中心復合設(shè)計優(yōu)化玉竹多糖口含片制備工藝

彭瀟波， 劉佳佳， 徐 寬， 劉 雄

(中南大學化學化工學院，湖南長沙410083)

玉竹Polygonatum odoratum(Mill.)Druce是黃精屬百合科多年生草本植物，既是食用的佳蔬，又是良好的藥材，常被中醫(yī)用做補陰藥，可食用其幼苗和根莖，營養(yǎng)豐富［1-2］。大量研究發(fā)現(xiàn)，玉竹多糖能降血糖、降血脂、提高機體免疫力、抗癌、抗衰老等作用。

口含片有劑量準確、便于攜帶、質(zhì)量穩(wěn)定、服用方便、適合人群廣泛等優(yōu)點，被廣泛使用在臨床中。口含片大多是用在治療口腔疾病上，但在其他方面也有一定的治療作用，如雪蓮果葉提取物降血糖含片有降低血糖，治療糖尿病的作用;海帶多糖口含片也有降低血糖，治療糖尿病的作用;螺旋藻口含片可以增強機體免疫功能等等多種作用［3-11］。

玉竹的加工現(xiàn)在大多采用曬制或蒸制成玉竹條或玉竹片的干制品，主要是以原藥材、初加工飲片和食品的形式銷售，商品的附加值相對較低，所以研究開發(fā)玉竹多糖口含片的制備工藝，提高其商品附加值，并推廣其應(yīng)用是很有藥用前景和經(jīng)濟價值的。

本實驗根據(jù)單因素實驗結(jié)果，以微晶纖維素 (MCC)、甘露醇的用量以及矯味劑阿斯巴甜與檸檬酸的加入比例為考察因素。以口感和相對累積溶出百分率為評級指標，采用綜合評分法，通過中心復合設(shè)計優(yōu)化制劑處方。

1 儀器與材料

YK160搖擺式顆粒機 (南京彩途機械設(shè)備有限公司);TP1400實驗型單沖壓片機 (上海天風藥機制造廠);RCZ—8A智能藥物溶出儀 (天津大學精密儀器廠);GZX—9140 MB電熱恒溫干燥箱 (上海博迅實業(yè)有限公司);AR3130電子天平 (OHAUS COPR Florham NJ USA);756 MC紫外可見分光光度計 (上海精密科學儀器有限公司)。

玉竹多糖 (實驗室自制);95%乙醇 (分析純，廣東光華化學廠有限公司);微晶纖維素 (國藥集團化學試劑有限公司);其他輔料均為藥用級。

2 方法與結(jié)果

2.1 口含片制備工藝 稱取處方量的主藥和輔料，將主藥和輔料過100目篩，混合均勻 (阿斯巴甜與檸檬酸的加入量占總質(zhì)量的1.25%)，加黏合劑 (95%乙醇)后60目篩濕法制粒，顆粒于50℃烘干，烘干后顆粒經(jīng)60目篩整粒，壓片。

2.2 相對累積溶出百分率測定 按溶出度測定法第二法(《中國藥典》2010年版二部附錄XC第二法)分別測定其溶出度。玉竹多糖定量測定采用紫外分光光度法測定［12］。

2.3 綜合評分法 近年來綜合評分法屢見于片劑的評價中［13-14］。本實驗以口感評分和藥物相對累積溶出百分率權(quán)重加和的綜合評價作為指標，綜合本片劑的特點和有關(guān)文獻［15］，最終指標1(即口感評分)的權(quán)重定為24.70%，指標2(即相對累積溶出百分率)的權(quán)重定為75.30%。溶出度的最大值和最小值分別為0.999 3和0，口感的最大值和最小值分別為1和0。

因此，綜合評分=(口感評分×24.7)/1+(相對累積溶出百分率×75.3)/0.999 3。

2.4 中心復合設(shè)計 (Central Composite Design，CCD) 中心復合設(shè)計是在響應(yīng)曲面研究 (ResponseSurface Methodology，RSM)中最常用的二階設(shè)計。具有靈活性和作為序貫試驗設(shè)計的有用性，靈活性來自于對軸向距離α和中心點數(shù)目n的選擇。根據(jù)一定要求 (如正交性、旋轉(zhuǎn)性)調(diào)節(jié)α，就可以得到各種具有很好性質(zhì)的設(shè)計 (如正交中心復合設(shè)計、旋轉(zhuǎn)中心復合設(shè)計、二階旋轉(zhuǎn)中心復合設(shè)計)。本實驗采用二階旋轉(zhuǎn)中心復合設(shè)計，因為其在基本保留回歸正交設(shè)計試驗次數(shù)的情況下，通過犧牲部分正交性而獲得旋轉(zhuǎn)性，能簡化計算以及部分消除回歸系數(shù)之間的相關(guān)性;同時，它有助于克服在回歸正交設(shè)計中二次回歸預測值的方差過分依賴于試驗點在因子空間中的位置這個缺點。因此，它能有效地克服二次回歸正交設(shè)計的無旋轉(zhuǎn)性，能根據(jù)預測值直接尋求最優(yōu)區(qū)域。

2.5 實驗設(shè)計 為了得到具有酸甜味的玉竹多糖口含片，根據(jù)單因素實驗結(jié)果，主要考察因素X1［微晶纖維素(MCC)的用量］、因素X2(甘露醇的用量)、因素X3(阿斯巴甜質(zhì)量∶檸檬酸質(zhì)量)對玉竹多糖口含片的影響。根據(jù)中心復合設(shè)計法的原理安排因素水平見表1、實驗見表2。

表1 中心復合設(shè)計實驗因素和水平

表2 中心復合設(shè)計實驗

2.6 模型擬合 應(yīng)用SAS9.2軟件進行多元回歸擬合分析，該軟件可以對數(shù)據(jù)分別進行線性、兩因素相互作用、二次多項式或更高次項的模型擬合，分析結(jié)果見表3。

表3 方差分析

得到的玉竹多糖得率與各因素變量的二次方程模型:

對上述方程中 X1，X2，X3求偏導，得出如下 3個方程:

解出得，即X1=0.61，X2=-0.70，X3=0.35，對應(yīng)的各因素水平為微晶纖維素的用量為60.8 g、甘露醇的用量為75.0 g、阿斯巴甜 ∶檸檬酸為5∶4.4。

對表3中的試驗結(jié)果進行統(tǒng)計分析，得到的方差分析結(jié)果如表3所示。由表3可知，微晶纖維素 (MCC)的用量的一次項達到極顯著水平 (P＜0.01)，甘露醇的用量和阿斯巴甜:檸檬酸的影響也比較顯著 (P＜0.01)，由F值可知，各因素對綜合評分的影響順序為:微晶纖維素(MCC)的用量＞甘露醇的用量＞阿斯巴甜∶檸檬酸。X2X3項比較顯著 (P＜0.05)，說明甘露醇的用量和阿斯巴甜 ∶檸檬酸這兩個因素存在著交互作用。

根據(jù)二次方程模型做出響應(yīng)面和等高線，通過考察擬合的響應(yīng)曲面和等高線形狀，分析微晶纖維素 (MCC)的用量、甘露醇的用量及阿斯巴甜 ∶檸檬酸對玉竹多糖口含片綜合評分的影響，見圖1～3。

等高線圖能直觀地反映出各因素交互作用對響應(yīng)值的影響，圓形表示兩因素無交互作用，橢圓形表示兩因素交互作用顯著。由圖1～3可以看出，圖1中的等高線明顯呈橢圓形，因此說明甘露醇的用量和阿斯巴甜 ∶檸檬酸這兩個因素存在著交互作用，且比較顯著 (P＜0.05);而圖2和圖3中的等溫線都呈圓形，因此說明微晶纖維素 (MCC)的用量和甘露醇的用量，微晶纖維素 (MCC)的用量和阿斯巴甜∶檸檬酸之間不存在交互作用。

2.7 實驗驗證 為驗證優(yōu)化模型，根據(jù)模型優(yōu)化的試驗條件進行試驗，玉竹多糖口含片的綜合評分最高，達到94.56。為檢驗響應(yīng)曲面法所得結(jié)果的可靠性，采用上述優(yōu)化條件制備玉竹口含片，實際測得的平均綜合評分為96.42，與理論預測值相比，其相對誤差約為1.97%。因此，基于中心復合設(shè)計所得的優(yōu)化制備玉竹多糖口含片工藝參數(shù)準確可靠，具有實用價值。

圖1 甘露醇的用量和阿斯巴甜∶檸檬酸對綜合評分的影響

圖2 微晶纖維素和甘露醇的用量對綜合評分的影響

圖3 微晶纖維素的用量和阿斯巴甜∶檸檬酸對綜合評分的影響

3 結(jié)果和討論

3.1 本實驗采用中心復合設(shè)計法是由于在預實驗中發(fā)現(xiàn)因素之間存在交互作用，因正交設(shè)計及均勻設(shè)計雖均可以考察交互作用，但其試驗次數(shù)較少，模型預測的精度相對較低。采用中心復合設(shè)計法進行數(shù)據(jù)分析，結(jié)果顯示甘露醇的用量和阿斯巴甜∶檸檬酸這兩個因素存在著交互作用。

3.2 根據(jù)擬合方程易得出玉竹多糖口含制備工藝條件，即X1=0.61，X2=-0.70，X3=0.35，代入模型方程得出Y的預測值為94.56，即當玉竹多糖粉末質(zhì)量為6.0 g，微晶纖維素 (MCC)的用量為3.04 g，甘露醇的用量為3.75 g，阿斯巴甜∶檸檬酸為5∶4.4進行壓片時，玉竹多糖口含片的綜合評分最高，經(jīng)實驗驗證，綜合評分為96.42，與理論預測值相比，其相對誤差約為1.97%。

3.3 實驗結(jié)果與實驗預測非常接近，就單個因素而言，微晶纖維素 (MCC)對玉竹多糖口含片影響最大，各因素對綜合評分的影響順序為微晶纖維素的用量＞甘露醇的用量＞阿斯巴甜∶檸檬酸。

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