養(yǎng)血清腦丸丸條制備工藝優(yōu)化

趙舒婷，趙萬順，齊敏超，熊皓舒，章順楠，柳文媛

（1.中國藥科大學(xué)，江蘇 南京 211198； 2.天士力醫(yī)藥集團(tuán)股份有限公司，中藥先進(jìn)制造技術(shù)國家地方聯(lián)合工程實(shí)驗(yàn)室，創(chuàng)新中藥關(guān)鍵技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，天津 300410）

丸劑是中藥傳統(tǒng)劑型之一，工業(yè)生產(chǎn)主要采用塑制法，其可通過生產(chǎn)設(shè)備的參數(shù)設(shè)定一次成型制丸［1-2］。受設(shè)備機(jī)械力的影響，原輔料會(huì)發(fā)生氧化、水解等化學(xué)反應(yīng)，工藝參數(shù)不同會(huì)影響終產(chǎn)品物理化學(xué)性質(zhì)［3］。目前丸劑工藝質(zhì)量控制多依靠主觀經(jīng)驗(yàn)，缺乏系統(tǒng)的物性數(shù)據(jù)積累，因此探究工藝參數(shù)對(duì)輸出物料的物性影響規(guī)律尤為重要。養(yǎng)血清腦丸為濃縮丸劑［4］，制丸機(jī)擠出丸條后通過搓丸刀制得素丸，丸條的硬度、黏性等很大程度上決定最終丸劑質(zhì)量［5］。因此本實(shí)驗(yàn)針對(duì)丸條開發(fā)了質(zhì)構(gòu)屬性表征方法，質(zhì)構(gòu)儀近年來在中藥提取物、丸塊軟材、丸條、丸粒的物性測定應(yīng)用逐漸增多［6-10］，其可通過測定樣品受力后力、位移、時(shí)間的變化客觀反映樣品物理特性［11］。

人用藥品注冊(cè)技術(shù)要求國際協(xié)調(diào)會(huì)議（ICH）發(fā)布的協(xié)調(diào)指導(dǎo)原則Q8 中［12］將設(shè)計(jì)空間定義為能夠保證產(chǎn)品質(zhì)量的輸入變量與工藝參數(shù)的多維組合和交互作用范圍。因此本實(shí)驗(yàn)針對(duì)制丸工藝中的“合坨-擠條” 工藝單元進(jìn)行研究，基于質(zhì)量源于設(shè)計(jì)（QbD）理念，在對(duì)丸條物性表征基礎(chǔ)上，以實(shí)驗(yàn)室小試的方式，探究養(yǎng)血清腦丸工藝過程與成品間質(zhì)量關(guān)系［13-14］，并討論了其應(yīng)用于工業(yè)大生產(chǎn)的潛在風(fēng)險(xiǎn)，以期為實(shí)際生產(chǎn)中工藝參數(shù)調(diào)節(jié)提供參考。

1 材料

1.1 儀器 電子天平（型號(hào)TC10K，常熟市雙杰測試儀器廠）； 質(zhì)構(gòu)儀配套刀型探頭（型號(hào)TMS-Pilot，力量感應(yīng)單元50 N，美國Food Technology 公司）； 濕法混合制粒機(jī)（型號(hào)HLSG10，上海天祥健臺(tái)制藥機(jī)械有限公司）； 速控高效全自動(dòng)制丸機(jī)（型號(hào)YUJ-16A，天水華圓制藥設(shè)備科技有限責(zé)任公司）。

1.2 樣品 養(yǎng)血清腦丸丸條由實(shí)驗(yàn)室速控高效全自動(dòng)制丸機(jī)制得； 養(yǎng)血清腦分散物由天士力醫(yī)藥集團(tuán)股份有限公司提供。

2 方法與結(jié)果

2.1 丸條質(zhì)構(gòu)屬性表征方法開發(fā)

2.1.1 測試模式與探頭選擇 參考文獻(xiàn)［7，10］方法，養(yǎng)血清腦丸條直徑為3 mm 左右，可承受壓縮距離較短，因此宜選用質(zhì)構(gòu)儀測試系統(tǒng)中的壓縮模式。

車間配備制丸機(jī)是用2 個(gè)搓丸刀從左右兩側(cè)對(duì)藥條實(shí)現(xiàn)切斷、搓圓，而質(zhì)構(gòu)儀配套的單刀剪切探頭以壓縮程序?qū)悠愤M(jìn)行測定時(shí)，以下壓切割后抬起回程的方式對(duì)搓丸過程進(jìn)行模擬，符合制丸機(jī)原理，切割面范圍較小且精準(zhǔn)，在不破壞樣品狀態(tài)基礎(chǔ)上更全面表征丸條內(nèi)部性質(zhì)。

實(shí)際生產(chǎn)過程中物料黏附性為重要質(zhì)控指標(biāo)，當(dāng)丸條黏性過大時(shí)易出現(xiàn)相互黏連及黏刀現(xiàn)象，丸條黏性過小時(shí)，丸條韌性差易斷條且表面粗糙出現(xiàn)裂紋，降低生產(chǎn)效率的同時(shí)，制得丸粒圓整度差。丸條硬度及內(nèi)部聚合度也將影響制丸得率，若丸條硬度過大，內(nèi)部聚合緊密，切斷丸條所需作用力較大，搓丸時(shí)易出現(xiàn)丸粒未分開現(xiàn)象，若丸條硬度過小，內(nèi)部聚合疏松，在制丸過程中易受機(jī)械牽拉導(dǎo)致丸條被拉細(xì)，影響丸粒大小、質(zhì)量。因此應(yīng)開發(fā)相關(guān)質(zhì)構(gòu)方法對(duì)丸條硬度、粘附力、內(nèi)部聚合度為評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行量化表征。如圖1 所示，F(xiàn)1為探頭下壓至設(shè)定壓縮距離的最大受力，可用來表示丸條受刀型探頭切割到最大程度對(duì)探頭的反作用力，可表示丸條硬度；S為探頭下壓至設(shè)定壓縮距離時(shí)的曲線與表示位移圍成的面積，是探頭切割丸條過程中所做功，可用于表示丸條的內(nèi)部聚合度；F2為探頭完成下壓后回到初始位置時(shí)受到的最大負(fù)向拉力，是探頭到達(dá)最深切割位置之后抬起時(shí)因丸條的黏附而受到的負(fù)向作用力，可表示丸條的最大粘附力。

圖1 力-位移曲線

2.1.2 方法開發(fā) 選擇速度為60 mm／min，起始力7.6 gf，壓縮距離分別為0.5、0.75、1.00、1.25、1.50、1.75、2.00 mm。設(shè)置壓縮距離為1.50 mm，起始力為7.6 gf，速度為30、40、50、60、70、80、90 mm／min，進(jìn)一步設(shè)置形變百分比為30%，速度為60 mm／min，起始力為3.6、5.6、7.6、9.6、11.7 gf。樣品為實(shí)驗(yàn)室制得丸條，因制得丸條屬性短時(shí)間內(nèi)會(huì)因水分的散失而迅速發(fā)生變化，因此本實(shí)驗(yàn)將其常溫密封放置24 h 以保證水分分散均勻、樣品性質(zhì)穩(wěn)定后進(jìn)行測定。測試時(shí)，將探頭置于置物臺(tái)5 mm 高度處，重復(fù)3 次，結(jié)果見圖2。

圖2 養(yǎng)血清腦丸丸條特征物性參數(shù)RSD （n＝3）

如圖2 所示，在改變壓縮距離的過程中，各參數(shù)有先下降后上升的趨勢(shì)； 當(dāng)壓縮距離為1.5 mm 時(shí)各參數(shù)RSD均小于10%，證明此時(shí)精密度良好，且錐入深度約為樣品高度一半，可測定丸條內(nèi)部切面的聚合度、黏度等物性指標(biāo)，因此確定壓縮距離為1.5 mm； 當(dāng)速度為60 mm／min 時(shí)各參數(shù)RSD 均小于10%，由于宜選用相對(duì)較大速度以保證測試過程中樣品自身變異程度小，因此確定速度為60 mm／min； 當(dāng)起始力3.6 gf 時(shí)各參數(shù)RSD 較小，且丸條自身較細(xì)，測試結(jié)果普遍偏小，因此較小的起始力可以得到相對(duì)準(zhǔn)確的結(jié)果，而小于3.6 gf 時(shí)在試驗(yàn)過程中易受干擾，出現(xiàn)錯(cuò)誤位置開始記錄參數(shù)的現(xiàn)象，最終確定為3.6 gf。綜上所述，最佳條件為壓縮距離1.5 mm，速度60 mm／min，起始力3.6 gf。

2.1.3 方法學(xué)考察

2.1.3.1 精密度試驗(yàn) 取養(yǎng)血清腦丸丸條適量，在上述條件下進(jìn)樣測定6 次，測得硬度、最大粘附力、內(nèi)部聚合度RSD 分別為1.80%、5.19%、3.92%，表明儀器精密度良好。

2.1.3.2 重復(fù)性試驗(yàn) 取同一份養(yǎng)血清腦丸丸條，分為6份，在上述條件下進(jìn)樣測定，測得硬度、最大粘附力、內(nèi)部聚合度RSD 分別為5.52%、5.91%、7.44%，表明該方法重復(fù)性良好。

2.1.3.3 穩(wěn)定性試驗(yàn) 取養(yǎng)血清腦丸丸條適量，分別于放置時(shí)間0、5、15、30、60、90 min 時(shí)在上述條件下進(jìn)樣測定，計(jì)算RAD，結(jié)果見表1。由此可知，在放置時(shí)間為5 min時(shí)各指標(biāo)RAD 均小于5%，表明丸條在5 min 內(nèi)穩(wěn)定性良好，測定結(jié)果不會(huì)受順序影響。在實(shí)際生產(chǎn)過程中，丸條擠出隨即搓丸，無多余停留時(shí)間，因此結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)工藝和穩(wěn)定性驗(yàn)證參數(shù)，在后續(xù)試驗(yàn)中均需保證制得丸條測試過程在5 min 內(nèi)完成。

表1 穩(wěn)定性試驗(yàn)結(jié)果

2.1.3.4 特異性試驗(yàn) 取不同載藥量的養(yǎng)血清腦丸丸條，在上述條件下進(jìn)樣測定3 次，計(jì)算同一載藥量組內(nèi)RSD 及不同載藥量組間RSD，結(jié)果見表2。由此可知，各參數(shù)組內(nèi)與組間RSD 均有顯著差異，表明該方法特異性良好。

表2 特異性試驗(yàn)結(jié)果

2.2 單因素試驗(yàn)

2.2.1 加水量 加水量是合坨過程中潛在的關(guān)鍵工藝參數(shù)，其大小改變合坨產(chǎn)物軟硬度的同時(shí)會(huì)影響藥物中黏性物質(zhì)溶出比例。根據(jù)預(yù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，加水量小于7%時(shí)丸塊過硬，影響機(jī)器擠出，制得丸條斷條嚴(yán)重，影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果準(zhǔn)確，大于11%時(shí)丸塊過軟，因此取同一批養(yǎng)血清腦分散物，調(diào)整加水量為7%、8%、9%、10%、11%，放置時(shí)間為0 h，測定其對(duì)應(yīng)制得丸條參數(shù)。由圖3 可知，在增大加水量過程中，丸條各參數(shù)均呈現(xiàn)下降趨勢(shì)。由表3 可知，在增大加水量過程中，斷條情況并沒有明顯變化，丸條得率下降，表明粘附在設(shè)備上的物料量隨加水量上升而增多。

表3 丸條評(píng)價(jià)單因素試驗(yàn)結(jié)果

圖3 加水量對(duì)丸條物性影響單因素試驗(yàn)結(jié)果

2.2.2 放置時(shí)間 參考車間實(shí)際情況，在生產(chǎn)過程中會(huì)因設(shè)備維修、樣品狀態(tài)不佳等突發(fā)事件造成生產(chǎn)中斷，得到的工藝中間體需放置一定時(shí)間后才可恢復(fù)生產(chǎn)，根據(jù)現(xiàn)場情況放置時(shí)間一般不超過1 h，為探究其對(duì)丸條物性狀態(tài)影響程度，控制載藥量為62%，加水量為9%，設(shè)置放置時(shí)間為0、0.5、1、1.5 h。如圖4 所示，在延長放置時(shí)間過程中丸條各參數(shù)變化均不明顯，丸條得率呈現(xiàn)波動(dòng)趨勢(shì)認(rèn)為僅在1.5 h 內(nèi)延長放置時(shí)間，不改變其他條件時(shí)，放置時(shí)間對(duì)工藝中間體影響較小。

圖4 放置時(shí)間對(duì)丸條物性影響單因素試驗(yàn)結(jié)果

2.2.3 載藥量 在實(shí)際生產(chǎn)過程中因藥物提取物成分復(fù)雜，每批次提取物受藥材差異及其他因素影響出膏率會(huì)產(chǎn)生一定程度波動(dòng)，因此在處方搭配過程中易出現(xiàn)載藥量在一定區(qū)間內(nèi)波動(dòng)現(xiàn)象。根據(jù)預(yù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，載藥量小于57%時(shí)丸塊過干，難以聚合成團(tuán)無法進(jìn)行續(xù)制條操作； 載藥量大于62%時(shí)丸塊過于黏軟，不易成坨，因此控制加水量為9%，放置時(shí)間為0 h，通過添加輔料微晶纖維素調(diào)整載藥量為57%、58%、59%、60%、61%、62%。如圖5 所示，在改變載藥量過程中，丸條屬性呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，在58% ～61%范圍內(nèi)變化尤為顯著； 載藥量為57% 時(shí)，丸條斷條次數(shù)顯著上升，證明載藥量過低時(shí)丸條內(nèi)部因缺少黏性物質(zhì)導(dǎo)致內(nèi)部聚合度較差，丸條韌性差易斷裂。

圖5 載藥量對(duì)丸條物性影響單因素試驗(yàn)結(jié)果

2.3 Box-Behnken 響應(yīng)面法 根據(jù)單因素試驗(yàn)結(jié)果，選擇放置時(shí)間（A）、載藥量（B）、加水量（C）作為影響因素，設(shè)計(jì)三因素三水平試驗(yàn)，重復(fù)3 次，結(jié)果見表4。

表4 Box-Behnken 響應(yīng)面法設(shè)計(jì)與結(jié)果

采用Design Expert 11.0 軟件對(duì)表4 數(shù)據(jù)進(jìn)行二次多項(xiàng)式擬合，得方程為Y硬度＝74.99-28.28B-23.88C-19.95BC＋20.94C2，Y最大粘附力＝25.35-7.77B-5.13C-6.25BC＋4.62C2，Y內(nèi)部聚合度＝53.55-18.67B-14.56C-16.32BC＋14.34C2，結(jié)果見表5。模型的校正決定系數(shù)Radj2 分別為0.899 6、0.859 8、0.877 1、說明模型擬合性能良好，能解釋大部分變異； 預(yù)測決定系數(shù)RPred2分別為0.844 2、0.793 0、0.792 0，說明模型預(yù)測性能良好，可用于預(yù)測實(shí)際工藝中制得丸條物性狀態(tài)。方差分析見表6，可知各模型P＜0.000 1，失擬值＞0.05，表明模型擬合度高。

表5 回歸模型分析

表6 方差分析

結(jié)合回歸方程分析，放置時(shí)間對(duì)丸條物性無影響，載藥量、加水量、兩項(xiàng)交互項(xiàng)及加水量二次項(xiàng)對(duì)丸條物理狀態(tài)呈現(xiàn)顯著影響，關(guān)鍵工藝參數(shù)對(duì)于丸條質(zhì)構(gòu)參數(shù)影響程度依次為載藥量＞加水量。在制丸工藝中物料合坨后的放置時(shí)間時(shí)間對(duì)最終產(chǎn)出丸條并沒有明顯影響，丸條物性不同是由于載藥量及加水量不同導(dǎo)致。

圖6 為擬合的等高線圖。載藥量對(duì)于丸條硬度、最大粘附力、內(nèi)部聚合度影響為線性負(fù)相關(guān)。由于養(yǎng)血清腦丸屬于濃縮丸劑，需加入輔料使丸劑成型，當(dāng)載藥量上升時(shí)，輔料質(zhì)量百分比下降，輔料的賦形能力減弱使丸條變得疏松黏軟，因此隨著載藥量的增大，丸條硬度、最大粘附力、內(nèi)部聚合度會(huì)隨之減小。載藥量與加水量之間具有交互作用，載藥量處于較低水平時(shí)，輸入物料藥物含量相對(duì)較小，加水量上升其可溶出黏性物質(zhì)較少且較多賦形劑可與水結(jié)合保持丸條物性穩(wěn)定，此時(shí)改變加水量對(duì)丸條物性參數(shù)不產(chǎn)生顯著影響。載藥量越高丸條物料對(duì)加水量改變?cè)矫舾?，加水量越大，丸條物性參數(shù)均有減小趨勢(shì)，其中同一載藥量，硬度減小程度最大，最大粘附力減小程度最小。

圖6 等高線圖

此外，加水量與丸條物性參數(shù)存在二次函數(shù)關(guān)系，說明當(dāng)加水量增大到一定程度時(shí)，物料經(jīng)制丸機(jī)機(jī)械擠出這一操作后，整體松軟狀態(tài)會(huì)有所調(diào)整，但丸條內(nèi)所含黏性物質(zhì)會(huì)更多的溶出增加丸條內(nèi)部物料聚集程度及其相互作用力，使其硬度、內(nèi)部聚合度、最大粘附力均有一定程度上的增加。

3.4 設(shè)計(jì)空間的建立 由于中藥處方搭配復(fù)雜，提取物屬性差異會(huì)引起載藥量波動(dòng)，因此在工藝過程中需根據(jù)不同載藥量選擇最佳加水量與之進(jìn)行搭配，使制丸過程順暢，從工藝前端控制產(chǎn)品質(zhì)量。因此，根據(jù)生產(chǎn)多批次數(shù)據(jù)及現(xiàn)場操作經(jīng)驗(yàn)，得率大于80%并且斷條次數(shù)小于17 次時(shí)為正常生產(chǎn)狀態(tài)，反之則為異常生產(chǎn)狀態(tài)。如圖7 所示，劃定可接受物性參數(shù)范圍，即以兩虛線間物性參數(shù)取整數(shù)位標(biāo)準(zhǔn)建立設(shè)計(jì)空間，見圖8。

圖7 物性參數(shù)分布圖

圖8 設(shè)計(jì)空間

為了驗(yàn)證方法應(yīng)用效果，選取3 種載藥量，基于建立的設(shè)計(jì)空間來計(jì)算適宜加水量并制條，結(jié)果見表7，可知制得丸條均勻，無斷條現(xiàn)象，相對(duì)偏差均＜10%，表明在設(shè)計(jì)空間內(nèi)對(duì)關(guān)鍵工藝參數(shù)進(jìn)行調(diào)整可以確保工藝狀態(tài)與輸出物料質(zhì)量始終處于良好水平。

表7 設(shè)計(jì)空間驗(yàn)證試驗(yàn)結(jié)果

3 討論

中藥丸劑制備工藝流程較為復(fù)雜，通常由多個(gè)工藝單元組成，如混合煉藥、合坨、擠條制丸等。每個(gè)工藝單元得到終產(chǎn)品的物理屬性均會(huì)傳遞到下一工藝單元中，輸入物料物性狀態(tài)的變化可能導(dǎo)致工藝性能的波動(dòng)，造成機(jī)械的混合、揉搓、擠壓作用產(chǎn)生差異，最終可能對(duì)丸劑終產(chǎn)品的得率、均一性、崩解時(shí)限等質(zhì)量屬性產(chǎn)生影響。因此丸劑的工藝過程質(zhì)量控制思路，除應(yīng)關(guān)注藥效指標(biāo)及化學(xué)活性物質(zhì)物質(zhì)含量變化外，還應(yīng)對(duì)影響工藝性能、產(chǎn)品質(zhì)量一致性的物理屬性進(jìn)行控制。

養(yǎng)血清腦丸處方中含有11 味中藥，較為復(fù)雜，各中藥提取物的出膏率與物性狀態(tài)因藥材自身性質(zhì)而不同，因此在處方搭配過程中載藥量易產(chǎn)生波動(dòng)。根據(jù)載藥量的不同而調(diào)整其他關(guān)鍵工藝參數(shù)，對(duì)實(shí)現(xiàn)在工藝過程中保證產(chǎn)品質(zhì)量一致以及工藝順暢度尤為重要。因此本實(shí)驗(yàn)開發(fā)了針對(duì)養(yǎng)血清腦丸條的質(zhì)構(gòu)屬性表征方法，對(duì)丸條的物理屬性進(jìn)行全面表征，并采用試驗(yàn)設(shè)計(jì)的方法針對(duì)養(yǎng)血清腦丸條建立設(shè)計(jì)空間。此設(shè)計(jì)空間根據(jù)實(shí)驗(yàn)室小試結(jié)果建立，初步對(duì)工藝中關(guān)鍵工藝參數(shù)對(duì)產(chǎn)出物物性參數(shù)影響進(jìn)行量化表征，若將其放大應(yīng)用在實(shí)際生產(chǎn)中仍需要考慮機(jī)械、人工、環(huán)境等其他因素對(duì)輸出物料狀態(tài)影響，并在中試規(guī)模下進(jìn)一步驗(yàn)證。后續(xù)將進(jìn)一步收集生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)，優(yōu)化設(shè)計(jì)空間，以期實(shí)現(xiàn)在大規(guī)模生產(chǎn)投料前根據(jù)不同載藥量對(duì)加水量進(jìn)行調(diào)整，以保證工藝輸出物料物性始終控制在合格范圍內(nèi)，提高制丸工藝生產(chǎn)效率，保證產(chǎn)品質(zhì)量一致性。