基于星點設(shè)計－效應(yīng)面法優(yōu)化清寧膠囊填充工藝

李俊江,詹文強,李季文?

(1.甘肅省中醫(yī)院 科研制劑中心,甘肅 蘭州730050；2.甘肅省中醫(yī)藥研究院 中心實驗室,甘肅 蘭州730050)

清寧膠囊(批準(zhǔn)文號：甘藥制字Z04000838)是甘肅省中醫(yī)院研發(fā)使用的院內(nèi)中藥制劑,由大黃等藥物組成,具有瀉實熱、下積滯、利膽、健胃、止血、降血脂之功效,臨床主要用于便秘、肛裂、術(shù)后通便、消化不良、上消化道出血等癥的治療[1]。在生產(chǎn)過程中,由于清寧膠囊灌裝藥粉具有流動性差和易粘連的特性,造成清寧膠囊裝量過程較難控制,成品的質(zhì)量穩(wěn)定性不夠理想。本研究旨在更好地控制清寧膠囊的填充工藝,確保制劑裝量均一穩(wěn)定,提高清寧膠囊質(zhì)量的穩(wěn)定性。本試驗對影響清寧膠囊裝量差異的藥粉粒徑、料斗加料量、環(huán)境相對濕度等因素進行了考察,優(yōu)化了清寧膠囊的填充工藝,有效地控制了清寧膠囊裝量,提高了制劑的質(zhì)量控制水平,以期為該制劑批量化生產(chǎn)奠定工藝基礎(chǔ)。

1 材料

半自動膠囊填充機(DTJ-C型,浙江華聯(lián)制藥機械股份有限公司)；電子天平(METTLER AE240型；德國Sartorius賽多利斯)；清寧膠囊藥粉(批號：20160122；由甘肅省中醫(yī)院科研制劑中心制備)；0＃藥用空膠囊(批號：20150126,青島益青藥用膠囊有限公司)。

2 方法與結(jié)果

2.1 清寧膠囊的制備與裝量測定

2.1.1 膠囊制備 按處方比例領(lǐng)取大黃等組方飲片經(jīng)凈選和炮制加工后粉碎,藥粉經(jīng)干燥滅菌后用混合機充分混勻,制得供填充用清寧膠囊藥粉[2]。按照試驗時確定的工藝參數(shù)通過半自動膠囊填充機制備清寧膠囊,膠囊備用。

2.1.2 裝量測定 按2015年版藥典四部制劑通則(0100)膠囊劑(0103)項下裝量差異測定方法進行測定[2-5]。

2.2 實驗設(shè)計

根據(jù)前期生產(chǎn)實際,對影響膠囊灌裝填充的單個因素進行了實驗篩選,確定了影響膠囊填充的主要影響因素。本實驗主要研究藥粉粒徑、料斗加料量、相對濕度3個因素對響應(yīng)值膠囊裝量的影響,并預(yù)先進行了單因素影響實驗[6]。單因素實驗只考察多個因素對響應(yīng)值的影響,不能反映出多個因素之間相互作用的影響。星點設(shè)計(central composite design,CCD)是多因素五水平的實驗設(shè)計,是在二水平析因設(shè)計的基礎(chǔ)上加上極值點和中心點構(gòu)成的。星點設(shè)計形成的實驗表以代碼形式編排,實驗時再轉(zhuǎn)化為實際操作值,水平取值用0、±1、±α代碼表示[7-8]。對于3因素的星點設(shè)計實驗α＝1.732,因素水平設(shè)計見表1。實驗使用Design-Expert Software 8.0數(shù)據(jù)統(tǒng)計軟件,采用星點設(shè)計分析方法,優(yōu)化膠囊填充工藝條件,并進行預(yù)測實驗分析[9]。

表1 星點設(shè)計因素水平

2.3 方法學(xué)考察

2.3.1 多元二次回歸模型的建立 綜合考慮單因素實驗分析結(jié)果,以清寧膠囊裝量為考察評分指標(biāo),選用星點設(shè)計試驗考察優(yōu)選膠囊填充工藝,采用效應(yīng)面法(response surface methodology,RSM)擬合建立模擬函數(shù),并根據(jù)模型描繪效應(yīng)面。星點設(shè)計原理效應(yīng)面分析結(jié)果見表2。對表2中的實驗結(jié)果進行多元線性回歸和二項式擬合[7],膠囊裝量提取的數(shù)學(xué)擬合：R1＝0.34－3.763×10－3A－0.012B＋3.048×10－3C－6.875×10－4AB＋0.011AC－2.537×10－3BC＋1.093×10－3A2－0.021B2＋2.610×10－3C2,式中R1為膠囊裝量(g),A為藥粉目數(shù)(目),B為料斗加料量(V),C為環(huán)境相對濕度(%)。

表2 膠囊裝量試驗分析結(jié)果

表3 回歸方程的方差分析

多元線性回歸以F檢驗判斷模型優(yōu)劣,當(dāng)P值小于0.05時影響因素對響應(yīng)值影響有顯著性差異,小于0.01時有高度顯著性差異。通過對所得回歸方程進行方差分析(見表3),結(jié)果顯示模型的P＜0.05,說明該模型得到的回歸方程具有顯著性,試驗設(shè)計可靠,模型相關(guān)系數(shù)r＝0.837 1,理論預(yù)測值與實測值偏差較小,模型具有良好的預(yù)測性,進一步說明該模型與實驗數(shù)據(jù)擬合度好,試驗誤差小,具有較好的可信度[7]。在所選取的各因素水平范圍內(nèi),按照對膠囊裝量結(jié)果影響因素的主次排序：料斗加料量(B)＞藥粉粒徑(A)＞相對濕度(C),其中B因素影響顯著。

2.3.2 效應(yīng)面分析 效應(yīng)面優(yōu)化法是將實驗得出的數(shù)據(jù)結(jié)果進行效應(yīng)面分析,得到的預(yù)測模型一般是個曲面,即所獲得的預(yù)測模型是連續(xù)的[8]。該方法的優(yōu)勢是在實驗條件尋優(yōu)過程中,可以連續(xù)地對實驗的各個因素的不同水平進行分析,優(yōu)選出較優(yōu)工藝條件[10-13]。試驗中因素間交互作用對膠囊裝量的影響見圖1-3,由所繪制的效應(yīng)面和等高線圖及表3可知,AB、AC、BC間交互作用對膠囊裝量的影響不顯著(P＞0.05)。

圖1 A、B因素對清寧膠囊裝量影響等高線及3D圖

圖2 A、C因素對清寧膠囊裝量影響等高線及3D圖

圖3 B、C因素對清寧膠囊裝量影響等高線及3D圖

2.3.3 條件優(yōu)化、預(yù)測與驗證 由圖1、圖2、圖3效應(yīng)面可知該模型有穩(wěn)定點,且穩(wěn)定點是最大值。利用Point Prediction進行預(yù)測分析,獲得一組膠囊填充的較優(yōu)條件：藥粉粒徑A為120目藥粉,加料量B為1/3～1/2之間,相對濕度C為65%,在此優(yōu)化的工藝條件下,膠囊裝量為0.354 7。根據(jù)得到的較優(yōu)條件,考慮到制劑填充實際操作的可行性,將清寧膠囊生產(chǎn)工藝參數(shù)在回歸方程得到的理論值基礎(chǔ)上修正為：藥粉粒徑A為120目藥粉,料斗加料量B為0.4,相對濕度C為65%,膠囊的裝量規(guī)格定為0.35 g/粒[14]。在此條件下生產(chǎn)清寧膠囊,依法測定清寧膠囊裝量,對預(yù)測結(jié)果進行驗證,結(jié)果清寧膠囊裝量為0.352 1g(n＝10),預(yù)測值與實際值之間偏差較小,說明二次多項式數(shù)學(xué)模型所得到的優(yōu)化條件符合設(shè)計目標(biāo),實驗設(shè)計和數(shù)學(xué)模型具有可靠性和重現(xiàn)性[15]。

3 討論

膠囊的填充是膠囊劑制備的關(guān)鍵技術(shù)環(huán)節(jié),直接影響著裝量差異的可控性,對成品的質(zhì)量至關(guān)重要。半自動膠囊填充機采用的是螺旋加壓灌裝方式,對填充物料的流動性適應(yīng)范圍較寬,對于一些流動性較差的藥料,通過控制灌裝時的相關(guān)工藝參數(shù)可以直接進行填充,可避免制粒過程的費時費力及對藥物質(zhì)量的影響[5]。清寧膠囊主要成分含有大黃,大黃的酚性成分對熱不穩(wěn)定,采用混合后的藥粉不經(jīng)制粒的過程直接填充,可有效減少藥物有效成分損失,提高制備效率。本研究對清寧膠囊采用藥粉直接填充,為了降低原藥粉的黏附性,提高藥粉填充的可控性,對實際操作中影響膠囊填充效率和質(zhì)量的藥粉粒徑、藥斗加料量、環(huán)境相對濕度3個控制參數(shù)進行優(yōu)化考察,探索對易黏附、易吸濕、熱穩(wěn)定性較差的藥物不經(jīng)制粒,直接采用原藥粉填充膠囊工藝的可行性,并確保膠囊的裝量準(zhǔn)確,重量差異范圍較小,符合所制定藥品質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的要求。

星點設(shè)計(CCD)是一種新型的試驗設(shè)計方法,其具有試驗次數(shù)少、試驗精度高等特點,在藥學(xué)應(yīng)用上成效顯著。效應(yīng)面優(yōu)化法(RSM)最早用于普通劑型處方的篩選,近年來在新型給藥系統(tǒng)處方篩選和工藝優(yōu)化方面應(yīng)用較多,根據(jù)模型可采用解方程求極值或限定效應(yīng)范圍求解因素水平區(qū)間的方法獲得較佳工藝條件。但最為簡單直觀的方法為描繪效應(yīng)面,從效應(yīng)面上直接讀取較佳工藝條件[16]。

本研究以藥粉粒徑、料斗加料量和相對濕度為評價指標(biāo),對清寧膠囊填充的主要影響因素進行了最優(yōu)篩選,用星點設(shè)計分析建立多元二次回歸模型,通過響應(yīng)面法對得出的數(shù)據(jù)結(jié)果進行效應(yīng)面分析,利用Point Prediction進行預(yù)測分析,綜合優(yōu)選得到清寧膠囊較優(yōu)的填充工藝參數(shù)為藥粉粒徑A為120目藥粉,料斗加料量B為0.4,相對濕度C為65%,即為清寧膠囊填充主要影響因素的最優(yōu)值。通過驗證試驗結(jié)果可知,預(yù)測值有可靠性,預(yù)測性良好,能夠指導(dǎo)實際生產(chǎn),優(yōu)選的參數(shù)實際生產(chǎn)過程也能實現(xiàn)。本研究所得實驗結(jié)果不僅能作為清寧膠囊實際生產(chǎn)的質(zhì)控參數(shù),同時可為其他膠囊制劑填充工藝的制定提供方法學(xué)借鑒。