黃芪多糖的真空帶式干燥工藝研究

神威藥業(yè)集團(tuán)有限公司（051400）蔡向杰 屈云萍 馮玉康 李哲

中藥注射劑新藥技術(shù)開發(fā)國(guó)家地方聯(lián)合工程實(shí)驗(yàn)室（051430）姜國(guó)志

黃芪不僅是一味常用的補(bǔ)氣藥材，而且是一種功效顯著的食療藥材，具有藥食兩用的功效。黃芪多糖是黃芪中的主要成分，具有降血脂、降血糖、抗腫瘤等功能[1]，其性狀特別黏稠，所以黃芪多糖的干燥過程一直是生產(chǎn)中的難題。真空帶式干燥作為新興起的干燥技術(shù)，已逐漸應(yīng)用于粘度大、難干燥物料的工業(yè)生產(chǎn)。

目前黃芪多糖的帶式干燥工藝還未見報(bào)道。本實(shí)驗(yàn)采用響應(yīng)曲面法，選擇水分、干燥速率和含量作為考察指標(biāo)，以干燥溫度、干燥時(shí)間、進(jìn)料速率、履帶速率為影響因素，通過多指標(biāo)綜合評(píng)分法確定黃芪多糖的真空帶式干燥工藝參數(shù)，為其工業(yè)化生產(chǎn)提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑 黃芪多糖提取液由神威藥業(yè)集團(tuán)有限公司研究室提供。水為蒸餾水，乙醇等其他試劑均為分析純。

1.2 儀器與設(shè)備 MJY60-6型真空帶式干燥機(jī)（上海敏杰制藥機(jī)械有限公司）；METTLER-ALC-210.4電子分析天平（上海梅特勒托利多儀器有限公司）；DZF-6051型真空干燥箱；HH-SB型電熱恒溫水浴鍋（科偉儀器）；紫外可見分光光度計(jì)。

1.3 生產(chǎn)工藝

1.3.1 黃芪多糖制備流程 將黃芪藥材粉碎，加入5～8倍量蒸餾水中，在適當(dāng)溫度下浸提1～3h，過濾得提取液，濾渣二次提取。將提取液冷卻至室溫或更低溫度后，以適當(dāng)?shù)乃俣仍跀嚢柘聝A入2倍體積的95%乙醇中，黃芪多糖沉淀出來。離心分離，得黃芪多糖，用95%乙醇洗滌，干燥得粗多糖，將其溶于約10倍量的蒸餾水中，加熱到100℃，保持5～8min，冷卻后，過濾除去沉淀，用AB-8吸附樹脂對(duì)濾液脫色。然后重復(fù)醇沉過程，得到純化的黃芪多糖[2]。

1.3.2 干燥工藝 將真空帶式干燥機(jī)的各參數(shù)設(shè)定好，將黃芪多糖提取液經(jīng)吸料泵吸入設(shè)備，干燥結(jié)束后取出即可。

1.4 方法

1.4.1 水分的檢測(cè)方法[3]精密稱定樣品于潔凈干燥的稱量皿中，樣品厚度約2mm，稱重后置于真空烘箱中在80℃溫度下干燥5～8h，直至樣品恒重，計(jì)算即得。

1.5 黃芪多糖含量的測(cè)定

1.6 真空帶式干燥工藝條件的篩選 以水分、干燥速率和含量為指標(biāo)，采用單因素試驗(yàn)研究干燥溫度、干燥時(shí)間、進(jìn)料速率、履帶速率4個(gè)影響因素對(duì)黃芪多糖的真空帶式干燥效果的影響。

1.7 綜合評(píng)分法評(píng)估 以干燥溫度、干燥時(shí)間、進(jìn)料速率、履帶速率為考察因素，以水分、干燥速率和黃芪多糖含量的綜合評(píng)分為評(píng)價(jià)指標(biāo)，三者權(quán)重為4∶3∶3。其中，水分采用否決制，低于5%得分為40分，高于5%為0分。綜合評(píng)分=水分得分+（干燥速率/干燥速率最高值）×30+（黃芪多糖含量/黃芪多糖含量最高值）×30。

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素試驗(yàn)結(jié)果

2.1.1 干燥溫度的影響 真空帶式干燥機(jī)組有3個(gè)加熱區(qū)和一個(gè)冷卻區(qū)。物料通過1區(qū)時(shí)因水分較高，不能設(shè)置太高的溫度，因過高的溫度會(huì)使料液濺出；而物料到達(dá)3區(qū)時(shí)水分已較低，若溫度很高會(huì)破壞其熱敏性成分。所以3個(gè)區(qū)域的溫度應(yīng)按照低-高-低的規(guī)律設(shè)置。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)值及預(yù)實(shí)驗(yàn)結(jié)論，每個(gè)區(qū)域間隔5℃。將3個(gè)加熱區(qū)的平均溫度稱為干燥溫度，分別取50℃、60℃、70℃、80℃、90℃、100℃，干燥時(shí)間為90min，進(jìn)料速率為80r·min-1，履帶速率10cm·min-1。干燥溫度對(duì)3個(gè)指標(biāo)的影響以綜合評(píng)分計(jì)，90℃結(jié)果最佳。

2.1.2 干燥時(shí)間的影響 將3個(gè)加熱區(qū)溫度分別設(shè)為85℃、90℃、95℃，進(jìn)料速率為80r·min-1，履帶速率10cm·min-1，考察干燥時(shí)間分別為60min、80min、100min、120min、150min為對(duì)各指標(biāo)的影響。試驗(yàn)結(jié)果表明，干燥120min時(shí)結(jié)果最優(yōu)，當(dāng)繼續(xù)干燥至150min時(shí)，含量下降，導(dǎo)致最終結(jié)果呈下降趨勢(shì)。

2.1.3 進(jìn)料速率的影響 將3個(gè)加熱區(qū)溫度分別設(shè)為85℃、90℃、95℃，履帶速率為10cm·min-1，干燥時(shí)間為120min，考察進(jìn)料速率分別為50r·min-1、60r·min-1、70r·min-1、80r·min-1對(duì)各指標(biāo)的影響。試驗(yàn)結(jié)果表明，進(jìn)料速率為60r·min-1時(shí)，3個(gè)指標(biāo)均達(dá)到最優(yōu)，綜合評(píng)分最高。

2.1.4 履帶速率的影響 將3個(gè)加熱區(qū)溫度分別設(shè)為85℃、90℃、95℃，干燥時(shí)間為120min，進(jìn)料速率為60r·min-1，考察履帶速率分別3cm·min-1、4cm·min-1、5cm·min-1、6cm·min-1對(duì)各指標(biāo)的影響。試驗(yàn)結(jié)果表明，當(dāng)履帶速率為4cm·min-1時(shí)能得到較好的結(jié)果。

2.2 真空帶式干燥工藝優(yōu)選 在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，應(yīng)用響應(yīng)曲面法對(duì)黃芪多糖的真空帶式干燥工藝進(jìn)行優(yōu)化。以干燥溫度（A）、干燥時(shí)間（B）、進(jìn)料速率（C）、履帶速率（D）為考察因素，每個(gè)因素選擇3個(gè)水平。

2.3 響應(yīng)曲面試驗(yàn)結(jié)果分析 利用Design-Expert8.0.6軟件進(jìn)行試驗(yàn)設(shè)計(jì)，本試驗(yàn)共含有29個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)，其中24個(gè)為析因點(diǎn)，5個(gè)為零點(diǎn)。析因點(diǎn)為自變量取值在所構(gòu)成的三維頂點(diǎn)，零點(diǎn)為區(qū)域的中心點(diǎn)，其中零點(diǎn)試驗(yàn)重復(fù)5次，用以估算試驗(yàn)誤差。

采用Design-Expert8.0.6軟件對(duì)綜合評(píng)分結(jié)果進(jìn)行二次多元回歸擬合，回歸方程Y=9 2.1 5-7.54A+4.57B+4.93C+10.35D+5.34AB-2.33AC-18.33AD-1.93BC-8.50BD-13.42CD-25.96A2-3.86B2-10.82C2-12.92D2，相關(guān)系數(shù)R2=0.9679，接近1，說明所建模型與試驗(yàn)擬合較好。

對(duì)該回歸方程進(jìn)行方差分析，該模型具有極顯著水平足以擬合試驗(yàn)數(shù)據(jù)。對(duì)回歸方程進(jìn)行檢驗(yàn)，R2=0.9679，說明回歸方程回歸效果好，R2Adj為0.9358，說明此模型能解釋93.58%響應(yīng)值的變化。失擬項(xiàng)不顯著（P＞0.05），說明實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)和理論數(shù)據(jù)擬合度很高，試驗(yàn)誤差小，可信度高，因此可以用于黃芪多糖真空帶式干燥工藝的分析和預(yù)測(cè)。

2.4 各因素間相互作用對(duì)結(jié)果的影響 當(dāng)進(jìn)料速率為60r·min-1，履帶速率為4cm·min-1時(shí)，干燥溫度和干燥時(shí)間之間存在交互作用。當(dāng)干燥時(shí)間為120min，進(jìn)料速率為60r·min-1時(shí)，干燥溫度和履帶速率相關(guān)作用。在干燥溫度一定時(shí)，隨著履帶速率的增加，物料水分及干燥速率含量均增加，但履帶速率過大，使物料干燥不充分，水分不達(dá)標(biāo)，含量因含水也有所降低，影響最終結(jié)果。當(dāng)干燥溫度90℃，進(jìn)料速率為60r·min-1時(shí)，履帶速率和干燥時(shí)間也存在交互作用。履帶速率一定時(shí)，干燥時(shí)間使最終評(píng)分先高后低，因?yàn)殡S著干燥時(shí)間增加，水分和含量及干燥速率均升高，但干燥時(shí)間過長(zhǎng)，含量、水分和干燥速率都會(huì)達(dá)到飽和狀態(tài)，甚至過長(zhǎng)干燥，干燥速率會(huì)降低，影響最終結(jié)果。軟件最終篩選出的最佳干燥工藝參數(shù)為：干燥溫度84.26℃，干燥時(shí)間103.19min，進(jìn)料速率為57.44r·min-1，履帶速率為5cm·min-1，此狀態(tài)綜合得分為99.7451。

2.5 最佳工藝參數(shù)的驗(yàn)證 為了更方便操作，將工藝參數(shù)確定為干燥溫度85℃，干燥時(shí)間105min，進(jìn)料速率為55r·min-1，履帶速率為5cm·min-1。在此工藝條件下進(jìn)行驗(yàn)證試驗(yàn)（n=3），得到水分為4.15%，干燥速率為3.42Kg·h-1，含量為72.75%，綜合得分為95.2742，RSD=1.1%，實(shí)踐結(jié)果與模型預(yù)測(cè)值基本一致，所以認(rèn)為利用響應(yīng)曲面法得到的黃芪多糖的帶式干燥工藝參數(shù)穩(wěn)定可靠，具有一定的應(yīng)用價(jià)值。

3 討論

本文通過單因素試驗(yàn)和響應(yīng)曲面分析對(duì)黃芪多糖的帶式工藝進(jìn)行優(yōu)化，得到干燥溫度、干燥時(shí)間、進(jìn)料速率和履帶速率對(duì)水分、干燥速率和含量的回歸模型，經(jīng)檢驗(yàn)分析所建模型合理有效。由該模型確定的最優(yōu)干燥工藝條件為干燥溫度85℃，干燥時(shí)間105min，進(jìn)料速率為55r·min-1，履帶速率為5cm·min-1，在此條件下，得到水分為4.56%，干燥速率為2.92Kg·h-1，含量為71.55%，綜合評(píng)分為98.7062與理論值98.7915基本一致。

本實(shí)驗(yàn)雖兼顧了產(chǎn)品的關(guān)鍵指標(biāo)，但未考慮干燥產(chǎn)品的色澤、孔隙率等其他指標(biāo)，還需要結(jié)合下一步制劑工藝進(jìn)行補(bǔ)充研究。