基于混料設(shè)計(jì)的婷柳提取液噴霧干燥工藝及其物理指紋圖譜研究

劉華蘭,石德志,龔小文,廖楠汐,朱喻波,鄭超,楊正清,解雨欣,肖蓮蓮,趙勉,劉陶世,程建明

(南京中醫(yī)藥大學(xué)藥學(xué)院,江蘇省經(jīng)典名方工程研究中心,江蘇 南京 210023)

噴霧干燥是利用霧化器將料液分散為細(xì)小的霧滴,并在熱干燥介質(zhì)中迅速蒸發(fā)溶劑形成干粉產(chǎn)品的過(guò)程,相較于真空干燥、微波干燥、冷凍干燥,噴霧干燥不僅效率高,耗能少,并且噴霧干燥所得產(chǎn)品的含水量低、粉末均一性好,特別適合工業(yè)大生產(chǎn),是中藥復(fù)方提取液首選的干燥方式[1-2]。婷柳由茯苓、肉桂、葛根、山楂、芡實(shí)、薏苡仁、橘皮、冬瓜皮、荷葉、甘草10味藥食同源類(lèi)中藥組成,諸藥配伍,相得益彰,可祛濕化痰,化濁降脂,主用于治療痰濕型肥胖,目前已經(jīng)獲得國(guó)家發(fā)明專(zhuān)利授權(quán)(專(zhuān)利號(hào)CN202210851237.5)。婷柳提取液是由肉桂提取揮發(fā)油后與其他藥材溫浸提取2次制得。

物理指紋圖譜是綜合評(píng)價(jià)粉體學(xué)性質(zhì)及質(zhì)量的方法,以堆積性、均一性、流動(dòng)性、可壓性和穩(wěn)定性等為關(guān)鍵物理性質(zhì),用于評(píng)價(jià)同類(lèi)型粉末不同批次間的物理性質(zhì)對(duì)制劑成型性的影響[3-5]。在中藥生產(chǎn)和制劑成型過(guò)程中,藥物粉末成為口服固體制劑的直接原料,其質(zhì)量會(huì)隨著制藥工序傳遞至最終的產(chǎn)品,進(jìn)而影響其最終產(chǎn)品的療效。根據(jù)粉末物理性質(zhì)的變化,可預(yù)先對(duì)處方組成或工藝參數(shù)進(jìn)行定量調(diào)節(jié)和預(yù)測(cè),以確保產(chǎn)品質(zhì)量均一穩(wěn)定。本研究以婷柳噴干粉得率、吸濕性、流動(dòng)性為評(píng)價(jià)指標(biāo),對(duì)所加入的輔料進(jìn)行篩選,采用混料設(shè)計(jì)方法對(duì)篩選輔料配比進(jìn)行優(yōu)化。同時(shí)建立婷柳噴干粉的物理指紋圖譜,評(píng)價(jià)不同批次婷柳噴干粉質(zhì)量的一致性。

1 材料

1.1 儀器

B-290小型噴霧干燥機(jī)(上海利聞科學(xué)儀器有限公司);FA2004電子天平(萬(wàn)分之一天平,上海天平儀器有限公司);Ka-500PE超聲波清洗器(昆山市超聲儀器有限公司);烘干法水分測(cè)定儀(上海精密科學(xué)儀器有限公司);電熱恒溫水浴鍋(天津市泰斯特儀器有限公司);TGF-9140A型鼓風(fēng)干燥箱(上海喆圖科學(xué)儀器有限公司)。

1.2 試藥

β-環(huán)糊精(國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司,批號(hào):20220629)、阿拉伯膠(美侖生物,批號(hào):S0901A)、羥丙基-β-環(huán)糊精(上海源葉生物科技有限公司,批號(hào):Z13N11Y130870)、二氧化硅(上海麥克林生化科技股份有限公司,批號(hào):C15256672)、麥芽糊精(上海源葉生物科技有限公司,批號(hào)J06A9R67345)、輕質(zhì)氧化鎂(國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司,批號(hào):20181221)、氯化鈉(西隴科學(xué)股份有限公司,批號(hào):220606)。茯苓(批號(hào):2022040201)、葛根(批號(hào):2022040202)、山楂(批號(hào):2022040201)、薏苡仁(批號(hào):2022040201)、芡實(shí)(批號(hào):2022040207)、橘皮(批號(hào):2022040201)、荷葉(批號(hào):2022040201)、甘草(批號(hào):2022040205),以上8味藥材均購(gòu)自安徽亳州藥材市場(chǎng);肉桂(批號(hào):A220523)、冬瓜皮(批號(hào):A220427),以上2味藥材購(gòu)自南京上元堂醫(yī)藥有限公司;以上所用藥材按《中國(guó)藥典》2020版檢測(cè)均為合格藥材。

2 方法和結(jié)果

2.1 輔料種類(lèi)的篩選

2.1.1 單一輔料的篩選 實(shí)驗(yàn)樣品制備:肉桂單獨(dú)提取揮發(fā)油,藥渣再與其他9味藥加水溫浸2次,濾過(guò),合并提取液,藥液濃縮至1.25 g·mL-1。

噴霧干燥儀器設(shè)備條件:藥液初始溫度為70 ℃,進(jìn)風(fēng)溫度為130 ℃,泵速30 Hz;霧化壓力0.05 MPa;進(jìn)料速度為7.5 mL·min-1。

分別稱(chēng)取6 g β-環(huán)糊精、阿拉伯膠、羥丙基-β-環(huán)糊精、二氧化硅、麥芽糊精、輕質(zhì)氧化鎂于100 mL婷柳提取濃縮液中,于70 ℃水浴中攪拌均勻,噴干,收集噴干粉,計(jì)算得率。取已恒重的蒸發(fā)皿,記錄質(zhì)量為(m1);精密量取25 mL濃縮液于蒸發(fā)皿中,水浴蒸干,于105 ℃鼓風(fēng)干燥箱中烘干至恒定質(zhì)量,記錄質(zhì)量(m2),固含量=(m2-m1)/25。根據(jù)公式計(jì)算噴干粉得率。結(jié)果如表1所示。

表1 單一輔料對(duì)婷柳噴霧干燥粉末得率的影響

結(jié)果表明,在單一輔料篩選中,輕質(zhì)氧化鎂、麥芽糊精、二氧化硅能夠增加噴干粉得率。

2.1.2 混合輔料的篩選

2.1.2.1 吸濕性測(cè)定 取干燥玻璃稱(chēng)量瓶,實(shí)驗(yàn)前1 d置于底部盛有飽和氯化鈉的干燥器內(nèi),精密稱(chēng)定質(zhì)量(m1);取二元輔料婷柳噴干粉和三元輔料婷柳噴干粉,平鋪于玻璃稱(chēng)量瓶中,厚度約1 mm,精密稱(chēng)定質(zhì)量(m2),放回干燥器;分別于2、4、6、8、10、12、24 h后稱(chēng)定總質(zhì)量(m3),計(jì)算時(shí)間段吸濕率,繪制吸濕曲線,見(jiàn)圖1～2。吸濕率=(m3-m2)/(m2-m1)×100%。

圖1 2種輔料混合噴干粉吸濕曲線

圖2 3種輔料混合噴干粉吸濕曲線

2.1.2.2 休止角測(cè)定 采取固定漏斗法,將兩相同漏斗串聯(lián)固定于鐵架臺(tái)上,于底下放置一圓形培養(yǎng)皿,使其圓心對(duì)準(zhǔn)漏斗口且相距3 cm;取適量噴干粉從漏斗上倒下至流出粉末形成圓錐體,用三角尺測(cè)量高(h)及半徑(r),計(jì)算休止角,結(jié)果見(jiàn)表2。休止角=arctan(h/r)。

表2 混合輔料對(duì)婷柳噴霧干燥效果的影響

基于單一輔料篩選對(duì)噴干粉得率的影響,以輔料輕質(zhì)氧化鎂為基礎(chǔ),分別進(jìn)行二元輔料以及三元輔料篩選。平行量取12份婷柳濃縮液各100 mL,按表2稱(chēng)取輔料于各濃縮液中,按“2.2.1”項(xiàng)下噴霧干燥工藝條件噴干,收集粉末,計(jì)算得率,結(jié)果見(jiàn)表2。

結(jié)果表明,三元輔料比二元輔料得粉率更高,并且,在總輔料量相同的前提下加入輕質(zhì)氧化鎂、麥芽糊精、羥丙基-β-環(huán)糊精3種輔料相較只加入輕質(zhì)氧化鎂及麥芽糊精所得噴干粉得率更高、流動(dòng)性更好,故最終確定加入這3種輔料,并進(jìn)行混料設(shè)計(jì)。

2.2 混料設(shè)計(jì)

采用Optimal (Custom)Design混料設(shè)計(jì)方法,以提取液固含量(干膏質(zhì)量)與3種輔料的比例為考察因素,分別以噴干粉得率、24 h吸濕率、休止角為評(píng)價(jià)指標(biāo),利用Design Expert 13軟件(Stat-Ease,Inc.),設(shè)定上下限,見(jiàn)表3,生成混料設(shè)計(jì)表;按照混料設(shè)計(jì)表稱(chēng)取輔料及量取婷柳濃縮液,噴霧干燥工藝參數(shù)同“2.2.1”項(xiàng)下噴干工藝參數(shù),噴干,收集噴干粉,測(cè)定各指標(biāo),結(jié)果見(jiàn)表4。

表3 混料設(shè)計(jì)上下限

表4 混料設(shè)計(jì)結(jié)果

以得率為指標(biāo)進(jìn)行二次多項(xiàng)式回歸,分析結(jié)果見(jiàn)表5、圖3～4,建立回歸方程:得率=42.075 45A+76.075 14B+65.579 41C+63.231 85D+211.505 82BC+159.576 93BD,R2=0.984 5。

圖3 得率回歸模型分析

表5 以得率為指標(biāo)的混料回歸模型顯著性分析

以得率為指標(biāo)擬合的回歸方程模型P<0.000 1表示其模型具有顯著性,同時(shí)殘差圖、預(yù)測(cè)值與真實(shí)值圖中點(diǎn)都均勻分布在直線周?chē)?無(wú)特異點(diǎn),表明此次實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)無(wú)較大誤差。說(shuō)明該試驗(yàn)結(jié)果與其數(shù)據(jù)模型擬合較好,此模型可用來(lái)預(yù)測(cè)試驗(yàn)結(jié)果。模型決定系數(shù)R2=0.984 5,校正決定系數(shù)R2=0.975 9,說(shuō)明此模型可解釋所選因素97.59%的試驗(yàn)數(shù)據(jù)變化。變異系數(shù)(RSD)反應(yīng)模型的置信度,其值越小表示模型置信度越高,本試驗(yàn)RSD為1.37%,說(shuō)明其置信度較高,該模型可較好反映真實(shí)試驗(yàn)值。由輔料配比對(duì)得率影響3D圖(A=0.598)可發(fā)現(xiàn)高得率區(qū)更加靠近B與C,表明固定干膏量時(shí)B與C(輕質(zhì)氧化鎂與麥芽糊精)的增加更能提高得率;由干膏與輔料配比對(duì)得率影響3D圖(D=0.099)可發(fā)現(xiàn)低得率區(qū)更加靠近A,表明增加干膏量(即減少輔料總量)會(huì)降低得率;以得粉率范圍50%～70%,目標(biāo)趨于65%,優(yōu)選輔料配比,得一系列較優(yōu)配比,取值范圍:A=0.550;0.200

同法分別以吸濕率、休止角為指標(biāo)進(jìn)行二次多項(xiàng)式回歸,建立準(zhǔn)確可靠回歸方程:吸濕率=17.815 8A+7.547 7B+9.697 73C-19.755 03D+64.051 16AD-35.688 48BD,R2=0.926 9;休止角=43.961 18A+33.073 64B-136.06C+54.893 32D+277.719 47AC-113.408 11BD;R2=0.945 8。分析輔料配比對(duì)粉末吸濕性及流動(dòng)性影響,結(jié)果見(jiàn)圖5～6。

圖5 輔料配比對(duì)吸濕率的影響

圖6 輔料配比對(duì)休止角的影響

結(jié)果表明,低吸濕性區(qū)更靠近B,高吸濕區(qū)靠近C與D,說(shuō)明增加輕質(zhì)氧化鎂的量能降低粉末吸濕性,而麥芽糊精及羥丙基-β-環(huán)糊精會(huì)增加粉末吸濕性;低休止角區(qū)更靠近B,高休止角區(qū)更靠近D,增加麥芽糊精的量能增加粉末流動(dòng)性,羥丙基-β-環(huán)糊精相較輕質(zhì)氧化鎂與麥芽糊精更易降低粉末流動(dòng)性。以得粉率范圍50%～75%,目標(biāo)趨于70%,吸濕性范圍12%～18%,目標(biāo)趨于14%;休止角范圍35°～47°,目標(biāo)趨于38°為篩選條件,對(duì)吸濕率、休止角回歸方程求最優(yōu)解,最終優(yōu)選配比結(jié)果A=0.550,B=0.300,C=0.100,D=0.050。

2.3 輔料配比驗(yàn)證

按優(yōu)選配比結(jié)果稱(chēng)取婷柳濃縮液及輔料,平行3份,按“2.2.1”項(xiàng)下噴霧干燥工藝參數(shù)噴干,收集噴干粉,測(cè)定得粉率、吸濕率、休止角,結(jié)果見(jiàn)表6。按最終優(yōu)選輔料配比配制溶液進(jìn)行噴霧干燥,噴干粉得率較高,流動(dòng)性較好,吸濕性有所降低;同時(shí),實(shí)際噴干粉得率、吸濕性、休止角建立回歸模型預(yù)測(cè)值相近,進(jìn)一步證明所建立模型準(zhǔn)確可靠。

表6 輔料配比驗(yàn)證結(jié)果

2.4 婷柳噴干粉物理指紋圖譜

2.4.1 物理指紋圖譜指標(biāo)的確定 根據(jù)浸膏粉的物理特征,其粉體學(xué)性質(zhì)可分為流動(dòng)性、可壓性、堆積性、穩(wěn)定性、均一性等。其中流動(dòng)性主要是通過(guò)豪斯納比(IH)和休止角(α)來(lái)評(píng)估;可壓性是指粉體被壓縮成固體的能力,用顆粒間孔隙率(Ie)和卡爾指數(shù)(Ic)表征;松密度(Da)和振實(shí)密度(Dc)是評(píng)價(jià)粉末的質(zhì)地疏松情況,表征堆積性;水分(HR)和吸濕性(H)能夠表征粉體的潤(rùn)滑性以及制劑成型后的穩(wěn)定性,表征穩(wěn)定性;相對(duì)均齊指數(shù)(Iθ)表示粉體的粒徑大小以及分布情況,用以表征均一性。

2.4.2 物理指紋圖譜二級(jí)指標(biāo)的測(cè)定 粉體物理指紋圖譜指標(biāo)的測(cè)定首選法定標(biāo)準(zhǔn)收載的方法,對(duì)10批婷柳噴干粉進(jìn)行測(cè)定,結(jié)果如表7,測(cè)定方法如下。

表7 驗(yàn)證試驗(yàn)結(jié)果

2.4.2.1 松密度(Da) 取干燥、潔凈的10 mL量筒,精密稱(chēng)取一定質(zhì)量(M)噴干粉緩慢加入其中,讀取體積Va,計(jì)算松密度,公式為松密度=M/Va。

2.4.2.2 振實(shí)密度(Dc) 將“2.3.3”項(xiàng)下盛有噴干粉的量筒以每次2 s的頻率上下振動(dòng)200次,讀取體積Vc,計(jì)算振實(shí)密度,公式為振實(shí)密度=M/Vc。

2.4.2.3 豪斯納比(IH) 豪斯納比=振實(shí)密度/松密度。

2.4.2.4 顆粒間孔隙率(Ie) 顆粒間孔隙率(Ie)=(振實(shí)密度-松密度)/(振實(shí)密度×松密度)。

2.4.2.5 卡爾指數(shù)(Ic) 卡爾指數(shù)(Ic)=(振實(shí)密度-松密度)/振實(shí)密度。

2.4.2.6 水分(HR) 使用快速水分測(cè)定儀,將約2.00 g的待測(cè)粉末平鋪于樣品盤(pán)中,于105 ℃下加熱10 min,根據(jù)儀器顯示的終讀數(shù)即得。

2.4.2.7 休止角(α) 按照“2.1.2.2”項(xiàng)下休止角測(cè)定。

2.4.2.8 吸濕性(H) 按照“2.1.2.1”項(xiàng)下吸濕性測(cè)定。

2.4.2.9 相對(duì)均齊指數(shù)(Iθ) 將粉末依次過(guò)3～9號(hào)篩,振蕩5 min,分別記錄每個(gè)篩網(wǎng)截留的粉末質(zhì)量。取平均孔徑分別為300、230、180、150、125、106、75 mm篩網(wǎng)截留的粉末,計(jì)算相對(duì)均齊度指數(shù),公式為相對(duì)均齊度指數(shù)=Fm/[100+(dm-dm-1)×Fm-1+(dm+1-dm)×Fm+1+(dm-dm-2)×Fm-2+…+(dm+n-dm)×Fm+n]。

其中,Fm為中間粒徑范圍粉末的質(zhì)量百分比,Fm-1為中間粒徑范圍下一層粉末的質(zhì)量百分比,Fm+1為中間粒徑范圍上一層粉末的質(zhì)量百分比,n為所確定的粒徑范圍個(gè)數(shù),dm為中間粒徑范圍的粉末平均粒徑,dm-1為中間粒徑范圍下一層的粉末平均粒徑,dm+1為中間粒徑范圍上一層的粉末平均粒徑。

2.4.3 物理指紋圖譜指標(biāo)的轉(zhuǎn)化 由于各二級(jí)指標(biāo)的量綱存在差異,因此需要對(duì)各指標(biāo)的數(shù)值進(jìn)行轉(zhuǎn)換,各指標(biāo)的轉(zhuǎn)換公式[6-8]及結(jié)果見(jiàn)表8。

表8 各二級(jí)物理指標(biāo)轉(zhuǎn)化公式及轉(zhuǎn)化結(jié)果

2.4.4 物理指紋圖譜的構(gòu)建 采用OriginPro 2023b作圖軟件將“2.4.3”項(xiàng)下轉(zhuǎn)化得到的數(shù)值構(gòu)建婷柳噴干粉物理指紋圖譜,見(jiàn)圖7。

圖7 不同批次婷柳噴干粉物理指紋圖譜及其對(duì)照?qǐng)D譜

2.4.5 物理指紋圖譜相似度分析 采用SPSS 27.0軟件中的皮爾遜相關(guān)系數(shù)法,將10批樣品物理指紋圖譜與對(duì)照指紋圖譜進(jìn)行相似度分析,實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表9。

表9 10批婷柳噴干粉物理指紋圖譜相似度評(píng)價(jià)結(jié)果

結(jié)果表明,P1～P10物理指紋圖譜與其對(duì)照?qǐng)D譜的相似度分別為0.999、0.997、1.000、0.999、1.000、0.998、0.998、1.000、1.000、1.000,表明其物理屬性一致性良好,性質(zhì)穩(wěn)定。

3 討論

婷柳提取液中主要以黃酮類(lèi)成分為主,還有一些有機(jī)酸和小分子糖,在噴霧干燥過(guò)程中極易發(fā)生熱熔性粘壁,損耗極大,僅僅通過(guò)調(diào)節(jié)工藝參數(shù)很難有效改善這種情況,因此考慮加入輔料。輕質(zhì)氧化鎂[9]可以顯著改善浸膏噴霧干燥過(guò)程中的粘壁現(xiàn)象,能夠提高得粉率,故選擇加入輕質(zhì)氧化鎂為主;同時(shí)發(fā)現(xiàn)單一輔料噴霧干燥所得粉體易黏結(jié),不利于后續(xù)制劑成型,需添加其他輔料進(jìn)一步改善粉體性質(zhì)。

研究發(fā)現(xiàn),二元輔料混合時(shí)加入麥芽糊精、二氧化硅、羥丙基-β-環(huán)糊精相較于只加入輕質(zhì)氧化鎂能提高得率,其中麥芽糊精提高最多,而且麥芽糊精能夠改變粉末的吸濕性,二氧化硅能改變噴干粉的流動(dòng)性,羥丙基-β-環(huán)糊精能夠改善粉末的穩(wěn)定性。在此基礎(chǔ)上,研究三元輔料的加入,在總輔料量相同情況的前提下,加入輕質(zhì)氧化鎂、麥芽糊精、羥丙基-β-環(huán)糊精3種輔料相較只加入輕質(zhì)氧化鎂及麥芽糊精所得噴干粉得率更高、流動(dòng)性更好,故最終確定加入3種輔料為輕質(zhì)氧化鎂、麥芽糊精及羥丙基-β-環(huán)糊精。

本研究采用混料設(shè)計(jì)方法,確定3種輔料與提取液配比。以得粉率為主要評(píng)價(jià)指標(biāo),對(duì)婷柳提取液的噴霧干燥進(jìn)行研究,兼顧考慮了提高噴干粉得率、改善噴干粉性質(zhì),獲得便于進(jìn)行進(jìn)一步制劑研究的噴干粉。同時(shí)構(gòu)建了10批婷柳噴干粉的物理指紋圖譜,選擇5個(gè)一級(jí)指標(biāo)、9個(gè)二級(jí)指標(biāo)作為評(píng)價(jià)指標(biāo),可以較為全面地評(píng)價(jià)所選工藝的優(yōu)劣。

干膏粉作為中藥固體制劑的中間體,當(dāng)前對(duì)其質(zhì)量評(píng)價(jià)主要集中在多指標(biāo)成分含量測(cè)定、化學(xué)指紋圖譜等化學(xué)層面,比較缺乏物理層面的質(zhì)量評(píng)價(jià);只注重化學(xué)成分層面的研究,不利于后續(xù)成型工藝的開(kāi)展。采用中藥粉體物理指紋圖譜對(duì)干膏粉物理形態(tài)進(jìn)行評(píng)價(jià),有利于后續(xù)成型工藝的穩(wěn)定可控,同時(shí)為建立全面的質(zhì)量評(píng)價(jià)體系提供了參考。同時(shí),現(xiàn)代中藥制劑生產(chǎn)過(guò)程中檢測(cè)指標(biāo)不夠全面,易導(dǎo)致成品的一致性不佳,因此,建立全面的物理屬性、化學(xué)屬性評(píng)價(jià)體系運(yùn)用于生產(chǎn)當(dāng)中對(duì)于成品一致性的提高有積極意義。本研究將繼續(xù)深入研究指標(biāo)成分、化學(xué)指紋圖譜方面的研究,以構(gòu)建更全面、系統(tǒng)的中藥干膏粉質(zhì)量評(píng)價(jià)體系。