天片生產(chǎn)制劑處方

2.2 素片質(zhì)量控制要求

2.2.1 外觀

應(yīng)為棕黃色至棕褐色素片，片面光滑圓整，色澤均勻、無花片、無裂片、無疊片、無缺角。

2.2.2 重量差異

素片重量范圍應(yīng)為（390.0±15.6）mg。

2.2.3 崩解時間

采用2020 版《中國藥典》[7]四部通則崩解時限檢查法，測定素片崩解時間。取外觀與重量差異合格項下大株紅景天素片6 片，加擋板，燒杯內(nèi)盛有（37±1）℃的純化水，往返頻率為每分鐘30-32 次，崩解時間取6 片均值。

2.2.4 硬度

取外觀與重量差異合格項下的大株紅景天素片10 片，采用片劑硬度儀分別測定其硬度，硬度取10 片均值。

2.2.5 紅景天苷含量測定

含量測定參照大株紅景天片含量測定內(nèi)控方法。

色譜條件：以十八烷基硅烷鍵合硅膠為填充劑，甲醇-乙腈-水（5∶5∶90）為流動相，檢測波長為276 nm，柱溫30℃，進樣量為10 μL，理論塔板數(shù)按紅景天苷峰計算應(yīng)不低于7 000。

對照品溶液的制備：取紅景天苷對照品適量，精密稱定，加50%甲醇制成每1 mL 含100 μg 的溶液，即得。

供試品溶液的制備：取本品10片，研磨成細粉，取1 g 左右細粉，精密稱定，置具塞錐形瓶中，精密加入50%甲醇50 mL，稱定重量，回流1 h，放冷，再稱定重量，用50%甲醇補足減失的重量，過濾，取續(xù)濾液，即得。

本品每1 g 按紅景天苷（C14H20O7）計，不得少于6.0 mg。

2.3 數(shù)據(jù)處理

考慮到輔料稱量誤差、混合不均一、儀器誤差、環(huán)境影響等原因?qū)е碌乃仄|(zhì)量波動問題，本研究計算崩解時間與硬度的RSD 值以控制指標(biāo)精度，RSD 為標(biāo)準(zhǔn)差與均值的比值，體現(xiàn)素片質(zhì)量均一性。實驗設(shè)計與圖形繪制采用Minitab 19軟件分析實現(xiàn)。

2.4 單純形質(zhì)心設(shè)計優(yōu)化基礎(chǔ)輔料配比

2.4.1 單純形質(zhì)心設(shè)計

在大株紅景天片目前的制劑處方中，糊精與玉米淀粉比例為不定值，輔料比例的不確定性會導(dǎo)致成品產(chǎn)生較大的質(zhì)量波動，本研究嘗試通過實驗設(shè)計，確定最佳輔料比例。

單純形質(zhì)心設(shè)計是混料設(shè)計的一種方法，三因子的數(shù)學(xué)模型為等邊三角形，遵循“等邊三角形內(nèi)任意一點到三邊距離之和等于三角形的高”這一平面幾何原理，由于需改變?nèi)N輔料的比例而確保處方總量不變，將高設(shè)為1，三種輔料分別代表三條邊，試驗點則由下列4批點組成，第一批是各頂點（共3個），第二批是上述頂點中每2個頂點的質(zhì)心（共3個），第三批是上述頂點中每3個頂點的質(zhì)心（共1個），第4批是上述3頂點質(zhì)心與頂點的中點（共三個），單純形質(zhì)心設(shè)計試驗點分布如圖1所示。以糊精為X1,玉米淀粉為X2,微晶纖維素為X3（0≤X1≤1，0≤X2≤1，0≤X3≤1，X1+X2+X3=1），以素片崩解時間為Y1，硬度為Y2，單純形質(zhì)心設(shè)計方案與結(jié)果見表2，崩解時間與硬度的RSD均＜10%，素片均一性較好。

圖1 單純形質(zhì)心設(shè)計試驗點分布圖

2.4.2 模型擬合與方差分析

運用Minitab19 軟件對表2 數(shù)據(jù)進行回歸分析，崩解時間與硬度的多項式回歸方程分別為：YI=64.25-17.07X1-19.37X2-12.12X1X2-19.37X1X3+71.23X2X3，Rsq=98.83%

Y2=91.67-48.24X1-60.36X2+162.2X1X2+166.9X1X3+55.7X2X3，R-sq=98.53%

其中微晶纖維素X3不顯著，不參與回歸方程的建立，兩個回歸模型的R-sq 均在98%以上，表明相關(guān)性良好，方差分析如表3 所示。一般認為F 值越大，P值越小，顯著性越高。

試驗點的擬合值與相對預(yù)測誤差見表4，模型擬合的相對預(yù)測誤差均在6%以內(nèi)，預(yù)測精度良好。

表4 模型擬合值與相對預(yù)測誤差

2.4.3 效應(yīng)面分析

分別以崩解時間與硬度為響應(yīng)值，繪制三種輔料的混合曲面圖，如圖2所示，混合曲面圖反映了因素間的交互作用，曲面越陡峭表明交互作用越大，由圖2可知，對Y1的影響順序依次為X2X3＞X1X3＞X1X2，對Y2的影響順序依次為X1X3＞X1X2＞X2X3。

圖2 崩解時間與硬度的混合曲面圖

2.4.4 混合等值線圖綜合分析

以崩解時間與硬度為響應(yīng)值，得到三種輔料的混合等值線圖，見圖3，混合等值線圖直觀地反映了三種輔料的綜合結(jié)果。由圖3a可知，糊精與玉米淀粉對大株紅景天片有促崩解作用，玉米淀粉的促崩解效果更好，微晶纖維素則會導(dǎo)致片劑崩解遲緩。由圖3b 可知，微晶纖維素可以增強大株紅景天素片硬度，而糊精與玉米淀粉單一比例變高會導(dǎo)致片劑硬度變小。對圖3 進行綜合分析，可知提高糊精與玉米淀粉的比例，可以降低大株紅景天素片的崩解時間，同時為了使片劑獲得一定的硬度，需加入少量微晶纖維素。

圖3 崩解時間和硬度的混合等值線圖

混合等值線圖中崩解時間＜45 min 且硬度＞34.3 N的區(qū)域為本次研究的最合意區(qū)域，為簡化輔料比例的計算，在該區(qū)域內(nèi)取一整數(shù)點為24%糊精，74%玉米淀粉，2%微晶纖維素，根據(jù)二項式回歸方程計算可知該比例崩解時間與硬度的預(yù)測值分別為44.63 min 和65.86 N，對該比例平行進行三組驗證實驗，驗證結(jié)果如表5 所示，三個驗證點崩解時間與硬度的相對預(yù)測誤差均在5%以內(nèi)，表明該輔料配比符合預(yù)測，可行性高。

表5 單純形質(zhì)心設(shè)計驗證結(jié)果

2.5 超級崩解劑單因素實驗及結(jié)果

為進一步降低崩解時間，本研究于總混階段外加一定量超級崩解劑。首先按最優(yōu)基礎(chǔ)輔料配比：24%糊精、74%玉米淀粉、2%微晶纖維素，制備一組空白素片，即不加任何崩解劑，空白組的崩解時間為43.00 min。本次研究對比了幾種常見的超級崩解劑，分別為羧甲基淀粉鈉（CMS-Na），交聯(lián)聚維酮（PVPP）和交聯(lián)羧甲基纖維素鈉（CC-Na），取適量大株紅景天總混顆粒，精密稱定，并精密稱定一定量超級崩解劑，與總混顆粒混勻后壓片，本研究考察以上三種崩解劑1%-8%的比例，共24 組試驗，并測定不同比例超級崩解劑后素片的崩解時間與硬度，以崩解時間降低率評價崩解劑的效果，崩解時間降低率為各組實驗崩解時間與空白組崩解時間相比降低的百分率，三種崩解劑的單因素設(shè)計方案及結(jié)果分別見表6-8。

表6 CMS-Na單因素實驗設(shè)計表及結(jié)果

分析三表數(shù)據(jù)可知，實驗組的硬度與空白組相比降低了一些，這是由于崩解劑本身無增強片劑硬度的作用，加入處方后稀釋了其他輔料，而大株紅景天片對硬度的質(zhì)量控制要求為＞34.3 N，24組實驗硬度仍在合格范圍內(nèi)，且控制風(fēng)險不大。三種崩解劑均對素片有不同程度的促崩解作用，由表5 可知，隨著CMS-Na比例的增加，大株紅景天素片的崩解時間降低率基本呈先升后降的趨勢，在3%比例時達到最高，崩解時間降低率達到15.89%。由表6 可知，1% PVPP 的崩解時間降低率最高，為12.02%，而隨著PVPP 比例的增加，崩解時間降低率呈下降的趨勢，比例大時接近于0，即幾乎無作用。由表7可知，隨著CC-Na比例的增加，大株紅景天素片的崩解時間降低率同樣呈先升后降的趨勢，當(dāng)加入量為4%時，崩解時間降低率達到最高為12.02%，CC-Na的促崩解效果僅次于CMS-Na。

表7 PVPP單因素實驗設(shè)計表及結(jié)果

表8 CC-Na單因素實驗設(shè)計表及結(jié)果

從結(jié)構(gòu)與作用機理上看，CMS-Na 是一種冷水可溶性的陰離子型淀粉衍生物，因結(jié)構(gòu)上具有親水性的羧甲基及羧甲基鈉，故具有超強吸水性及快速吸水膨脹的效果，從而促使片劑崩解；CC-Na 作用機理與CMS-Na 相似，同為遇水膨脹，但從本研究數(shù)據(jù)來看，CMS-Na 的膨脹效果略好一些，且成本更低。PVPP 是水不溶性的片劑崩解劑，可迅速表現(xiàn)出高的毛細管活性和優(yōu)異的水化能力，幾乎無凝膠的傾向，在片劑中用量一般為1%-2%時即可表現(xiàn)出優(yōu)異的促崩解效果，這與本研究實驗數(shù)據(jù)基本一致，但PVPP 成本較高。綜合考慮以上因素，最終確定加入3%的CMS-Na作為大株紅景天片的超級崩解劑，該比例可使素片崩解時間降低15.89%。

2.6 最優(yōu)處方驗證

將24%糊精，74%玉米淀粉，2%微晶纖維素為基礎(chǔ)輔料，在總混工序外加總量3%的CMS-Na作超級崩解劑定為大株紅景天片的最優(yōu)輔料配比，該處方崩解時間與硬度達到預(yù)期，但輔料比例與種類的改變可能會造成成品質(zhì)量的明顯改變，引發(fā)安全性、有效性的問題。查閱文獻[7-11]可知顆粒成型率、素片崩解時間、素片硬度、素片脆碎度、素片溶出度之間存在一定的相關(guān)性，但脆碎度與硬度、崩解時間與溶出度、含量與溶出度并不一定為等量關(guān)系，因此還需對幾項指標(biāo)進行驗證，本研究以總混顆粒成型率、素片崩解時間、素片硬度、素片脆碎度、素片紅景天苷含量與紅景天苷40 min累積溶出度為評價指標(biāo)評估該制劑處方的合理性，新增指標(biāo)的測定方法如下。

2.6.1 新增指標(biāo)測定方法

（1）成型率：顆粒成型率參照2020版《中國藥典》[7]規(guī)定的雙篩分法進行測定。稱定總混顆?？傊兀蒙蠈右惶柡Y中，下層的五號篩配有密合的接收容器。過篩時保持水平狀態(tài)邊篩邊拍打3 min，取能通過一號篩和不能通過五號篩的顆粒，稱定重量，所收集顆粒的質(zhì)量占顆粒總質(zhì)量的百分比即為成型率。

顆粒成型率=過一號篩但不過五號篩的顆粒質(zhì)量/總顆粒質(zhì)量×100%。

（2）脆碎度：取15片大株紅景天素片，用吹風(fēng)機吹去素片表面的浮粉，精密稱定總重，記為m前，放入脆碎度測定儀中轉(zhuǎn)動100 次后取出，除去素片表面脫落的粉末后再次精密稱定總重記為m后。轉(zhuǎn)動后素片未出現(xiàn)斷裂，龜裂及粉碎等情況且F脆碎度＜1%，即素片脆碎度合格。

（3）紅景天苷溶出度：參照2020版《中國藥典》[7]溶出度測定法漿法，取大株紅景天素片同一批次6片，分別置于6 個1000 mL 溶出杯中，以800 mL 純化水為溶出介質(zhì)，轉(zhuǎn)速為100 r·min-1，恒溫（37.0±0.5）℃，溶出時間為40 min。

色譜條件與對照品溶液的制備同2.2.5項。

供試品溶液的制備：取溶出液，離心，過濾，即得。

2.6.2 驗證結(jié)果

最優(yōu)制劑處方驗證結(jié)果見表9，由表9 可知，該制劑處方制得的總混顆粒成型率可達80%，顆粒成型率較高；素片脆碎度低于1%，符合藥典規(guī)定；素片紅景天苷含量達到內(nèi)控標(biāo)準(zhǔn)；素片在40 min 左右達到溶出終點，紅景天苷40 min 累積溶出度均在95%以上，溶出度較高，且崩解時間與硬度均達到了預(yù)期值，初步驗證該制劑處方合理可行。

表9 最優(yōu)處方驗證實驗結(jié)果

3 討論

制劑成型工藝研究是中藥生產(chǎn)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，本研究對大株紅景天片制劑處方進行了優(yōu)化研究，在不改變制粒工序基礎(chǔ)輔料種類、設(shè)備類型、生產(chǎn)方式的前提下，通過實驗設(shè)計探討了輔料配比對大株紅景天素片質(zhì)量的影響，研究初步確定了糊精與玉米淀粉的促崩解效果，而微晶纖維素可增加素片硬度，并通過添加超級崩解劑為新輔料，比較了不同種類不同比例的超級崩解劑對降低大株紅景天素片崩解時間的效果優(yōu)劣，研究確定了大株紅景天片的最優(yōu)基礎(chǔ)輔料比例為74%糊精、24%玉米淀粉與2%微晶纖維素，并在此基礎(chǔ)上于總混工序外加總量3%的CMS-Na作崩解劑，使素片崩解時間降低了15.89%。

本研究針對素片崩解時間與硬度控制影響質(zhì)量的問題，選取崩解時間與硬度為指標(biāo)對三種輔料進行單純形質(zhì)心設(shè)計，模型擬合效果較好，表明單純形質(zhì)心設(shè)計在篩選輔料配比是可行的，同時考慮到片劑質(zhì)量控制多指標(biāo)間的相關(guān)性，在確定最優(yōu)處方后，對總混顆粒成型率、素片脆碎度、素片紅景天苷含量與紅景天苷累積溶出度進行驗證，結(jié)果表明該處方下大株紅景天素片的外觀質(zhì)量，內(nèi)在屬性與生物利用度均良好，該處方可行性高。

通過優(yōu)化制劑處方配比，本研究實現(xiàn)了對大株紅景天素片崩解時間與硬度的有效控制，降低了生產(chǎn)對大株紅景天素片崩解時間與硬度的質(zhì)量控制風(fēng)險，為其提供了技術(shù)支撐，同時將單純形質(zhì)心設(shè)計應(yīng)用到了中藥制劑的處方設(shè)計與質(zhì)量控制中，研究尚處于前期階段，在小試與中試放大驗證中，研究結(jié)果重現(xiàn)性良好，可為大生產(chǎn)提供參考與借鑒價值。