基于AHP-CRITIC 混合加權(quán)法和Box-Behnken 設(shè)計-響應(yīng)面法優(yōu)化羌芩顆粒成型工藝及其物理指紋圖譜研究

丁 涵，徐忠坤 ，王振中 ，肖 偉,

1. 南京中醫(yī)藥大學(xué)，江蘇 南京 210023

2. 江蘇康緣藥業(yè)股份有限公司，江蘇 連云港 222001

3. 中藥制藥過程控制與智能制造技術(shù)全國重點實驗室，江蘇 連云港 222001

羌芩合劑，又名上感顆粒、上感合劑，處方源于江蘇省中醫(yī)院奚肇慶教授在《傷寒論》小柴胡湯合羌藍(lán)石膏湯的基礎(chǔ)上加減化裁而成，其處方由黃芩、柴胡、羌活、青蒿等9 味藥組成，全方共奏衛(wèi)氣同治、清熱透表之功效。該藥作為醫(yī)院制劑使用多年，臨床用于多種病毒感染的治療，具有退熱效果顯著，安全性好的特點。但因劑型為合劑，存在服用量大，存儲、攜帶不便等缺點。為擴大臨床使用范圍，提高患者的順從性，擬將其開發(fā)成顆粒劑。目前，有關(guān)上感顆粒的報道主要集中于其治療急性上呼吸道感染發(fā)熱的臨床研究[1-4]及抗病毒、免疫調(diào)節(jié)作用研究[5-8]，而前期制劑的制備工藝和質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)研究尚有不足。因此，本實驗基于質(zhì)量源于設(shè)計（quality by design，QbD）理念，通過考察羌芩顆粒制劑原料的物理特性，采用AHP-CRITIC 多指標(biāo)綜合加權(quán)評分結(jié)合Box-Behnken 設(shè)計-響應(yīng)面法、單形格子混料設(shè)計優(yōu)選羌芩顆粒最佳工藝。采用粉體學(xué)評價方法對羌芩顆粒各項物理質(zhì)量屬性指標(biāo)進(jìn)行綜合表征，建立顆粒物理指紋圖譜，評價不同批次間顆粒的質(zhì)量一致性，從而提升顆粒質(zhì)量的穩(wěn)定性及生產(chǎn)工藝的可控性，為該品種的研發(fā)及工藝放大提供依據(jù)。

1 儀器與材料

1.1 儀器

BT1001 型智能粉體特性測試儀、Bettersize 2600 型激光粒度分布儀，丹東百特儀器有限公司；GL2-25 型干法制粒機，張家港開創(chuàng)機械制造有限公司；LHS-250HC-II 型恒溫恒濕箱、DHG-9145A 型電熱鼓風(fēng)干燥箱、HWS26 型電熱恒溫水浴鍋，上海一恒科學(xué)儀器有限公司；Mettler Toledo 204 型電子天平，瑞士梅特勒-托利多有限公司；MYP11-2 型磁力攪拌器，上海梅穎浦儀器儀表制造有限公司。

1.2 材料

15 批羌芩顆粒干膏粉（Z230201～Z230305，采用Z1～Z15 表示），由江蘇康緣藥業(yè)股份有限公司提供；糊精（批號20220511B）、玉米淀粉（批號20221014），曲阜市天利藥用輔料有限公司；麥芽糊精（批號F2201049），吉林中糧生化能源銷售有限公司；微晶纖維素SH-302（批號B220401），安徽山河藥用輔料有限公司；可溶性淀粉（批號F2207034），湖北展望藥業(yè)有限公司；乳糖（批號2206007），江蘇道寧藥業(yè)有限公司；甘露醇（批號2111162），西隴化工股份有限公司；甜菊糖苷（批號20221220），曲阜圣仁制藥有限公司；阿司帕坦（批號103420230103），湖南爾康制藥股份有限公司；三氯蔗糖（批號20220301），江西阿爾法高科藥業(yè)有限公司。

2 方法與結(jié)果

2.1 羌芩顆粒制備

將干膏粉與一定比例的輔料混合均勻，置于干法制粒機進(jìn)料斗中，調(diào)節(jié)滾輪壓力、送料頻率、滾輪頻率、制粒頻率后，壓制胚片，粉碎，制粒，整粒，即得。

2.2 中間體物性參數(shù)測定

2.2.1 成型率 參照《中國藥典》2020 年版四部0104 顆粒劑項下粒度檢查法（0982 第二法雙篩分法）測定。取能通過一號篩但不能通過五號篩的顆粒及粉末，稱定質(zhì)量，本實驗以3 次壓制成型所收集顆粒的質(zhì)量占總顆粒質(zhì)量的百分比計算成型率。

成型率＝通過一號篩但不通過五號篩的顆粒質(zhì)量/送料質(zhì)量

2.2.2 吸濕率（H） 將干燥的扁形稱量瓶放入恒溫恒濕箱（25 ℃、75% RH）飽和12 h。取“2.2.1”項下合格顆粒約2 g，精密稱定后平鋪于上述稱量瓶底部，厚度約為2 mm。稱量瓶（蓋打開）放置于上述恒溫恒濕條件下24 h，取出并蓋好瓶蓋，稱定質(zhì)量，計算H。

H＝(吸濕后樣品質(zhì)量-吸濕前樣品質(zhì)量)/吸濕前樣品質(zhì)量

2.2.3 溶化性 根據(jù)《中國藥典》2020 年版及文獻(xiàn)報道[9]，取“2.2.1”項下合格顆粒5 g，加100 mL熱水?dāng)嚢? min，5 000 r/min 離心10 min，精密吸取上清液20 mL，將其置于已恒定質(zhì)量的蒸發(fā)皿中水浴蒸干，60 ℃下殘渣干燥至恒定質(zhì)量，計算溶化率。

溶化率＝溶化顆粒質(zhì)量/顆?？傎|(zhì)量

2.2.4 休止角（α） 使用BT-1001 智能粉體特性測定儀測定。將“2.2.1”項下合格顆粒加入進(jìn)料口，樣品通過帶篩下口徑為10 mm 漏斗均勻流下，灑落到α測量平臺并逐漸形成錐體。當(dāng)樣品落滿平臺形成穩(wěn)定且對稱的圓錐體，且在平臺周圍都有樣品落下時停止加料。進(jìn)料完成后，測量圓錐體斜面與平面的夾角，記錄儀器讀數(shù)，平行測定3 次取平均值即得α。

2.2.5 含水量（HR） 參照《中國藥典》2020 年版四部0832 水分測定法項（烘干法）測定。根據(jù)減失的質(zhì)量，計算供試品中HR。

HR＝(干燥前樣品質(zhì)量-干燥后樣品質(zhì)量)/干燥前樣品質(zhì)量

2.2.6 粒徑（D10、D50、D60、D90） 使用激光粒度分布儀，取待測樣品約10 g，加入激光粒度分布儀干法進(jìn)樣口中，以空氣為媒介，分別測定累積粒度分布百分?jǐn)?shù)達(dá)到10%、50%、60%、90%時所對應(yīng)的粒徑D10、D50、D60、D90，并計算均齊度（UN）、粒徑分布寬度（span）和范圍（width），公式如下。

UN＝D60/D10

span＝(D90-D10)/D50

width＝D90-D10

2.2.7 均勻性（HG）和比表面積（SSA） 采用激光粒度分布儀測定。取待測樣品約10 g 置于干法分散系統(tǒng)的儲料漏斗中，以空氣為分散介質(zhì)，控制遮光率為5%～10%，測定樣品的HG 和SSA。

2.2.8 粒徑＜50 μm 百分比（Pf） 采用激光粒度分布儀測定。取待測樣品約10 g 置于干法進(jìn)樣料斗中，以空氣為分散介質(zhì)，壓力為0.25 MPa，折光率為3%～12%，計算Pf。

2.2.9 松裝密度（Da） 采用粉體綜合特性測試儀測定。待測樣品經(jīng)振動過篩落入密度容器（體積為V）中，當(dāng)樣品充滿密度容器并溢出時停止加料，用刮板刮去多余的粉體，稱量容器的質(zhì)量（G1）及容器和樣品的總質(zhì)量（G2），計算Da。

Da＝(G2-G1)/V

2.2.10 振實密度（Dc） 采用粉體綜合特性測試儀測定。將樣品加入Dc組件中，至樣品的上端達(dá)到透明部分的一半高度，蓋好筒蓋，經(jīng)5 min 上下振動后取出Dc組件。按上述操作稱量容器的質(zhì)量（M1）及容器和樣品的總質(zhì)量（M2），計算Dc。

Dc＝(M2-M1)/V

2.2.11 豪斯納比（IH） 由Da和Dc計算而得。

IH＝Dc/Da

2.2.12 卡爾指數(shù)（IC） 由Da和Dc計算而得。

IC＝(Dc-Da)/Dc

2.2.13 顆粒間孔隙率（Ie） 由Da和Dc計算而得。

Ie＝(Dc-Da)/DcDa

2.3 羌芩顆粒干法制粒工藝優(yōu)選

2.3.1 關(guān)鍵工藝參數(shù)（critical process parameters，CPPs）的確定 在失效模式與效應(yīng)分析（failure mode and effects analysis，F(xiàn)MEA）識別中藥干法制粒相關(guān)風(fēng)險因素的基礎(chǔ)上，將BN 中的中、高風(fēng)險點確定為考察的主要工藝因素[10]，選擇送料頻率、滾輪頻率和滾輪壓力作為干法制粒的CPPs。

2.3.2 關(guān)鍵質(zhì)量屬性（critical quality attributes，CQAs）的確定 參照《中國藥典》2020 年版四部通則0104，選擇顆粒劑CQAs 為成型率、溶化性、水分、裝量差異。吸濕性是影響中藥顆粒品質(zhì)和穩(wěn)定性的重要指標(biāo)，吸濕性的大小直接影響顆粒的生產(chǎn)和儲存以及其包裝保存后HR；而流動性的大小關(guān)系到后期制劑生產(chǎn)時的裝量差異[11]。因此根據(jù)實際生產(chǎn)經(jīng)驗，確定成型率、溶化率、H、α這4 個指標(biāo)為羌芩顆粒處方工藝的CQAs。

2.3.3 Box-Behnken 實驗 根據(jù)前期單因素考察結(jié)果，確定CPPs 的范圍為送料頻率25～45 Hz，滾輪頻率8～16 Hz，滾輪壓力30～50 kg/cm2，以制劑原料特性相關(guān)的評價指標(biāo)成型率（Y1）、溶化率（Y2）、H、α作為CQAs，采用Design Expert 13 軟件進(jìn)行Box-Behnken 設(shè)計，方案與結(jié)果見表1。

表1 干法制粒工藝優(yōu)化Box-Behnken 實驗設(shè)計及結(jié)果Table 1 Dry granulation process optimization Box-Behnken experimental design table

2.4 綜合評價指標(biāo)權(quán)重的確立

2.4.1 層次分析（analytic hierarchy process，AHP）法：AHP 是一種主觀賦權(quán)法，以決策者的經(jīng)驗判斷各衡量指標(biāo)之間能夠?qū)崿F(xiàn)的標(biāo)準(zhǔn)之間的相對重要程度，并計算得出每個指標(biāo)的權(quán)重，比較適用于多層次指標(biāo)的權(quán)重分析[12]。根據(jù)顆粒性質(zhì)，確定各指標(biāo)的優(yōu)先順序：成型率＞溶化率＞H＞α，以此構(gòu)成成對比較的判斷優(yōu)先矩陣，并獲得各項指標(biāo)的相對評分，指標(biāo)成對比較的判斷優(yōu)先矩陣見表2。根據(jù)表2評分結(jié)果，AHP 法計算得到成型率、溶化率、H、α4 項指標(biāo)權(quán)重系數(shù)分別為0.557 7、0.259 4、0.112 4、0.070 5。一致性因子比例為0.026＜0.10，即指標(biāo)成對比較的判斷矩陣具有滿意的一致性，權(quán)重系數(shù)有效[13]。

表2 AHP 法指標(biāo)成對比較的判斷優(yōu)先矩陣Table 2 Judgment priority matrix for pairwise comparison of AHP indicators

2.4.2 基于指標(biāo)相關(guān)性的權(quán)重確定方法（criteria importance through intercriteria correlation，CRITIC）是一種客觀賦權(quán)計算模型，其以評價指標(biāo)之間的變異性和沖突性為基礎(chǔ)，分別通過標(biāo)準(zhǔn)差和相關(guān)系數(shù)的形式體現(xiàn)評價指標(biāo)之間的變異性和沖突性。將表2 中成型率、α、溶化率、H4 項考察指標(biāo)試驗數(shù)據(jù)進(jìn)行線性插值處理[14]，對于越大越好的指標(biāo)（如成型率、溶化率）采用公式：標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)＝(實測值-最小值)/(最大值-最小值)×100；對于越小越好的指標(biāo)（如α、H）采用公式：標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)＝(最大值-實測值)/(最大值-最小值)×100，用SPSS 在線統(tǒng)計軟件處理數(shù)據(jù)，計算得到成型率、溶化率、H、α的權(quán)重系數(shù)分別為0.311 5、0.238 7、0.213 9、0.235 9。

2.4.3 AHP-CRITIC 混合加權(quán)法 AHP 計算權(quán)重系數(shù)時主觀性強于CRITIC，而CRITIC 相對于AHP 能更客觀評價各指標(biāo)的權(quán)重系數(shù)，將2 種方法相結(jié)合能更加合理地計算出綜合權(quán)重。通過AHP-CRITIC混合加權(quán)法計算得到成型率、溶化率、H、α各指標(biāo)權(quán)重系數(shù)（ωAHP-CRITIC，計算公式ωAHP-CRITIC＝ωAHPωCRITIC/∑ωAHPωCRITIC）分別為0.628 7、0.224 1、0.087 0、0.060 2。

2.4.4 綜合評價結(jié)果的比較和確定 分別采用經(jīng)AHP 法、CRITIC 法及AHP-CRITIC 混合加權(quán)法分析得到的權(quán)重系數(shù)對實驗結(jié)果進(jìn)行綜合評分比較，結(jié)果見表3。對3 種方法得到的綜合評分結(jié)果采用Spearman 方法進(jìn)行相關(guān)性分析，結(jié)果顯示，AHP 法與CRITIC法評分相關(guān)系數(shù)為0.739，AHP法與AHPCRITIC 混合加權(quán)法評分相關(guān)系數(shù)為0.992，CRITIC法與AHP-CRITIC 混合加權(quán)法評分相關(guān)系數(shù)為0.706，三者呈顯著正相關(guān)（P＜0.01），說明3 種權(quán)重方法得到的評分結(jié)果具有一致性。

表3 AHP、CRITIC、AHP-CRITIC 3 種賦權(quán)法的綜合評分結(jié)果Table 3 Comprehensive scoring results of three empowerment methods: AHP, CRITIC and AHP-CRITIC

同理，CRITIC 法與AHP 法權(quán)重系數(shù)的相關(guān)系數(shù)為0.800，二者相關(guān)性不顯著（P＝0.20＞0.05），說明二者所反映信息不具有疊加性。相比之下，AHP-CRITIC 混合加權(quán)法是從主觀和客觀2 個方面加以考慮，所體現(xiàn)的信息量也就更為全面，所得綜合評分結(jié)果更為科學(xué)、合理、更接近實際情況，具有可行性，因此，本研究采用AHP-CRITIC 混合加權(quán)法計算綜合評分（Y）。

Y＝成型率/最大成型率×ω成型率＋溶化率/最大溶化率×ω溶化率＋最小H/H×ωH＋最小α/α×ωα

2.5 關(guān)鍵工藝單元數(shù)學(xué)模型的建立

運用Design Expert 13 軟件對Y進(jìn)行2 次多元回歸擬合，得到多元回歸方程：Y＝97.17＋1.22X1-0.67X2＋1.60X3-0.08X1X2-0.34X1X3＋0.45X2X3-0.88X12-0.09X22-0.65X32，回歸模型方差分析結(jié)果見表4。根據(jù)方差分析結(jié)果，模型的R2＝0.965 8接近于1，說明通過二次回歸得到的模型與試驗結(jié)果擬合較好；2 次多元模型P值小于0.001，表明模型具有極顯著性；失擬項P值大于0.05，表明試驗誤差不顯著；模型的信噪比大于4，模型可信度較高；該模型具有統(tǒng)計學(xué)意義，可用于表示各因素與響應(yīng)值之間的關(guān)系。成型工藝考察的3 個因素中，送料頻率X1、滾輪頻率X2、滾輪壓力X3均為極顯著項；交互項無顯著項；二次項中，X12為極顯著項，X32為顯著項，X22為不顯著項，表明所選因素與響應(yīng)值并非簡單的線性關(guān)系。根據(jù)各因素F值大小，各因素對綜合評分的影響為滾輪壓力X3＞送料頻率X1＞滾輪頻率X2。

表4 Box-Behnken 響應(yīng)面實驗的方差分析結(jié)果Table 4 Analysis of variance results of Box-Behnken response surface experiment

通過軟件繪制各因素對羌芩顆粒成型工藝綜合評分影響的3D 響應(yīng)面圖，如圖1 所示。送料頻率A和滾輪壓力C對羌芩顆粒成型工藝綜合評分影響較大，形成的3D 響應(yīng)面曲線圖較陡峭。從圖的顏色變化可以初步判定，變化趨勢增加，其顏色也呈加深趨勢，顏色越接近紅色表明綜合評分越高。

圖1 各因素三維響應(yīng)面圖及等高線圖Fig.1 Three-dimensional response surface diagram and contour diagram of each factor

2.6 設(shè)計空間的建立

中藥制劑工藝設(shè)計空間的構(gòu)建是實施QbD 的重要步驟[15]，在設(shè)計空間范圍內(nèi)可根據(jù)生產(chǎn)設(shè)備條件、原料藥材的質(zhì)量以及不同的環(huán)境對工藝參數(shù)進(jìn)行靈活調(diào)節(jié)，提升過程質(zhì)量穩(wěn)定性，為口服固體制劑的生產(chǎn)優(yōu)化提供保障。

由于工業(yè)生產(chǎn)中最佳提取條件具有一定的局限性，故根據(jù)Box-Behnken 實驗所得結(jié)果，設(shè)定綜合評分≥97 分為優(yōu)化目標(biāo)，在送料頻率、滾輪頻率、滾輪壓力參數(shù)空間內(nèi)搜索滿足目標(biāo)的空間子集，構(gòu)成設(shè)計空間?？紤]到設(shè)計空間的邊界存在不確定性，因此加入95%的置信區(qū)間以縮減其區(qū)域范圍，結(jié)果應(yīng)用Overlay Plot 圖展示，結(jié)果如圖2 所示，暗黃色區(qū)域為置信區(qū)間決定的設(shè)計空間邊界，亮黃色區(qū)域為優(yōu)化后的顆粒設(shè)計空間。

圖2 羌芩顆粒干法制粒工藝參數(shù)設(shè)計空間Fig.2 Design space of Qianqian granule dry granulation process parameters

在干法制粒過程中，為方便控制顆粒CQAs，可在工藝參數(shù)設(shè)計空間內(nèi)獲取基于制劑質(zhì)量屬性達(dá)標(biāo)概率的控制空間?？紤]到實際生產(chǎn)情況，非矩形設(shè)計空間不便于操作，故選定如圖紅色矩形窗口截出區(qū)域為控制空間，在保證目標(biāo)要求符合的情況下確定羌芩顆粒干法制粒工藝參數(shù)的控制空間分別為送料頻率37～45 Hz，滾輪頻率8.0～11.8 Hz，滾輪壓力40～50 kg/cm2。

2.7 蒙特卡洛法驗證

采用Minitab Workspace 軟件中的Monte Carlo 模擬進(jìn)行設(shè)計空間驗證，定義輸入?yún)?shù)范圍分別為37 Hz＜送料頻率＜45 Hz，8.0 Hz＜滾輪頻率＜11.8 Hz，40 kg/cm2＜滾輪壓力＜50 kg/cm2，傳輸方程為BBD 所擬合的各因子（實際水平）方程，設(shè)置重復(fù)隨機抽樣50 000 次來模擬給定數(shù)學(xué)模型的數(shù)據(jù)，最終模擬的結(jié)果以過程能力指數(shù)（process capability index，CPK）來評估，根據(jù)國際標(biāo)準(zhǔn)，CPK＞1.33 時表明過程狀態(tài)良好，缺點較少。該設(shè)計空間在羌芩顆粒干法制粒工藝參數(shù)的驗證中，經(jīng)過參數(shù)優(yōu)化和敏感性分析，得到綜合評分的CPK 為1.92，大于1.33，表明設(shè)計空間內(nèi)的工藝參數(shù)經(jīng)模擬驗證制程能力較好。

2.8 制劑處方研究

2.8.1 矯味劑篩選 因本品口感欠佳，為了改善口感，提高患者服藥的順應(yīng)性，故在成型過程后期加入適量矯味劑。在糖尿病患者可服用的甜味劑限定范圍內(nèi)，低倍量甜味劑無法有效改善顆粒劑的苦味、酸味和殘留，甜菊糖苷、三氯蔗糖、阿司帕坦等高倍甜味劑甜度高，少量即可起到顯著的矯味作用。按照表5 配方比例制備混合物，取混合物10 g，加熱水200 mL 使溶解，由10 名感官評定人員組成的評定小組，從口感、異味、口腔余味（評分權(quán)重系數(shù)分別為0.4、0.3、0.3）3 方面對服用感受進(jìn)行評價，評價標(biāo)準(zhǔn)見表6。結(jié)果表明，加入0.8%三氯蔗糖制得的顆粒被接受程度最高，因此，確定矯味劑為三氯蔗糖，用量為顆粒的0.8%。

表5 矯味劑的配方比例及評分結(jié)果Table 5 Formula ratio and scoring results of corrigent

表6 矯味效果評價標(biāo)準(zhǔn)Table 6 Evaluation criteria for taste correction effect

評分＝0.4×(口感等級評分×人數(shù))＋0.3×(異味等級評分×人數(shù))＋0.3×(口腔余味等級評分×人數(shù))

2.8.2 輔料種類考察 本方中含有苷類藥效成分，制備成干膏粉在空氣中極易吸潮，導(dǎo)致在制粒過程中藥粉容易黏附在制粒機轉(zhuǎn)輪上。為了解決上述問題，需加入適宜輔料增加顆粒劑順應(yīng)性。本實驗考察了甘露醇、糊精、麥芽糊精等7 種輔料，每種輔料與干膏粉按3∶7 比例混合，每份100 g，進(jìn)行干法制粒，測定顆粒成型率、溶化率、H及制粒過程質(zhì)量評分[16]，結(jié)果見表7?？紤]到單一輔料對顆粒的制粒情況及顆粒特性的改善程度及范圍有限，為進(jìn)一步優(yōu)化處方，兼顧成本，在單一輔料的基礎(chǔ)上進(jìn)一步考察成型率、溶化性、抗吸濕性及制粒情況相對較好的甘露醇、麥芽糊精和糊精做為混合輔料用于羌芩顆粒的制備，最終優(yōu)選出適合制劑的輔料及用量。

表7 不同輔料制得顆粒的性質(zhì)Table 7 Properties of particles prepared by different auxiliary materials

2.8.3 單形格子設(shè)計 采用單形格子設(shè)計，以干膏粉與甘露醇（X1）、糊精（X2）和麥芽糊精（X3）的比例為考察因素，以顆粒成型率（Y1）、溶化率（Y2）、H、α為指標(biāo)，使用Design Expert 13 軟件，設(shè)定上下限：0≤X1≤100%；0≤X2≤100%；0≤X3≤100%；X1＋X2＋X3＝100%，生成混料設(shè)計表，按比例稱取干膏粉及輔料，每份100 g，在制粒控制空間范圍內(nèi)選取工藝參數(shù)（送料頻率40 Hz，滾輪頻率9 Hz，滾輪壓力46 kg/cm2）進(jìn)行干法制粒，測定顆粒各項指標(biāo)，經(jīng)AHP-CRITTIC 混合加權(quán)確定成型率、溶化率、H、α的權(quán)重系數(shù)為0.508 2、0.220 1、0.212 8、0.058 9，計算其綜合評分Y，結(jié)果見表8。

表8 單形格子設(shè)計的因素與水平和試驗安排及結(jié)果Table 8 Factors and levels of simplex-lattice design, test arrangement and results

Y＝成型率/最大成型率×0.508 2＋溶化率/最大溶化率×0.220 1＋最小H/H×0.212 8＋最小α/α×0.058 9

對數(shù)據(jù)進(jìn)行Quadratic 模型擬合，得到二次多項式回歸方程Y＝96.45X1＋87.97X2＋96.72X3＋11.43X1X2-7.71X1X3＋3.94X2X3。根據(jù)表9 方差分析結(jié)果，模型P值小于0.001，表明模型具有極顯著性；失擬值大于0.05，表明試驗誤差不顯著；模型的擬合決定系數(shù)R2與調(diào)整后的Radj2的差值小于0.2，表明模型實測值與預(yù)測值的擬合度較高；信噪比大于4，模型可信度較高；該模型具有統(tǒng)計學(xué)意義，可用于表示各因素與響應(yīng)值之間的關(guān)系。交互項X1X2為極顯著項，說明甘露醇與糊精之間有極強的交互作用。單形格子設(shè)計的3D 響應(yīng)面及等高線圖見圖3。對所建立的二次回歸方程進(jìn)行求解，得到最優(yōu)工藝為X1為0.858，X2為0.142，X3為0，綜合評分為96.64。結(jié)合生產(chǎn)成本及實際工作狀況，最終確定最佳工藝為甘露醇86%，糊精14%，麥芽糊精0。

圖3 單形格子設(shè)計的3D 響應(yīng)面及等高線圖Fig.3 3D response surface and contour plot of simplexlattice design

表9 單形格子設(shè)計方差分析Table 9 Analysis of variance for simplex-lattice design

2.8.4 制劑工藝設(shè)計驗證 為驗證模型的可靠性，稱取干膏粉，以7∶3 的藥輔比加入86%的甘露醇和14%的糊精，得到混合粉，每份200 g，制備3 批羌芩顆粒，進(jìn)行驗證試驗，試驗結(jié)果見表10。綜合評分Y的平均值為95.70，RSD 值為0.78%，與預(yù)測值誤差較小，表明模型預(yù)測性良好，穩(wěn)定可靠，可用于工藝優(yōu)化。

表10 單形格子設(shè)計驗證試驗結(jié)果Table 10 Verification test results of simplex-lattice design

2.9 羌芩顆粒物理指紋圖譜

2.9.1 物理指標(biāo)的確定及標(biāo)準(zhǔn)化轉(zhuǎn)換 物理指紋圖譜法不僅能綜合表征粉末與顆粒的物理屬性，還能直觀顯示出批次間各物理指標(biāo)的相似程度及差異程度，常用于粉末與顆粒樣品的質(zhì)量一致性評價[17]。根據(jù)顆粒物理性質(zhì)及參考文獻(xiàn)報道，將其粉體學(xué)質(zhì)量屬性分為5 個方面，即堆積性、流動性、穩(wěn)定性、可壓性和均一性[18]，作為顆粒物理指紋譜的一級指標(biāo)。由Da、Dc，α、IH，H、HR，Ie、IC、SSA，Pf、span、width、HG 共13 個物理質(zhì)量指標(biāo)構(gòu)成顆粒物理指紋圖譜的二級指標(biāo)。SeDeM 專家系統(tǒng)參數(shù)主要用于評價顆?？蓧盒?，由于所測物性參數(shù)的數(shù)值和單位不同，為直觀展示，參照文獻(xiàn)將各參數(shù)歸一化至同一區(qū)間0～10，標(biāo)準(zhǔn)化轉(zhuǎn)換方法及各物理質(zhì)量指標(biāo)的可能數(shù)值范圍參考《中國藥典》2020 年版及相關(guān)文獻(xiàn)數(shù)據(jù)[19-20]，各參數(shù)轉(zhuǎn)換公式如表11 所示。

表11 物性參數(shù)單位、數(shù)值范圍及標(biāo)準(zhǔn)化變換方法Table 11 Physical property parameter units, numerical ranges and standardized transformation methods

2.9.2 物理指紋圖譜的構(gòu)建及相似度分析 取干膏粉Z1～Z15 每批各140 g，以藥輔比7∶3 的比例加入86%甘露醇和14%糊精，制備15 批羌芩顆粒（S1～S15），其物性指標(biāo)測定結(jié)果見表12，繪制雷達(dá)圖作為顆粒物理指紋圖譜，以15 批羌芩顆粒的平均圖譜作為對照物理指紋圖譜（R），見圖4。

圖4 15 批羌芩顆粒物理指紋圖譜及其對照物理指紋圖譜 (R)Fig.4 Physical fingerprint spectrum of 15 batches of Qiangqin Granules and its reference physical fingerprint (R)

表12 15 批羌芩顆粒 (S1～S15) 13 個物性指標(biāo)測定數(shù)據(jù)Table 12 13 physical index determination data of 15 batches of Qiangqin Granules (S1 - S15)

采用SPSS 26.0 軟件，使用夾角余弦法比較15批樣品（S1～S15）的物理指紋圖譜與R 的相似度，相似度越大，越接近1，表明顆粒的物理性質(zhì)越相似，顆粒質(zhì)量越穩(wěn)定。結(jié)果發(fā)現(xiàn)制備的15 批羌芩顆粒（S1～S15）間物理指紋圖譜相似度均＞0.969，與R 的相似度均＞0.992，表明羌芩顆粒各批次間的相似度較高，說明這15 批羌芩顆粒的物理質(zhì)量具有較高的一致性。

2.9.3 樣品系統(tǒng)聚類分析 以15 批羌芩顆粒（S1～S15）的物理參數(shù)值為變量，導(dǎo)入SPSS 26.0 軟件中，使用組間連接法，以平方歐氏距離為測度進(jìn)行系統(tǒng)聚類分析[21]，繪出樹狀圖，見圖5。當(dāng)分類距離為15時，15 批羌芩顆?？煞譃? 類，其中批次S1 為一類，S2、S3、S7～S9、S11、S15 歸為一類，批次S4～S6、S10、S12～S14 歸為一類。當(dāng)分類距離為20 時，15 批羌芩顆粒分為2 類，S1 為一類，剩余14 個批次聚為一類。聚類分析結(jié)果與相似度評價結(jié)果基本一致，不同批次的羌芩顆粒質(zhì)量基本穩(wěn)定，但其粉體學(xué)性質(zhì)存在一定的差異，有待后續(xù)進(jìn)一步研究。

圖5 聚類分析樹狀圖Fig.5 Dendrogram of cluster analysis

3 討論

干法制粒技術(shù)是繼沸騰制粒后發(fā)展起來的一種制粒方法，省去傳統(tǒng)濕法制粒工藝中的制軟材和再干燥步驟，具有生產(chǎn)成本低、工藝簡單、效率高、輔料使用量少等優(yōu)點，同時對有效成分影響小，適宜對濕、熱敏感的藥物顆粒制備，有效保證了中藥的質(zhì)量，已被廣泛用于中藥配方顆粒和新藥研究。在干法制粒過程中，制劑原料的物理性質(zhì)和制粒工藝參數(shù)的設(shè)定，是影響干法制粒顆粒質(zhì)量的主要因素[22]。制劑原料的物理性質(zhì)直接決定了其能否用于制粒，比如HR 過高的物料在制粒時易黏結(jié)成塊或黏附于滾輪上造成制粒失敗，而制粒工藝參數(shù)則決定了制粒過程是否順利、制成顆粒的質(zhì)量是否符合要求[23]。顆粒成型率偏低是限制干法制粒在中藥制劑生產(chǎn)中應(yīng)用的主要原因。在從實驗室小規(guī)模研究成果到大規(guī)模生產(chǎn)的轉(zhuǎn)化過程中，會受到生產(chǎn)條件、儀器設(shè)備、批次等多方面因素的影響，本實驗中小試工藝的一次成型率在60%左右，為與大生產(chǎn)實際情況一致，需將過篩后的細(xì)粉收集起來重新投入進(jìn)料斗中進(jìn)行多次制粒，提高顆粒得率，使得最終成型率達(dá)到90%左右。

確定輔料比例是研究顆粒成型工藝的重要問題。目前多數(shù)研究采用均勻設(shè)計或正交設(shè)計進(jìn)行，存在試驗次數(shù)多、預(yù)測性差、精密度不夠等缺點?；炝显O(shè)計法是配方篩選中應(yīng)用比較廣泛的方法之一，以盡量少的試驗點，簡便地獲得試驗的各種成分的百分比與試驗指標(biāo)的數(shù)量關(guān)系，以求得最佳混料條件。單形格子設(shè)計是混料設(shè)計中最先出現(xiàn)也是最基本的設(shè)計方案，將試驗點取在相應(yīng)階數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)單純性格子點上，甘露醇、糊精、麥芽糊精3 種輔料之間的比例與顆粒各項指標(biāo)的綜合評分可以在單純形設(shè)計空間內(nèi)有效地建模。驗證試驗結(jié)果顯示單形格子設(shè)計試驗有效，模型設(shè)計合理，可以很好地對處方進(jìn)行優(yōu)化。

AHP 法是一種主觀賦權(quán)法，受主觀影響較大，缺乏與實際樣本數(shù)據(jù)信息的結(jié)合；CRITIC 法是根據(jù)各指標(biāo)間相關(guān)性強弱賦權(quán)的客觀賦權(quán)法，其權(quán)重系數(shù)的計算過程未能考量不同指標(biāo)間的輕重關(guān)系。AHP-CRITIC 混合加權(quán)法將兩類賦權(quán)方法特點相結(jié)合，加入主觀判斷，又避免了客觀賦權(quán)單一數(shù)據(jù)的片面性，更具有科學(xué)性、客觀性與可行性。

本實驗以顆粒成型率、溶化率、H和α為考察指標(biāo)，采用AHP-CRITIC 混合加權(quán)評價方法計算各指標(biāo)權(quán)重系數(shù)，將多指標(biāo)綜合成單一的度量指標(biāo)，并結(jié)合Box-Behnken 設(shè)計-響應(yīng)面試驗，建立干法制粒CPPs 與CQAs 的綜合評價指標(biāo)之間的關(guān)聯(lián)模型，模型擬合度良好，在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步構(gòu)建設(shè)計空間，并完成輔料的混料篩選。有效解決了多指標(biāo)綜合加權(quán)評價中的權(quán)重賦予問題，為中藥復(fù)方制劑處方工藝的篩選研究提供參考。所優(yōu)選出的工藝穩(wěn)定可行，通過物理指紋圖譜相似度分析和聚類分析對顆粒的物理質(zhì)量屬性進(jìn)行評價，為羌芩顆粒的工藝研究及質(zhì)量控制評價提供參考。

利益沖突所有作者均聲明不存在利益沖突