辣黃白通便復方顆粒劑處方與生產工藝研究

伊博文， 李夢薇， 鄭 蕊， 任佳偉

(1.中國中醫科學院西苑醫院，北京 100091；2.北京中醫藥大學中藥學院，北京 102488；3.華北電力大學醫院，北京 102206)

質量源于設計(QbD)是一種基于風險評估，強調對產品特性系統了解的基礎之上，對產品從源頭設計到生產制造過程進行系統和可靠的控制，以提高產品的質量[1]。2004年FDA定義“過程分析技術”[2-3]，2009年人用藥品注冊技術國際協調會議(ICH)在ICH Q8(R2)中提出該理論[4]，2013年FDA要求制藥企業必須采用該理念用于藥品的質量控制[5]，2017年我國正式成為ICH成員。至此，QbD理念已經逐漸被制藥界達成在控制藥品質量和減少產品上市后風險的共識。

辣黃白通便復方由辣木葉、黃芪、白術3味藥材組成，具有益氣健脾、增強機體免疫力、抗氧化作用，用于脾虛氣弱的特定人群[6-8]，對便秘有較好的療效[9-10]。提取工藝研究，該方日生藥量精制后出膏率達19.9%，不宜制成普通口服片劑和膠囊劑，為方便服用，適應大規模生產，顆粒劑是一種合適的劑型。

本研究采用QbD理念中的確定關鍵質量屬性(CQAs)，風險評估和實驗設計(DoE)方法，研究辣黃白通便復方顆粒劑處方與生產工藝，以期為該制劑質量控制提供參考。

1 材料

1.1 儀器 電子天平(型號Sartorius BSA2202、CPA225D，德國賽多利斯公司)；電子調溫電熱套(型號DZTW)；旋轉蒸發儀(型號RE-52AA)；水浴鍋(型號XMTD-6000)；混合機(型號SYH-20，南京科迪信機械設備有限公司)；濕法制粒機(型號G10，深圳市信宜特科技有限公司)；真空干燥箱(型號DZ-2BC，天津市泰斯特儀器有限公司)；整粒機(型號DGN-II，上海優譯柯機械科技有限公司)；高效液相色譜儀(型號LC-16)、紫外檢測器(型號SPD-16)(日本島津公司)。

1.2 試劑與藥物 異槲皮苷對照品(111809-201403，純度92.9%，中國食品藥品檢定研究院)；紫云英苷對照品(批號Y27J7H9634，純度99.5%，上海源葉生物科技有限公司)。辣木葉(云南天佑科技開發有限公司)；黃芪(批號1611020，北京太洋樹康中藥飲片廠)；白術(批號1609003，北京太洋樹康中藥飲片廠)，均經北京中醫藥大學中藥鑒定系張貴君教授鑒定為正品。食品添加劑規格乳糖、甘露醇、糊精、麥芽糊精、可溶性淀粉。乙腈為色譜純(批號164790，美國Fisher公司)；甲醇(批號20170209)、磷酸(批號20160111)為分析純(北京化工廠)；水為娃哈哈純凈水(批號201102GQ07547，杭州娃哈哈集團有限公司)。實驗設計、數據統計分析均由JMP 11.0.0平臺實現(SAS Institute Inc.)

2 方法與結果

2.1 處方優化

2.1.1 浸膏粉制備 按處方量分別稱取辣木葉、黃芪、白術，10倍量水煎煮2次，每次2 h，濾過，合并濾液，80%乙醇進行醇沉處理，上清液減壓濃縮干燥成干膏粉，即得。

2.1.2 顆粒劑制備 稱取過40目篩后浸膏粉和輔料(乳糖、甘露醇、糊精、麥芽糊精、可溶性淀粉)各7.5 g，混合后過40目篩3次，使其混合均勻。將干浸膏粉和輔料放入蒸發皿內，滴加80%乙醇并用手不斷搓捏，混勻至“手捏成團、壓之即散”，制軟材，在10目篩上制粒，置于烘箱中，在60 ℃下干燥，20目整粒，即得。

2.1.3 輔料篩選 CQAs是指與產品有效性和安全性相關的質量屬性[11]，參照2020年版《中國藥典》四部通則0104，確定顆粒劑CQAs為成型率、溶化性、水分、裝量差異。雖然處方優化時會對顆粒進行干燥，測定水分沒有意義，但顆粒吸濕性會影響其包裝保存后含水量，而流動性關系到后期制劑生產時的裝量差異，因此，確定處方CQAs為成型率(>85%)、流動性(豪斯比<1.11)、溶化性(5 min內在70～80 ℃中熱水應全部溶解)、吸濕性(越小越好)。本實驗分別設置成型率比重占25分，豪斯比比重占25分，溶化性比重占20分(完全溶解)或10分(不溶解)，吸濕性比重占30分。

2.1.3.1 成型率 參考文獻[12]報道，制備好的顆粒稱定質量，先過1號篩(10目)再過5號篩(80目)，收集能通過1號篩但不能通過5號篩者稱定質量，計算成型率，公式為成型率=(過篩后顆粒質量/過篩前顆粒質量)×100%，得分=(25/最大成型率)×成型率。

2.1.3.2 流動性 參考文獻[13]報道。

堆密度：將過篩后顆粒置于干燥量筒中，輕輕振動，讀出其近刻度處的體積數V，以過篩后的質量為M，堆密度=M/V。

振實密度：將過篩后顆粒置于干燥量筒中，舉起3 mm，每分鐘輕叩250次，共3 min，讀出其近刻度處的體積數V，以過篩后的質量為M，振實密度=M/V。

豪斯比：豪斯比=振實密度/堆密度，得分=(25×最小豪斯比)/豪斯比。

2.1.3.3 溶化性 參考文獻[12]報道，取顆粒約2 g，加40 mL熱水溶解，攪拌，觀察溶液狀態。

2.1.3.4 吸濕性 參考文獻[12]報道，取一定量顆粒，置于30 ℃烘箱中恒重48 h，移到預先飽和好的相對濕度75%的玻璃干燥器中，在已恒重的扁稱量瓶底部放入厚約2 mm的顆粒，準確稱定質量，置于干燥器中(扁稱量瓶打開)24 h，再稱定質量，計算吸濕率，公式為吸濕率=[(吸濕后顆粒質量-吸濕前顆粒質量)/吸濕前顆粒質量]×100%，得分=(30×最小吸濕率)/吸濕率。

2.1.3.5 綜合評分 參考文獻[14-15]報道，對“2.1.3.1”至“2.1.3.4”項下結果進行匯總，結果見表1。由此可知，糊精溶化性較差；麥芽糊精吸濕性較大；甘露醇成型率、流動性(豪斯比超過1.11)不理想；可溶性淀粉成型率較低，吸濕性大；乳糖各CQAs良好，綜合評分最高。因此，選擇乳糖作為輔料。

表1 輔料優化結果

2.1.4 乳糖用量 按浸膏粉-乳糖 1∶1、1∶2、2∶1、1∶1.5比例混合均勻，加入適量80%乙醇適量，制軟材，在1號篩(10目)上制粒，濕顆粒置于烘箱中，在60 ℃下真空減壓干燥，即得，其成型率、豪斯比見表2。由此可知，盡管不同比例浸膏粉-乳糖下上述2個CQAs均符合要求，但為1∶1時顆粒成型率最高，流動性最好。因此，選擇1∶1作為浸膏粉與乳糖比例。

表2 乳糖用量考察結果

2.1.5 驗證試驗 按上述優化處方制備3批樣品，發現其外觀均勻，成型率分別為95.5%、93.8%、96.6%，流動性良好(豪斯比分別為1.07、1.06、1.05)，顆粒均可在5 min內完全溶于熱水中，48 h吸濕率分別為9.5%、10.8%、11.9%。

2.2 生產工藝優化

2.2.1 整體風險評估 依據2020年版《中國藥典》四部0104顆粒劑項下有關規定和本品質量標準，首先確定顆粒成型率、流動性、含水量、指標成分含量作為CQAs(由于顆粒溶化性主要與處方組成相關，與生產工藝基本無關，故暫不考慮該CQA)，具體見表3(不能在每個工藝步驟中都測定所有CQAs, 以避免過度測定而影響成本和效率)。

表3 生產工藝優化過程中需要重點關注的CQAs

然后，建立與其密切相關的每個生產工藝步驟中間體產出物料CQAs，從而控制終產品顆粒劑質量，實現QbD理念中過程和終點全程質量控制的目的，包括輸入物料的關鍵物料屬性和工藝參數，具體見表4。

表4 工藝步驟中產生出物料CQAs和高風險工藝變量評估

2.2.2 原輔料混合工藝開發

2.2.2.1 變量評估 可能影響原輔料混合均勻度的輸入物料屬性包括復方提取物粒度分布和提取物流動性，以及輔料粒度分布、流動性、松密度，在處方優化時已對其進行控制，均符合顆粒劑要求，故不列入高風險工藝變量；工藝參數包括混合儀器的混合器填充水平、混合槳轉速和混合時間，由于兩者參數(50%～70%；只有高、低檔，通常選擇低檔300 r/min)相對固定，故也未被列入高風險變量。表4已經確定了混合均勻度為該工藝步驟中產出物料的CQAs，確定混合時間為高風險工藝變量，故將研究混合時間對混合均勻度的影響與該變量的控制。

2.2.2.2 混合時間對混合均勻度的影響 以指標成分含量均勻度[16]為考查指標，采用單因素試驗考察混合時間(5～15 min，100袋規模，在混合機上、中、下各5個不同位置取樣)對混合均勻度的影響，結果見表5。由此可知，混合時間為10～15 min時，異槲皮苷、紫云英苷含量均勻度RSD均小于3%，符合制劑混合均勻度要求。

表5 原輔料混合設計和混合均勻度測定結果

2.2.3 濕法制粒工藝開發

2.2.3.1 工藝變量評估 可能影響濕法制粒步驟成型率的輸入物料屬性包括原輔料混合均勻度、潤濕劑用量，在原輔料混合工藝步驟中發現原輔料混合10～15 min時，即可確保指標成分含量混合均勻度RSD<3.0%，由于在處方工藝優化時已經確定潤濕劑為80%乙醇，用量為20%～30%，故未被列入高風險的工藝變量。該步驟中工藝參數包括混合儀器混合槳轉速和制粒時間，由于儀器轉速只包括高、低兩檔，通常選擇低檔300 r/min，故也未被列入高風險工藝變量。表4中成型率為該工藝步驟中產出物料CQAs，確定制粒時間為高風險工藝變量，故將研究制粒時間對成型率的影響與該變量的控制。

2.2.3.2 制粒時間對成型率的影響 采用單因素試驗考察制粒時間(3～9 min，100袋規模，取樣10次進行測定)對成型率的影響，結果見表6。由此可知，制粒時間為6～9 min時，成型率>90%，RSD更小，符合制粒要求。

表6 濕法制粒實驗設計和成型率測定結果

2.2.4 顆粒干燥工藝開發 基于表4風險評估可知，LOD為CQAs，干燥溫度、干燥時間、物料厚度為高風險工藝變量，篩選DoE，評估上述3個關鍵因素對LOD的影響。采用三因素三水平設計，即因素A (干燥溫度40、50、60 ℃)、因素B (干燥時間20、40、60 min) 、因素C (物料厚度0.5、1.0、1.5 cm)，LOD可接受范圍設定為1.0%～4.0% (由于還有后續工藝步驟，故需要控制該CQAs在更低的水平，才能保證最終成品其數值在8.0%以下)。在干燥顆粒不同位置(上、中、下)取樣，共15個樣品，計算平均LOD，篩選DoE，結果見表7。

表7 干燥實驗設計結果

方差分析見表8，可知3個模型P<0.01，具有高度顯著性；R2、校正R2均大于0.95，表明模型擬合度良好；因素C的P<0.01，因素A在LOD(上)、LOD(中)模型中的P<0.01，表明兩者具有極顯著影響，并且存在交互作用；因素B的P>0.05，表明無顯著影響。

表8 方差分析

預測刻畫器(圖1)顯示，干燥步驟的最佳工藝變量組合為干燥溫度48 ℃，物料厚度0.99 cm，而干燥時間不是顯著因素，故選中間值(40 min)。DS圖(圖1)給出了干燥工藝環節中2個顯著因素的設計空間(白色區域)，其中因素A可在40～60 ℃范圍內變化，因素C可在0.77～1.5 cm范圍內變化，厚度過小時LOD會低于1%，但過大時所需溫度更高。另外，可在采用設計空間內的干燥溫度和物料厚度均可使干燥后顆粒LOD在4%以內。

2.2.5 顆粒整粒工藝開發

2.2.5.1 工藝變量評估 該步驟中工藝參數包括整粒機速度、篩網類型、篩網目數、整粒環境溫濕度，由于所用整粒機的速度不可調節，整粒機篩網只有尼龍篩網和不銹鋼篩網(主要根據物料制粒難度而搭配固定篩網類型)，故未被列入高風險工藝變量。工廠的溫濕度一般會在生產過程中進行監控，同時在后續工藝步驟中進行吸附等溫線研究，以明確不會影響物料質量屬性者，故也未被列入高風險變量。表4確定成型率為CQAs，整粒篩網目數為高風險工藝變量，故將研究整粒篩網目數對成型率的影響與該變量的控制。

2.2.5.2 整粒篩網目數對成型率的影響 根據儀器設備的實際情況設計3個水平(20、24、30目篩整粒)，結果見表9。由此可知，整粒篩網目數在20～30目時成型率均大于90%，符合顆粒劑要求。

表9 整粒工藝設計與結果

2.6 臨界相對濕度測定 參考文獻[12,17]報道，按上述優化處方和生產工藝制備顆粒劑，取約1 g至干燥恒重并編號的稱量瓶中，共9份，置于不同相對濕度的密閉干燥器中，打開稱量瓶蓋，置于25 ℃恒溫箱中48 h，精密稱定質量，計算增重，結果見表10。再以吸濕率為縱坐標，相對濕度為橫坐標繪制吸濕曲線，2條直線相交點對應的橫坐標值即為臨界相對濕度，結果見圖2，可知該數值約為65%，即制粒、分裝、貯存過程中環境溫度控制在25 ℃時，相對濕度必須控制在65%以下，可保證環境濕度不會對顆粒制備產生明顯影響。

表10 不同相對濕度下顆粒吸濕率

3 討論與結論

中藥制劑的研究主要包括處方研究和生產工藝參數研究，目前發表的文獻主要是聚焦于應用QbD理念進行處方研究[18-20], 但生產工藝參數研究和控制也同樣是非常重要的，尤其是在確保不同批次間產品的質量穩定性方面。還有一些研究聚集于某一個制劑工藝環節[21-22]，但這并不能真正實現對產品質量的整體控制。本研究參考FDA公開的藥物QbD研究的案例[23]，將QbD理念中的CQAs、風險評估、DoE引入辣黃白通便復方顆粒劑處方和生產工藝參數的設計與優化中，以期實現從設計、中間工藝步驟到終產品的全程質量控制，從而保證產品的穩定、均一、可控。

本實驗首先確定了CQAs，采用單因素試驗優化輔料種類和用量，發現乳糖在各方面的性質較優越，而且具有良好的沖溶性和抗濕性，它與浸膏粉比例為1∶1時，顆粒容易制粒，成型率、流動性好，易于溶化，吸濕性小。再建立QbD研究過程：(1)確定CQAs為成型率、含水量、流動性、指標成分含量；(2)通過風險評估確定顆粒生產時每個工藝步驟中需要重點關注的CQAs；(3)基于需要重點關注的CQAs，確定中間體產出物料的該參數；(4)確定每個工藝步驟中高風險工藝變量(包括中間體輸入物料關鍵質量屬性和關鍵工藝參數；(5)以中間體產出物料的CQAs為指標，應用單因素和DoE設計空間方法，確定高風險工藝變量的最優值和可接受的范圍，以最大程度降低在生產過程中未知因素的潛在風險，從過程控制確保最終顆粒劑產品質量和批次間的穩定性。臨界相對濕度(CRH)是藥物吸濕率增加的臨界值，可根據它作為確定生產過程中的環境濕度的重要參考，本實驗測得該參數約為65%，較易控制，即辣黃白通便復方顆粒劑的生產、包裝、存貯環境的相對濕度應控制在65%以下，才能保證其順利制備。

綜上所述，本實驗基于QbD理念研究了辣黃白通便復方顆粒劑處方組成和生產工藝參數的控制范圍，特色之處在于將該理念中的CQAs、風險評估、DoE應用到各個工藝步驟中，并通過風險評估將三者關聯到一起，再結合被鑒定的每個工藝步驟中高風險工藝變量，采用單因素或DoE研究其控制范圍和最優值，可達到從源頭設計、到過程控制和終產品全程質控的目的。