黃芪多糖膠囊殼的制備及質量評價

朱雙雙 楊 濤 王 未 張 凱 張閃閃

（1.巢湖學院 化學與材料工程學院，安徽 巢湖 238000；2.巢湖今辰藥業有限公司，安徽 巢湖 238000）

1 前言

在我國，膠囊劑的應用已經有160多年，與其它口服固體制劑相比，具有獨特的優勢，目前已成為口服固體制劑的主要劑型之一，其中，硬膠囊劑型的藥品和功能食品的數量約占總產量的20%[1]。膠囊劑因有膠囊殼并以此充填藥物，使其具有避免藥物與外界直接接觸、提高藥物穩定性、掩蓋藥物不良氣味等優點。此外，還可通過改變膠囊殼的性質，使劑型具有緩釋、控釋及定位釋放的功效。因此膠囊殼質量的好壞，在一定程度上可直接決定膠囊劑的質量[2]。

目前，市面上藥用膠囊殼主要為動物性膠囊殼，其主要成分為動物明膠，經過精處理后與輔料混合制備而成，動物明膠膠囊殼在我國膠囊殼比例中超95%。明膠理化性質較為復雜、來源難控，導致明膠膠囊殼存在諸多缺陷。明膠膠囊殼在干燥環境下容易失水，進而硬化，易于脆碎；在潮濕環境下易于吸水，進而軟化；遇醛類物質易發生交聯反應，對貯存環境要求較高，性質不穩定。此外明膠膠囊殼來源于動物，素食主義者及伊斯蘭教信仰者的依從性較差[3]。且近些年來以工業明膠代替動物明膠制備而成的“毒膠囊”，更是進一步阻礙了明膠膠囊殼的市場應用。

為克服明膠膠囊殼的缺點與局限，我國逐步自主研發植物型膠囊殼，以期為藥物換上“天然外衣”[4]。植物型膠囊殼具有惰性高、性質穩定、適用性廣和安全性高等優點。目前在研究的植物型膠囊殼主要包括纖維素類、淀粉及改性淀粉類、多糖類[5]。多糖類植物型膠囊殼因其具有較強的黏性、凝膠特性[6]及成膜性能，其可再生性、生物降解性、非抗原性和廉價等優點[7]，已成為植物型膠囊殼的研究熱點。郭衛強等[8]以超低黏度的海藻多糖為主要原料，加入卡拉膠等組成凝固體系，用以制備多糖植物型膠囊殼，研究結果表明，該空心硬膠囊符合國家標準。羅伯特等[9]將普魯蘭多糖作為主要原料，與明膠和卡拉膠復配，制備普魯蘭多糖膠囊殼，此膠囊可滿足國家藥典標準的要求，具有良好的崩解性和藥物溶出性。張小菊等[10]以改性魔芋葡甘聚糖作為原料，制備的植物空心硬膠囊具有較好的防潮性。

黃芪多糖是中藥黃芪中主要的活性成分，由豆科植物黃芪根莖經過提取、濃縮、純化制備而成[11]。藥理研究表明[12]，黃芪多糖具有抗腫瘤、抗氧化、抗衰老、抗病毒、降血糖、增強機體免疫功能等多種生物學功能，具有較強的研究開發價值。目前，黃芪多糖的研究主要集中在其提取分離、藥理活性等方面的研究，較少涉及其作為藥用輔料的功能研究。

目前，植物型膠囊殼普遍存在吸濕性強的缺點，對其透濕性能的研究較少，且膠囊內容物普遍也有較強的吸濕性，而膠囊殼的透濕性好壞對藥物制劑的穩定性具有較大的影響[13]。通過制備游離膜，簡化處方篩選過程，在膠囊殼成囊性較好的基礎上盡可能選擇透濕性更小的處方，以確保膠囊殼的性質更加穩定可靠。通過單因素實驗及正交實驗對其處方進行優選，并對自制黃芪多糖膠囊殼進行一系列的質量評價，以期制備一種新型的穩定性更高、性能更為優良的植物型藥用膠囊殼，用以克服明膠膠囊殼的缺點，拓展膠囊殼的市場選擇及應用，同時有利于中國傳統中藥黃芪的深度開發與利用，促進中藥現代化。

2 材料與方法

2.1 實驗材料

黃芪多糖，購于西安云悅生物科技有限公司，批號：20190102；頭孢拉定膠囊，石藥集團歐意藥業有限公司，批號：055170863；阿莫西林膠囊，購于四川珠峰藥業有限公司，批號：180302；阿莫西林標準品，購于上海麥克林生化科技有限公司，批號：A832367；頭孢拉定標準品，上海阿拉丁生化科技股份有限公司，批號：C103344；羥丙基甲基纖維素（HPMC），購于安徽山河藥用輔料股份有限公司，批號：180711。無水乙醇、甘油、鹽酸均為分析純。

2.2 實驗方法

2.2.1 黃芪多糖游離膜透濕性能的考察

（1）黃芪多糖游離膜的制備

將黃芪多糖加入60 mL的乙醇溶液中（乙醇:水=1:2），在50℃水浴鍋中加熱至黃芪多糖完全溶解，抽濾除去雜質，依次加入羥丙基甲基纖維素和甘油，放置溶脹，待膠液溶脹完全后除去液面上的泡沫，加適量滑石粉備用。取適量膠液緩慢倒入培養皿中，震蕩去除膠液中的氣泡，于電熱恒溫鼓風干燥箱中干燥成膜，脫模，棄去表面存在褶皺、裂縫、麻點、厚薄不均的膜。每份樣品分別取6個不同部位測定厚度，選取RSD＜15%的游離膜備用[14]。

（2）膜性能參數的的測定

取適量西林瓶（2.1 cm*5.0 cm，口徑1.3 cm），用磨砂紙將瓶口磨平，放入約4 g干燥至恒重的變色硅膠，將游離膜用萬能膠固定于瓶口上，修去瓶口邊緣多余部分，再次磨平。配制飽和NaCl溶液（RH=75%），置于干燥器中，使其內濕度達到75%。將裝有變色硅膠的西林瓶于25℃條件下，放置干燥器內平衡6 h，精密稱重，記錄初始重量。再分別于 12 h、24 h、36 h、48 h 取出， 精密稱重，記錄各時間點重量，計算透濕量Q[15]。根據Fick′s定律，通過膜的水蒸氣量符合式（1）：

Q：透濕量/g；p：膜兩側水蒸氣分壓差/kPa；A：透濕面積/m2；L：膜的厚度/mm；t：透濕時間/h；K：膜的表觀透濕系數/g·mm·m-2·h-1·kPa-1。

以透濕量Q為橫坐標，以透濕時間t為縱坐標，作線性回歸，計算透濕系數K，以K值大小評價膜透濕性好壞。

2.2.2 黃芪多糖空心膠囊的制備[16]

（1）溶膠

將適量黃芪多糖加入60 mL的乙醇溶液中（乙醇∶水=1∶2），在 50℃水浴鍋中加熱至黃芪多糖完全溶解，將溶液抽濾除雜后依次加入羥丙基甲基纖維素和甘油，待溶脹完全除去液面上的泡沫，加適量滑石粉備用。

（2）蘸膠成型

取適量膠液放置于10 mL燒杯中，將膠囊模具蘸入膠液中，停留數秒，緩慢提出，翻轉數次，直至冷卻成型。

（3）干燥

膠囊成型后，于電熱恒溫鼓風干燥箱中35℃條件下干燥。

（4）拔殼與剪切

待膠囊干燥后，拔下囊胚，分別將膠囊殼、膠囊帽剪切至規定長度。

2.2.3 成囊性評價

按照《中華人民共和國藥典》[17]和《中國醫藥包裝協會》[18]中對明膠膠囊殼的要求，根據膠囊殼制作過程中常產生的主要問題，確定拔殼難易程度、表觀光滑度、色澤、氣泡、癟頭薄頭、韌性，綜合為成囊性評價指標，進行評分，分數為0～12，分數越高，表明成囊性越好。任一指標評分為0，則膠囊殼不合格。

2.2.4 黃芪多糖膠囊殼處方考察單因素實驗

（1）黃芪多糖質量考察

取黃芪多糖質量為 0.95 g、0.85 g、0.75 g、0.65 g，羥丙基甲基纖維素質量為0.9 g，甘油體積為2.0 mL，在25℃溫度下溶脹12 h，蘸膠10次，于35℃烘干30 min，制作黃芪多糖膠囊殼。參照“2.2.1”項下，制作黃芪多糖游離膜測定透濕量，參照“2.2.2”項下，制備膠囊殼，參照“2.2.3”項下，進行膠囊殼成囊性評價，考察黃芪多糖質量對黃芪多糖膠囊殼的影響。

（2）羥丙基甲基纖維素種類考察

參照“2.2.2”項下，取羥丙基甲基纖維素種類為 400 mPa·s、15000 mPa·s、100000 mPa·s 的羥丙基甲基纖維素0.9 g，黃芪多糖0.75 g，甘油2.0 mL，在25℃溫度下溶脹12 h，蘸膠 10次，于35℃烘干30 min，制作黃芪多糖膠囊殼。參照“2.2.1”項下，制作黃芪多糖游離膜測定透濕量，參照“2.2.3”項下，進行膠囊殼成囊性評價，考察羥丙基甲基纖維素種類對黃芪多糖膠囊殼的影響。

（3）羥丙基甲基纖維素質量考察

參照“2.2.2”項下，取羥丙基甲基纖維素1.5 g、1.3 g、1.1 g、0.9 g、0.7 g，黃芪多糖 0.75 g，甘油 2.0 mL，在25℃溫度下溶脹12 h，蘸膠10次于35℃烘干30 min，制作黃芪多糖膠囊殼。參照“2.2.1”項下，制作黃芪多糖游離膜測定透濕量，參照“2.2.3”項下，進行膠囊殼成囊性評價，考察羥丙基甲基纖維素質量對黃芪多糖膠囊殼的影響。

（4）甘油體積考察

參照“2.2.2”項下，取甘油體積為 1.5 mL、2.0 mL、2.5 mL、3.0 mL，羥丙基甲基纖維素質量為1.1 g，黃芪多糖質量0.75 g，在25℃溫度下溶脹12 h，蘸膠10次，于35℃烘干30 min，制作黃芪多糖膠囊殼。參照“2.2.1”項下，制作黃芪多糖游離膜測定透濕量，參照“2.2.3”項下，進行膠囊殼成囊性評價，考察甘油體積對黃芪多糖膠囊殼的影響。

2.2.5 黃芪多糖膠囊殼處方考察正交實驗

根據單因素實驗研究結果設計正交實驗，因素水平如表1所示。

2.2.6 黃芪多糖膠囊殼的質量評價

（1）松緊度檢查

取20粒自制黃芪多糖膠囊殼，其中填充適量滑石粉，將膠囊帽、膠囊體套合，逐粒自1 m高處垂直墜于厚度為2 cm的木板上，觀察是否出現漏粉現象，記錄不合格的膠囊殼數。

（2）脆碎度檢查

取20粒自制黃芪多糖膠囊殼，將膠囊帽、膠囊體分開，放置于培養皿中，于25±1℃下放入盛有硝酸鎂飽和溶液的干燥器內，平衡24 h，取出后立即輕捏膠囊帽與膠囊體的切口處，使成合縫狀態，觀察膠囊是否出現破裂現象，并記錄破碎膠囊殼數。

（3）體外釋放實驗

實驗分別以頭孢拉定和阿莫西林為模型藥物，以藥物累積釋放度為評價指標，考察膠囊殼的體外釋放情況。因膠囊劑具有漂浮性，故選用2015版《中華人民共和國藥典》中溶出度測定方法第一法籃法，將市售頭孢拉定膠囊及阿莫西林膠囊囊心物取出，放入自制的黃芪多糖膠囊殼中，套合膠囊帽、膠囊體，做為待測自制制劑。分別配制0.1 mol/L的鹽酸溶液、蒸餾水各900 mL，超聲30 min，排出氣泡，以此作為釋放度實驗溶出介質，溶出儀溫度設定為37±0.5℃，轉速為100 r/min， 分別在相應時間點 （2 min、5 min、8 min、10 min、15 min、20 min、30 min、45 min、60 min） 進行取樣，同時及時補充相同體積的溶出介質，樣品用微孔濾膜（0.45 μm）快速過濾，分別在其最大吸收波長255 nm、272 nm處測定吸光度，根據標準曲線方程計算累積釋放度，并繪制釋放曲線，以市售明膠膠囊作為參比，研究自制膠囊殼的釋放行為[16，19]。

表1 黃芪多糖處方考察正交實驗因素水平表

3 結果與分析

3.1 黃芪多糖膠囊殼處方考察單因素實驗

3.1.1 黃芪多糖質量考察

記錄各時間點的透濕量，進行線性擬合，得到透濕系數，結果如圖1所示。由圖1可知，黃芪多糖用量在0.65～0.95 g范圍內，當用量較多時，游離膜的透濕系數較大，表明水蒸氣易于穿透游離膜，這是因為多糖的吸水性能較強；當黃芪多糖的用量較少時，由于黃芪多糖具有一定的成膜性能，故此時的游離膜孔隙較多，造成透濕性強；黃芪多糖質量為0.75 g時，透濕系數K值最小，即黃芪多糖0.75 g時透濕性最低。且由表2可知，黃芪多糖用量過多膠囊的韌性較差，膠囊殼的成囊性評價不合格；用量較少時，易于出現癟頭薄頭現象；當黃芪多糖的用量為0.75 g時，膠囊殼的評分最高，成囊性最好。綜上所述，最終確定黃芪多糖的質量為0.75 g。

圖1 黃芪多糖質量對透濕系數的影響

3.1.2 羥丙基甲基纖維素種類考察

由預實驗可知，多糖類物質雖具有一定的成膜性能，但單獨使用其制作膠囊殼，其成形性較差，故需添加輔助成膜材料以促使其成形。羥丙基甲基纖維素具有較強的成膜性能，且性質穩定，常用作膠囊殼的輔助成膜材料[20]。預實驗中分別選取了三種黏度的羥丙基甲基纖維素作為輔助成膜材料，配制膠液，其中選用400 mPa·s的羥丙基甲基纖維素配制的膠液黏度較小，難以附著在膠囊模具上，無法蘸膠成形；羥丙基甲基纖維素種類為100000 mPa·s配制的膠液黏度過大，膠液配制困難，且蘸膠時難以均勻附著在膠囊模具上；羥丙基甲基纖維素種類為15000 mPa·s時，配制的膠液黏度適宜蘸膠。因其種類直接影響膠液的粘稠度，進而影響游離膜及膠囊殼的制備，當羥丙基甲基纖維素黏度為15000 mPa·s時，膠液粘稠度適宜，故最終選擇羥丙基甲基纖維素的種類為15000 mPa·s。

表2 黃芪多糖質量對成囊性的影響

3.1.3 羥丙基甲基纖維素質量考察

通過記錄各時間點的透濕量，進行線性擬合，得到透濕系數，結果如圖2所示。由圖2可知，羥丙基甲基纖維素用量在0.7～1.5 g范圍內，隨著其用量的增加，游離膜的透濕性逐漸降低。由表3可知，當羥丙基甲基纖維素用量為0.7 g時，由于輔助成膜材料量少，成膜性能不足，易于出現癟頭薄頭，致使膠囊殼不符合質量要求。當羥丙基甲基纖維素用量為1.3 g及1.5 g時，由于膠囊殼較厚，致使膠囊柔韌性不足，不符合要求。故綜合游離膜透濕性考察及膠囊殼成囊性評價結果，選取透濕性相對較小，且成囊性評分合格的處方，最終確定羥丙基甲基纖維素的用量為1.1 g。

圖2 HPMC質量對透濕系數的影響

表3 HPMC質量對成囊性的影響

3.1.4 甘油體積考察

由圖3可知，甘油用量在1.5～3.0 mL范圍內，游離膜的透濕系數隨著甘油用量的增加先降低后增加，這可能于甘油的性質有關。甘油為膠囊殼中的常用增塑劑，其主要作用為增加膠囊殼的柔韌性[21]，可提高分子間的緊密程度，減少分子間的孔隙數，故可阻礙水蒸氣的進入，進而降低其透濕性。然而，甘油還具有保濕作用，用量過大，可能致使游離膜的吸水性更強。當甘油體積為2.5 mL時，透濕系數K值最小，即甘油體積為2.5 mL時透濕性最低。由表4可知甘油體積為1.5 mL時，膠囊殼的柔韌性不足，易于脆碎，進而致使拔殼困難；甘油體積為3 mL時，膠囊殼過于柔軟，無法定型；用量為2.5 mL的處方的評分最高，成囊性最好。故綜上所述，最終確定甘油體積為2.5 mL。

圖3 甘油體積對透濕系數的影響

表4 甘油體積對成囊性的影響

3.2 正交實驗優化黃芪多糖膠囊殼處方

3.2.1 正交實驗結果分析

由單因素實驗結果可知，多糖質量、羥丙基甲基纖維素質量、甘油的體積對黃芪多糖膠囊殼的質量有很大的影響。為了篩選出最優處方，對各因素進行正交設計，采用L16（43）正交表，進行三因素四水平的正交實驗，結合透濕性能和成囊性評分綜合為考察結果，結果見表5。

表5 黃芪多糖膠囊殼處方優化正交實驗結果

從表5中透濕性分析可以看出最優處方為A3B3C3，即黃芪多糖為0.75 g，HPMC用量為1.3 g，甘油用量為2.5 mL。從成囊性分析可以看出最優處方為A3B3C2，即黃芪多糖為0.75 g，HPMC用量為1.3 g，甘油用量為2 mL。影響黃芪多糖膠囊殼透濕性能因素的主次關系為：多糖用量>HPMC用量≈甘油體積，影響黃芪多糖膠囊殼成囊性因素的主次關系為：多糖用量>甘油體積>HPMC用量。由此可知，甘油對透濕性及成囊性的影響均較大，故最終選取甘油用量為C2和C3的中間點。綜合各因素，確定最優處方為黃芪多糖為0.75 g，HPMC用量為1.3 g，甘油用量為2.25 mL。

3.2.2 處方驗證實驗

根據最優處方：黃芪多糖0.75 g，HPMC用量1.3 g，甘油用量2.25 mL，制備三批黃芪多糖游離膜及膠囊殼，進行透濕性及成囊性考察。由表6可知，處方重現性良好，且透濕性較低，成囊性較好。

表6 處方驗證實驗結果

3.3 黃芪多糖膠囊殼的質量評價

3.3.1 松緊度檢查

按“2.2.6（1）”項下進行松緊度考察，觀察發現自制膠囊殼未出現粘連、變形、破裂現象，且漏粉膠囊少于2粒，符合《中華人民共和國藥典》對膠囊松緊度的要求。

3.3.2 脆碎度檢查

按“2.2.6（2）”項下進行脆碎度考察，觀察發現自制膠囊殼破碎數為1節，符合《中華人民共和國藥典》對膠囊脆碎度的要求（不得多于10節）。

3.3.3 體外釋放實驗

由圖4、圖5可知，相較于市售以明膠膠囊殼作為囊殼的阿莫西林膠囊和頭孢拉定膠囊，以自制黃芪多糖膠囊殼為囊殼的阿莫西林膠囊和頭孢拉定膠囊的釋放曲線更加平穩，釋放速度更加均勻，表現出良好的緩釋作用。說明自制膠囊殼具有緩釋膠囊殼的潛在作用。這可能是由于輔助成膜材料羥丙基甲基纖維素具有緩釋功能，進而促使膠囊殼能夠緩慢釋放藥物。

圖4 阿莫西林膠囊釋放曲線

圖5 頭孢拉定膠囊釋放曲線

4 結論

采用目前硬膠囊殼生產的通用工藝：溶膠、蘸膠制胚、干燥制備黃芪多糖膠囊殼，其最優處方為:黃芪多糖0.75 g，羥丙基甲基纖維素15000 mPa·s 1.3 g，甘油2.25 mL。在此條件下制備的黃芪多糖膠囊殼具有膠液質量穩定，游離膜透濕系數為 0.005 g·mm·m-2·h-1·kPa-1，透濕性低，膠囊殼成囊性評分為11分，成囊性好，松緊度、脆碎度符合國家標準，且具有緩釋作用。該配方簡單穩定，可以為制備多糖類植物膠囊殼提供依據。