星點設計-效應面法優選冠心平顆粒一步制粒工藝研究＊

康小東，張艷軍，劉俊超，李 峰，楊緒芳，王振中，蕭 偉＊＊

（1. 江蘇康緣藥業股份有限公司 連云港 222000；

2. 中藥制藥過程新技術國家重點實驗室 連云港 222000）

星點設計-效應面法優選冠心平顆粒一步制粒工藝研究＊

康小東1，2，張艷軍1，2，劉俊超1，2，李 峰1,2，楊緒芳1，2，王振中1，2，蕭 偉1，2＊＊

（1. 江蘇康緣藥業股份有限公司 連云港 222000；

2. 中藥制藥過程新技術國家重點實驗室 連云港 222000）

目的：優選冠心平顆粒一步制粒最佳成型工藝。方法：采用Plackett-Burman設計實驗確定影響冠心平顆粒一步制粒的主要影響因素，然后采用Box-Behnken中心復合原理對主要影響因素設計3因素3水平實驗，以顆粒合格率、休止角作為綜合評價指標對試驗結果進行優化，確定冠心平顆粒一步制粒最佳工藝。結果：冠心平顆粒一步制粒最佳工藝為進樣速度25 r·min-1，浸膏密度1.20，進風溫度90℃。結論：利用優化方案制得的顆粒與效應面模型預測值基本一致，優選的工藝穩定可行。

冠心平顆粒 星點設計 效應面法 一步制粒

冠心平顆粒由酒黃精、當歸、瓜蔞皮等藥材組成，其處方來源于江蘇省中醫院臨床經驗方。臨床實踐證明，該方治療氣陰兩傷、痰血瘀阻型冠心病的療效明顯。原方為湯劑，在臨床使用過程中具有不便煎煮、口感差、服用劑量大、不易儲存和攜帶等諸多缺點，因此筆者擬將此方開發為顆粒劑。

顆粒劑為中藥常用劑型之一，傳統方法制粒的過程存在粘性大、不易制粒、以及浸膏不易干燥，制粒過程吸濕性強，需嚴格控制其制粒環境的濕度等缺點。一步制粒技術受物料性質影響較大，并且對工藝條件要求嚴格，但一步制粒將制粒、干燥等工序集中于同一臺設備上完成，具有操作簡單、顆粒均勻、流動性好等優點，同時有效避免了物料之間的交叉污染，符合現代GMP的要求[1-3]。本實驗采用一步制粒法對冠心平顆粒的成型工藝進行了研究。

Plackett-Burman設計法作為常用的實驗設計和優化工具之一，近年來在中藥成型工藝中的應用越來越多。該法設計的試驗次數較少，通過對試驗數據的分析，能夠快速準確地確定影響工藝的主要影響因素，節省試驗的時間，極大地提高試驗的效率[4]。Box-Behnken 效應面法則對Plackett-Burman設計法優選出的影響工藝的主要因素進行多因素多水平設計，并采用非線性擬合對試驗過程中的數據進行分析，最終優選出最佳的成型工藝，具有試驗次數少、預測性好、精度高等特點[5，6]。本研究在前期對提取、濃縮、精制工序進行研究的基礎上，確定了最佳提取、濃縮、精制工藝，然后利用Plackett-Burman設計法對影響冠心平顆粒一步制粒過程的進風溫度、浸膏密度、進樣速度、進風頻率、霧化壓力、輔料比例等6個因素進行篩選，最終篩選出浸膏密度、進樣速度、輔料比例3個主要影響因素。然后，利用Box-Behnken,效應面法對3個主要影響因素進行二次多項式擬合，根據回歸模型，同時結合現有生產條件來確定冠心平顆粒最優一步制粒成型工藝，為冠心平顆粒的研究提供參考依據。

1 儀器與試劑

1.1 儀器

FG-30型一步制粒機（重慶英格制藥機械有限公司）；BT600-2J蠕動泵（保定蘭格恒流泵有限公司）。

1.2 試藥

冠心平顆粒流浸膏：按冠心平顆粒中間體制備工藝對處方藥材分別進行提取、純化，濃縮至合適密度（1.15-1.25，溫度60℃），過80目篩即得。乳糖（江蘇道寧藥業有限公司，批號：F1402031，200目）

2 方法與結果

2.1 考察指標的計算

2.1.1 顆粒合格率的計算

本試驗按照《中國藥典》2010年版附錄Ⅺ B法進行測定[7]。稱定制得的顆粒總量，采用雙篩分法收集合格顆粒，稱定重量，計算合格顆粒收率。

2.1.2 休止角的測定

本試驗采用固定漏斗法對顆粒的休止角進行測定。取3只漏斗，串聯后固定于水平放置的繪圖紙的上方，保持漏斗與繪圖紙垂直。將顆粒倒入漏斗中，直至漏斗下顆粒形成的圓錐體的尖端接觸到漏斗下口為止，記錄漏斗下口與繪圖紙的高度為H，記錄圓錐體直徑為2R，按照公式tgθ=H/R，計算休止角[8]。

2.2 實驗設計及結果

2.2.1 Plackett-Burman實驗設計及結果

冠心平顆粒一步制粒的前期預實驗結果顯示，影響一步制粒成型的6個主要因素分別為浸膏密度、進樣速度、霧化壓力、進風溫度、進風頻率、浸膏溫度。利用Plackett-Burman 設計法對影響較大的6個因素取分別2個水平（-1、1），即，60℃下浸膏密度（A）：1.15、1.25，進樣速度（B）：15、35 r·min-1，霧化壓力（C）：0.3、0.5 MPa，進風溫度（D）：80、100 ℃，進風頻率（E）：20、50 Hz，浸膏溫度（F）：40、60 ℃，按照該因素水平共生成12次試驗，嚴格按照試驗條件進行試驗，收集制備得到的顆粒，計算顆粒合格率，試驗結果及各因素的方差分析分別見表1和表2。

對實驗數據進行方差分析，結果表明：A、B和D這3個影響因素對顆粒合格率影響顯著（P＜0.05)，其余3個影響因素C、E和F對顆粒合格率無顯著性影響，在后續的研究過程中為節約設備能耗，將這3個因素設定為定值且取較小值，即霧化壓力為0.3 MPa，進風頻率為20 Hz，浸膏溫度為40 ℃。

2.2.2 Box-Behnken 實驗設計

利用Box-Behnken實驗設計法，以Plackett-Burman試驗篩選出的A（浸膏密度）、B（進樣速度）、C（進風溫度）這3個主要影響因素為自變量，每個自變量的高、中、低實驗水平分別以1、0、-1 進行編碼，選取顆粒合格率（Y1）和休止角（Y2）為考察指標進行實驗設計，結果見表3。

表1 Plackett-Burman 試驗設計方案及結果

2.2.3 Box-Behnken 試驗結果分析

利用Design-Expert 7.0.0軟件對實驗數據進行二多次項式回歸擬合，最終確定回歸擬合方程：

R1（合格率）=93.39-5.77A-1.78B-3.20C+0.30AB+ 5.858AC+2.42BC-16.37A2-5.18B2-8.73C2，RSD= 2.96，R2=0.973 3；R2（休止角）=22.88-0.54A-0.19B-0.44C-0.17BC-1.19AC+ 0.32BC +1.01A2+ 1.91B2+0.41C2，RSD=0.60，R2=0.917 7；

試驗數據方差分析結果見表 4。結果表明，考察指標Y1（顆粒合格率）、Y2（休止角）兩個效應面模型均達到極顯著水平（P＜ 0.01）。3個考察因素對考察指標Y1（顆粒合格率）影響大小的順序依次為A＞C＞B，其中因素A（進樣速度）影響極顯著（P＜0.01），因素C（進風溫度）影響顯著（P＜0.05），因素B（浸膏密度）影響不顯著（P＞0.05），失擬項不顯著（P＞0.05）；3個考察因素對考察指標Y2（休止角）影響大小的順序依次為A＞C＞B，其中因素A（進樣速度）影響顯著（P＜0.05），因素B（浸膏密度）、C（進風溫度）影響不顯著（P＞0.05），失擬項不顯著（P＞0.05）；結果表明二次方程預測值與實際值吻合程度較高。各方程所對應的等高線及三維效應面圖分別見圖1、2。

表2 Plackett-Burman試驗結果方差分析表

2.3.3 效應面預測與驗證

應用Design-Expert 7.0.0軟件設計考察指標顆粒合格率（Y1）最大，休止角（Y2）最小，經軟件優化后得到的一步制粒成型工藝為：進樣速度24.68 r·min-1，浸膏密度1.20，進風溫度89.92℃，在此條件下，顆粒合格率均值為93.59%，休止角為22.90°。結合實際生產條件，確定實際生產工藝為：進樣速度25 r·min-1，浸膏密度1.20（60℃），進風溫度90℃。按照優選出的工藝進行3批生產規模工藝驗證。結果表明，3批生產工藝驗證制備的顆粒的顆粒合格率平均值為90.53%，休止角平均值為23.98°，該結果與效應面方程模型預測值基本吻合，偏差分別為3.27%，4.72%，說明經模型優化得到的結果穩定可靠，優選出的的最佳生產工藝符合實際生產的要求。

表3 Box-Behnken 試驗設計方案及結果

表4 Box-Behnken 試驗結果方差分析表

圖1 自變量A、B、C之間交互作用與應變量R1合格率等高線、效應面圖

圖2 自變量A、B、C之間交互作用與應變量R2休止角等高線、效應面圖

3 實驗結論

利用 Plackett-Burman設計法對影響冠心平顆粒一步制粒工藝過程的進風溫度、浸膏密度、進樣速度、進風頻率、霧化壓力、輔料比例6個影響因素進行考察。實驗結果表明，進樣速度、浸膏密度和進風溫度為主要影響因素。利用Box-Behnken設計法考察影響一步制粒的3個主要影響因素，試驗結果顯示考察指標顆粒合格率（Y1）、休止角（Y2）的失擬項P值均大于0.05，這表明該模擬回歸方程對試驗的擬合程度較高。

通過Design-Expert 7.0.0軟件的三維效應面反映出的最佳區域，同時考慮現有生產條件最終優選出冠心平顆粒一步制粒的最佳生產工藝為：進樣速度：25 r·min-1，浸膏密度度：1.20（60℃），進風溫度：90℃，按照優選出的試驗條件連續進行三批生產規模的工藝驗證，測得的結果與模型預測值基本吻合，這表明通過該模型優化得到的結果比較理想，優選的最佳生產工藝穩定可行。

4 討論

星點設計-效應面法對于影響因素較多且被考察因素具有連續變量的實驗設計有較強的適用性，其最大的優點在于能夠對未做過的試驗進行預測，既可以分析各影響因素之間的交互作用，又能保證試驗的精度，突破了均勻設計和正交設計受線性模型限制的不足，可以廣泛應用于普通劑型處方篩選、新劑型給藥系統處方篩選以及工藝優化等中藥學研究設計實驗[9]。

對于不同性質的浸膏，影響一步制粒的主要影響因素往往是不同的。本研究發現進樣速度和進風溫度存在交互影響，這可能與冠心平浸膏中含有大量多糖類成分有關。進樣速度快，進風溫度低，浸膏在流化床內霧化后不能及時干燥，顆粒聚集在一起會造成局部結塊現象；進樣速度快，進風溫度高，浸膏霧化后基本能完全干燥，但高溫會使糖類成分軟化，激發物料本身的粘性，顆粒之間通過架橋作用聚集成團，最終也會導致一步制粒無法進行。本試驗在研究過程中采用Box-Behnken中心復合設計原理及非線性擬合，所得到的模型擬合程度較好，預測結果更準確，通過模型優選出的最佳工藝經三批生產工藝驗證表明不同批次之間差異性小，工藝穩定可行。

參考文獻

1 張為亮, 馮建, 李美林,等. 全面采用一步制粒技術,提高中藥工業水平.中國中藥雜志, 2008, 33(1): 98-99.

2 史同生, 郭俊, 林彤慧,等. 影響一步制粒機制粒因素探討.世界科學技術-中藥現代化, 2002, 4(1): 50.

3 崔雅慧, 鄭艷春, 牛向偉, 等. 一步制粒技術在中藥制劑應用中關鍵因素的探討.內蒙古中醫藥, 2012, 105(12): 46-47.

4 Li X, Xu T C, Ma X H, et al. Optimization of culture conditions for production of cis-epoxysuccinic acid hudrolase using response surface methodology. Bioresource Technology, 2008, 99: 5391-5396.

5 Li Q, Wei W, Xiao F C, et al. Evaluation of disintegrating timeof rapidly disintegrating tablets by a paddle method. Pharm DevTechnol, 2006, 11(3): 295.

6 楊銘. Minitab用于中心復合設計與數據處理. 藥學服務與研究, 2007, 7(3): 231-233.

7 國家藥典委員會.中華人民共和國藥典(一部).北京:中國醫藥科技出版社,2010:附錄6.

8 曾銳,任桂友,王爽,等. 星點設計-效應面法優選復方龍砂顆粒成型工藝.中藥材,2013, 36(8): 1347-1350.

9 吳琳,彭欣,孫芳,等.星點設計-效應面法與中藥學實驗研究.山東中醫藥大學學報, 2014, 38(6): 582-585.

Study on the One-Step Pelletization Technology of Guanxinping Granule by Central Composite Design and Response Surface Method

Kang Xiaodong1,2, Zhang Yanjun1,2, Liu Junchao1,2, Li Feng1,2, Yang Xufang1,2, Wang Zhenzhong1,2, Xiao Wei1,2
(1. Jiangsu Kanion Pharmaceutical Co., Ltd., Lianyungang 222001, China;
2. State Key Laboratory of Pharmaceutical Process New-Tech for Chinese Medicine, Lianyungang 222001, China)

This study aimed to optimize the molding process of Guanxinping granule (GXPG) by one-step pelletization method. Plackett-Burman experiment was designed to determine the main influence factors of onestep pelletization, while Box-Behnken central composite principle was to the orthogonal test of three factors at three different levels. The optimum method depended on comprehensive evaluation indexes such as qualified rates of particles and the angle of repose, for determining the best molding process of GXPG. As a result, the preferred parameters of molding process were as follows, the sample rate of 24 r·min-1, extract density of 1.20, and inlet air temperature at 90℃. In conclusion, the comprehensive evaluation results of one-step pelletization was close to the predicted values of response surface model, and the optimum molding process was stable and feasible for GXPG preparation.

Guanxinping granules, central composite design, response surface method, one-step pelletization

10.11842/wst.2016.04.014

R283.6

A

（責任編輯：馬雅靜，責任譯審：朱黎婷）

2015-05-19

修回日期：2015-11-06

＊ 科學技術部“重大新藥創制”科技重大專項（2013ZX09402203）：現代中藥創新集群與數字制藥技術平臺，負責人：王振中。

＊＊ 通訊作者：蕭偉，本刊編委，博士，研究員級高級工程師，主要研究方向：中藥制劑和創新中藥的研究與開發。