基于響應面法優選消炎抗菌顆粒的成型工藝

楊素琴，范 亞，黃玉瑩，向梅先

中南民族大學藥學院，湖北 武漢430074

消炎抗菌顆粒作為三甲醫院的純中藥制劑，在臨床上使用多年，對上呼吸道感染、菌痢、胃腸炎和尿路感染治療效果顯著，受到了廣大患者的充分肯定與好評。該制劑主要由黃芩［1］、地榆［2］以及石榴皮［3］等構成。雖然消炎抗菌顆粒療效確切，副作用少，但其存在制備工藝粗放，成型率不高、質控技術落后、使用范圍極其有限等不足；并且中藥浸膏粉中一些成分對水、熱很敏感，在生產、運輸和貯存過程中顆粒容易吸潮，藥物質量不穩定?；诖?，本研究對顆粒的成型工藝［4-5］進行了研究，首先通過單因素試驗法，優選顆粒制劑的輔料、潤濕劑乙醇的濃度以及顆粒的干燥溫度；然后使用響應面星點設計［6-8］優化該顆粒劑的成型工藝，并對優化的成型工藝條件進行了驗證，以期篩選出最佳輔料構成和最佳制備工藝條件，提高顆粒的成型率，增加顆粒的流動性，提高質量穩定性，同時期望能為將來開發新藥提供技術支持。

1 實驗部分

1.1 儀器與材料

1.1.1 儀器 標準檢驗篩（GB6003，浙江上虞市五四紗篩廠），電子天平（JJ223BF，常熟市雙杰測試儀器廠），數控超聲波清洗器（KQ-500DE，昆山市超聲儀器有限公司），真空干燥箱（DZF-6090，上海精宏實驗設備有限公司），電熱恒溫鼓風干燥箱（101-0AB型，天津市泰斯特儀器有限公司）。

1.1.2 材料 環糊精（國藥集團化學試劑有限公司，20180911），可溶性淀粉（國藥集團化學試劑有限公司，20180513），甘露醇（國藥集團化學試劑有限公司，20180602），微晶纖維素（國藥集團化學試劑有限公司，20180607），乳糖（國藥集團化學試劑有限公司，20180715），蔗糖（國藥集團化學試劑有限公司，20181003），浸膏粉為實驗室自制；其它試劑均為分析純。

1.2 方法

1.2.1 消炎抗菌顆粒的制備 將干浸膏加入一定比例的乙醇、環糊精，充分混勻，制備成“輕握成團，壓之即散”的軟材后，使用孔徑830μm篩進行制粒，將其均勻平鋪在烘盤中，放入干燥箱中進行干燥，溫度為50℃，顆粒干燥后取出，整粒，則得消炎抗菌顆粒。

1.2.2 消炎抗菌顆粒的評價方法 該顆粒劑的評價方法依據2015年版《中國藥典》，從溶化性、粒度、水分等幾個方面為指標來進行綜合評價。

1.2.3 輔料的選擇 稱取5份5 g已恒重的浸膏粉，分別加入一定比例的不同輔料（乳糖、可溶性淀粉、微晶纖維素、環糊精、蔗糖）中，充分混勻，并過孔徑180μm篩；加入質量分數60%的乙醇作為潤濕劑制軟材，然后擠出制粒，將得到的濕顆粒置于45～55℃的干燥箱中，干燥后整粒。然后對該顆粒進行溶化率、吸濕性能和成型率評價，同時測定其休止角，結合以上4項指標得到綜合評分。其綜合評分標準如下：

綜合評分=成型率×70%+溶化率×15%+

吸濕率×10%+休止角×5%吸濕率：0%為100分，≥10%為0分；休止角：≤20°為100分，≥30°為0分。

1.2.4 潤濕劑的選擇 中藥浸膏具有黏性，一般選取乙醇作為潤濕劑。故本顆粒劑選取不同質量分數的乙醇作為潤濕劑并考察其與顆粒劑成型性之間的關系。按照“1.2.3”方法，將比為1∶3的中藥浸膏粉與優選輔料混合，分別加入不同濃度的乙醇進行制粒［9］，然后綜合評價，選取評分最高的潤濕劑濃度，即為本制劑的最佳潤濕劑用量。

1.2.5 顆粒劑成型工藝星點設計 為驗證本顆粒劑的最佳成型工藝，本研究采用了三因素五水平響應面星點設計［10］方法，其響應面星點設計因素水平見表1。

表1 考察因素及設計水平Tab.1 Examining factors and design level

1.2.6 成型率 其成型率依據2015版《中國藥典》，稱取顆粒30 g（m1），手動篩分，收集能通過五號篩且不能通過一號篩的顆粒及粉末，稱定其重量（m2），計算其成型率［11］。

1.2.7 吸濕率 稱取一定量恒重的制劑顆粒均勻平鋪于稱量瓶底部，將其放置在裝有過飽和NaCl溶液（已預飽和24 h）且相對濕度為75%的玻璃干燥器中。同時在25℃恒溫條件下放置24 h后進行稱重，計算其吸濕率［12］。

1.2.8 溶化率 精密稱取消炎抗菌顆粒0.25 g放至已干燥至恒重的5 mL離心管中，加入5 mL沸水，振搖5 min，而后離心15 min，棄上清液；在80℃下，把殘渣干燥至恒重后，精密稱定，計算溶化率［13］，計算公式如下：

1.2.9 休止角 其休止角的計算采用固定漏斗法。首先，在鐵架臺上將3只漏斗串聯同時固定好，最底部的漏斗口下端與坐標紙的距離（H）為3 cm，沿著最上方漏斗壁將顆粒倒入，當最底部漏斗口下端與坐標紙上圓錐體尖端的顆粒相接觸時停止倒入顆粒，顆粒圓錐底部的半徑（R）利用坐標紙進行測算，計算其休止角α［14］，計算公式如下：

1.2.10 顆粒成型工藝驗證 基于響應面法，利用Design-Expert8.0軟件進行分析以得到最佳工藝條件，在此基礎上，利用平行實驗進行驗證，考察綜合評分，以檢驗最佳工藝條件的可行性。

1.2.11 顆粒臨界相對濕度 因中藥顆粒易吸潮，為了選擇合適的制備環境條件，本研究對消炎抗菌顆粒的臨界相對濕度進行了考察。將已制好且干燥至恒重的消炎抗菌顆粒均勻平鋪于已干燥至恒重的稱量瓶的底部，精密稱量后，將其分別放置于6個密閉干燥器中（裝有不同濃度的硫酸和不同鹽的過飽和溶液），25℃恒溫條件下保存24 h，對其進行精密稱量，計算其吸濕百分率，其公式如下［15］：

2 結果與討論

2.1 實驗結果

2.1.1 輔料的選擇 輔料的選擇如表2所示，然后采用比較試驗進行篩選，結果如下：

由表2可知，在5種輔料中，綜合4個方面進行評價，環糊精綜合評分最高，達到67.13%，因此選取環糊精作為消炎抗菌顆粒的稀釋劑來進行制備。

表2 輔料的綜合評分（n=3）Tab.2 Comprehensive scores of excipients（n=3）

2.1.2 潤濕劑的選擇 采用比較試驗，以顆粒成型率，吸濕率，溶化率及休止角為指標綜合評分，對本顆粒劑潤濕劑的濃度進行優選。當乙醇的濃度為40%～80%時，其綜合評分較高，結果如表3所示。

表3 潤濕劑的綜合評分（n=3）Tab.3 Comprehensive scores of wetting agent（n=3）

2.1.3 響應面星點設計實驗結果 為了篩選出最佳物料比構成，采用響應面星點設計實驗對其進行優選，以顆粒成型率，吸濕率，溶化率及休止角為綜合評分指標，選擇綜合評分最高的輔料作為本制劑的制備條件，其結果如表4所示。

表4中的數據使用Design-Expert8.0進行回歸擬合，以回歸模型的復相關系數、標準方差、殘差平方和、調整復相關系數、預測復相關系數為指標，選取最佳的回歸模型［16］。當表4的數據進行三項式擬合時，模型才具有顯著性，故采用三項式擬合，除去其中不顯著項，得其擬合方程：

在圖1中，A代表物料比，B代表潤濕劑的濃度，C表示干燥溫度。圖1（a）、（b）反映了各因素交互作用對響應值的影響。由圖1（a）可知，當物料比一定時，隨著潤濕劑濃度的增加，綜合評分呈現先上升后降低的趨勢；潤濕劑濃度一定時，隨著物料比例的增加，綜合評分呈現上升的趨勢。當浸膏與輔料質量比為1∶2.29～1∶2.58，潤濕劑乙醇質量分數為51.75%～61.65%時，綜合評分最高，所以選擇該比例范圍進一步優選。圖1（b）中，當物料比一定時，隨著干燥溫度的升高，綜合評分呈現先上升后降低的趨勢；當干燥溫度一定時，隨著物料比的增加，綜合評分呈現上升的趨勢。當浸膏與輔料質量比為1∶2.29至1∶2.58，顆粒的干燥溫度為48.45℃至61.65℃時，綜合評分最高。而后本研究進行了最優功能預測，預測指標如表5所示：

表4 響應面星點設計實驗結果（n=3）Tab.4 Experimental results of responsesurface and central composite design（n=3）

圖1 影響綜合評分因素的響應面圖：（a）物料比和潤濕劑濃度，（b）物料比和干燥溫度Fig.1 Response surface diagrams of influence factors on comprehensive score：（a）material ratio and wetting agent concentration，（b）material ratio and drying temperature

表5 最優化功能預測結果Tab.5 Results of optimization function prediction

通過采用Design-Expert8.0軟件的最優化功能，得到接近或達到目標響應值的幾個組合，從這幾個組合中挑選出本制劑綜合評分最高的組合，即最優組合，其中m（浸膏）∶m（輔料）=1∶2.54，潤濕劑為質量分數59.08%的乙醇，干燥溫度為48.78℃時，綜合評分最高。而實際生產中乙醇濃度及干燥溫度無法精確到小數點后兩位，故選取質量比1∶2.54的浸膏與輔料，質量分數60%的乙醇，其干燥溫度為50℃作為最佳制劑成型工藝。

2.1.4 顆粒成型工藝的驗證結果 基于2.1.3優選的條件，進行6次平行試驗，并對顆粒進行綜合評分，同時計算預測值與實際值的誤差。

表6 驗證實驗結果Tab.6 Verified experimental results

如表5所示，本制劑預測的綜合評分是85.94，而由表6可知：平行實驗的平均綜合評分為84.92，其SD=（85.94-84.92）/85.94=1.2%，與預測值誤差較小。由此可知，本試驗消炎抗菌顆粒成型工藝的模型是可靠的，并具有一定的可行性。故本試驗優選的消炎抗菌顆粒成型工藝條件為：m（浸膏）：m（環糊精）=1∶2.54，潤濕劑為質量分數60%的乙醇，其干燥溫度為50℃。

2.1.5 臨界相對濕度 將表7的實驗數據進行作圖：其中橫坐標表示相對濕度（relative humidity，RH），縱坐標表示吸濕率，以曲線兩端的端點作為切點，作兩條切線，臨界相對濕度為兩條切線相交的點所對應的橫坐標值為66%，如圖2所示。

表7 顆粒吸濕率Tab.7 Moisture absorption of particles

由圖2可知，66%約為消炎抗菌顆粒的臨界相對濕度，因此控制臨界相對濕度在66%以下為消炎抗菌顆粒制備和貯存條件。

圖2 臨界相對濕度曲線Fig.2 Curves of critical relativehumidity

2.2 結果與討論

本研究是基于優選的消炎抗菌顆粒的提取工藝參數，進一步優選消炎抗菌顆粒最佳成型工藝條件而設計的相關研究內容。輔料是藥物制劑的必要成分，不同的輔料對顆粒的外觀、穩定性、成型性和吸濕性都有較大的影響。因此，篩選出最佳的輔料構成是制劑研究非常重要的內容及過程。本制劑對常見的5種輔料進行了篩選，并從休止角、成型率、溶化率、吸濕率作為綜合評價指標，選出了綜合評分最高的環糊精作為本顆粒劑的稀釋劑。

中藥浸膏中有的成分具有較強的吸濕性，對制劑的穩定性影響很大。中藥浸膏粉又具有一定的黏性，若潤濕劑選擇水，可能會導致浸膏結塊，最終導致制粒困難，故在試驗時選用乙醇作為本制劑的潤濕劑，并對不同濃度乙醇的制粒效果進行了考察，本研究的結果表明乙醇濃度為40%～80%時制備的顆粒較佳。

在本試驗中，通過單因素試驗法優選輔料與浸膏之比、潤濕劑濃度范圍，但是單因素試驗的方法不能全面地進行優選，故采用星點設計結合響應面的方法來優選最佳的制劑成型工藝條件。本研究以乙醇濃度、輔料與藥物浸膏粉的比例、干燥溫度作為影響因素，以綜合評分來評價消炎抗菌顆粒的最佳制備工藝參數，并采用Design-Expert8.0軟件進行回歸擬合，其方程為：Y=71.50+14.30A-1.63B-0.55C-5.48AB-3.96AC-4.14A2+1.10B2-13.29AB2+1.91B3（F=21.07，P＜0.01）。由此可知，AB、AC之間有明顯的交互作用。物料比不宜過大，當浸膏：環糊精=1∶2.54時，軟材適中；潤濕劑濃度過大，可能導致物料黏度過大，顆粒成型率不高，流動性不好；顆粒含水量太高，容易結塊，但干燥溫度過于干燥，顆粒難以維持其形態。故確定消炎抗菌顆粒最佳制劑成型工藝為m（浸膏）：m（環糊精）=1∶2.54，潤濕劑選取質量分數60%的乙醇，顆粒的干燥溫度為50℃。在以上條件下進行了6批樣品的平行驗證試驗，由其結果可知，該顆粒制備工藝穩定且可行，故該條件可作為該制劑的最佳輔料構成和成型工藝制備條件。

中藥顆粒劑易吸潮，為了滿足顆粒劑生產和儲存條件，本研究考察了本制劑的臨界相對濕度的范圍，為該制劑的制備環境及儲存條件提供科學依據。根據本研究實驗結果，發現當臨界相對濕度在66%以下的時候，顆粒制備能夠順利進行，且存儲時不產生吸潮、黏連、結塊的情況，故確定臨界相對濕度在66%為消炎抗菌顆粒的制備和存儲環境條件。

3 結 論

由上述實驗結果可知：消炎抗菌顆粒成型工藝的最佳制備條件：以環糊精作為稀釋劑，且浸膏與環糊精的質量比為1∶2.54，潤濕劑為質量分數60%的乙醇，干燥溫度為50℃，其制備與貯存的環境條件臨界相對濕度在66%以下。該條件經過驗證，證明條件可行且產品的質量滿足《中國藥典》2015版規定顆粒劑的評價指標要求。