養血清腦丸丸條制備工藝優化

趙舒婷，趙萬順，齊敏超，熊皓舒，章順楠，柳文媛

（1.中國藥科大學，江蘇 南京 211198； 2.天士力醫藥集團股份有限公司，中藥先進制造技術國家地方聯合工程實驗室，創新中藥關鍵技術國家重點實驗室，天津 300410）

丸劑是中藥傳統劑型之一，工業生產主要采用塑制法，其可通過生產設備的參數設定一次成型制丸［1-2］。受設備機械力的影響，原輔料會發生氧化、水解等化學反應，工藝參數不同會影響終產品物理化學性質［3］。目前丸劑工藝質量控制多依靠主觀經驗，缺乏系統的物性數據積累，因此探究工藝參數對輸出物料的物性影響規律尤為重要。養血清腦丸為濃縮丸劑［4］，制丸機擠出丸條后通過搓丸刀制得素丸，丸條的硬度、黏性等很大程度上決定最終丸劑質量［5］。因此本實驗針對丸條開發了質構屬性表征方法，質構儀近年來在中藥提取物、丸塊軟材、丸條、丸粒的物性測定應用逐漸增多［6-10］，其可通過測定樣品受力后力、位移、時間的變化客觀反映樣品物理特性［11］。

人用藥品注冊技術要求國際協調會議（ICH）發布的協調指導原則Q8 中［12］將設計空間定義為能夠保證產品質量的輸入變量與工藝參數的多維組合和交互作用范圍。因此本實驗針對制丸工藝中的“合坨-擠條” 工藝單元進行研究，基于質量源于設計（QbD）理念，在對丸條物性表征基礎上，以實驗室小試的方式，探究養血清腦丸工藝過程與成品間質量關系［13-14］，并討論了其應用于工業大生產的潛在風險，以期為實際生產中工藝參數調節提供參考。

1 材料

1.1 儀器 電子天平（型號TC10K，常熟市雙杰測試儀器廠）； 質構儀配套刀型探頭（型號TMS-Pilot，力量感應單元50 N，美國Food Technology 公司）； 濕法混合制粒機（型號HLSG10，上海天祥健臺制藥機械有限公司）； 速控高效全自動制丸機（型號YUJ-16A，天水華圓制藥設備科技有限責任公司）。

1.2 樣品 養血清腦丸丸條由實驗室速控高效全自動制丸機制得； 養血清腦分散物由天士力醫藥集團股份有限公司提供。

2 方法與結果

2.1 丸條質構屬性表征方法開發

2.1.1 測試模式與探頭選擇 參考文獻［7，10］方法，養血清腦丸條直徑為3 mm 左右，可承受壓縮距離較短，因此宜選用質構儀測試系統中的壓縮模式。

車間配備制丸機是用2 個搓丸刀從左右兩側對藥條實現切斷、搓圓，而質構儀配套的單刀剪切探頭以壓縮程序對樣品進行測定時，以下壓切割后抬起回程的方式對搓丸過程進行模擬，符合制丸機原理，切割面范圍較小且精準，在不破壞樣品狀態基礎上更全面表征丸條內部性質。

實際生產過程中物料黏附性為重要質控指標，當丸條黏性過大時易出現相互黏連及黏刀現象，丸條黏性過小時，丸條韌性差易斷條且表面粗糙出現裂紋，降低生產效率的同時，制得丸粒圓整度差。丸條硬度及內部聚合度也將影響制丸得率，若丸條硬度過大，內部聚合緊密，切斷丸條所需作用力較大，搓丸時易出現丸粒未分開現象，若丸條硬度過小，內部聚合疏松，在制丸過程中易受機械牽拉導致丸條被拉細，影響丸粒大小、質量。因此應開發相關質構方法對丸條硬度、粘附力、內部聚合度為評價指標進行量化表征。如圖1 所示，F1為探頭下壓至設定壓縮距離的最大受力，可用來表示丸條受刀型探頭切割到最大程度對探頭的反作用力，可表示丸條硬度；S為探頭下壓至設定壓縮距離時的曲線與表示位移圍成的面積，是探頭切割丸條過程中所做功，可用于表示丸條的內部聚合度；F2為探頭完成下壓后回到初始位置時受到的最大負向拉力，是探頭到達最深切割位置之后抬起時因丸條的黏附而受到的負向作用力，可表示丸條的最大粘附力。

圖1 力-位移曲線

2.1.2 方法開發 選擇速度為60 mm／min，起始力7.6 gf，壓縮距離分別為0.5、0.75、1.00、1.25、1.50、1.75、2.00 mm。設置壓縮距離為1.50 mm，起始力為7.6 gf，速度為30、40、50、60、70、80、90 mm／min，進一步設置形變百分比為30%，速度為60 mm／min，起始力為3.6、5.6、7.6、9.6、11.7 gf。樣品為實驗室制得丸條，因制得丸條屬性短時間內會因水分的散失而迅速發生變化，因此本實驗將其常溫密封放置24 h 以保證水分分散均勻、樣品性質穩定后進行測定。測試時，將探頭置于置物臺5 mm 高度處，重復3 次，結果見圖2。

圖2 養血清腦丸丸條特征物性參數RSD （n＝3）

如圖2 所示，在改變壓縮距離的過程中，各參數有先下降后上升的趨勢； 當壓縮距離為1.5 mm 時各參數RSD均小于10%，證明此時精密度良好，且錐入深度約為樣品高度一半，可測定丸條內部切面的聚合度、黏度等物性指標，因此確定壓縮距離為1.5 mm； 當速度為60 mm／min 時各參數RSD 均小于10%，由于宜選用相對較大速度以保證測試過程中樣品自身變異程度小，因此確定速度為60 mm／min； 當起始力3.6 gf 時各參數RSD 較小，且丸條自身較細，測試結果普遍偏小，因此較小的起始力可以得到相對準確的結果，而小于3.6 gf 時在試驗過程中易受干擾，出現錯誤位置開始記錄參數的現象，最終確定為3.6 gf。綜上所述，最佳條件為壓縮距離1.5 mm，速度60 mm／min，起始力3.6 gf。

2.1.3 方法學考察

2.1.3.1 精密度試驗 取養血清腦丸丸條適量，在上述條件下進樣測定6 次，測得硬度、最大粘附力、內部聚合度RSD 分別為1.80%、5.19%、3.92%，表明儀器精密度良好。

2.1.3.2 重復性試驗 取同一份養血清腦丸丸條，分為6份，在上述條件下進樣測定，測得硬度、最大粘附力、內部聚合度RSD 分別為5.52%、5.91%、7.44%，表明該方法重復性良好。

2.1.3.3 穩定性試驗 取養血清腦丸丸條適量，分別于放置時間0、5、15、30、60、90 min 時在上述條件下進樣測定，計算RAD，結果見表1。由此可知，在放置時間為5 min時各指標RAD 均小于5%，表明丸條在5 min 內穩定性良好，測定結果不會受順序影響。在實際生產過程中，丸條擠出隨即搓丸，無多余停留時間，因此結合實際生產工藝和穩定性驗證參數，在后續試驗中均需保證制得丸條測試過程在5 min 內完成。

表1 穩定性試驗結果

2.1.3.4 特異性試驗 取不同載藥量的養血清腦丸丸條，在上述條件下進樣測定3 次，計算同一載藥量組內RSD 及不同載藥量組間RSD，結果見表2。由此可知，各參數組內與組間RSD 均有顯著差異，表明該方法特異性良好。

表2 特異性試驗結果

2.2 單因素試驗

2.2.1 加水量 加水量是合坨過程中潛在的關鍵工藝參數，其大小改變合坨產物軟硬度的同時會影響藥物中黏性物質溶出比例。根據預實驗結果，加水量小于7%時丸塊過硬，影響機器擠出，制得丸條斷條嚴重，影響實驗結果準確，大于11%時丸塊過軟，因此取同一批養血清腦分散物，調整加水量為7%、8%、9%、10%、11%，放置時間為0 h，測定其對應制得丸條參數。由圖3 可知，在增大加水量過程中，丸條各參數均呈現下降趨勢。由表3 可知，在增大加水量過程中，斷條情況并沒有明顯變化，丸條得率下降，表明粘附在設備上的物料量隨加水量上升而增多。

表3 丸條評價單因素試驗結果

圖3 加水量對丸條物性影響單因素試驗結果

2.2.2 放置時間 參考車間實際情況，在生產過程中會因設備維修、樣品狀態不佳等突發事件造成生產中斷，得到的工藝中間體需放置一定時間后才可恢復生產，根據現場情況放置時間一般不超過1 h，為探究其對丸條物性狀態影響程度，控制載藥量為62%，加水量為9%，設置放置時間為0、0.5、1、1.5 h。如圖4 所示，在延長放置時間過程中丸條各參數變化均不明顯，丸條得率呈現波動趨勢認為僅在1.5 h 內延長放置時間，不改變其他條件時，放置時間對工藝中間體影響較小。

圖4 放置時間對丸條物性影響單因素試驗結果

2.2.3 載藥量 在實際生產過程中因藥物提取物成分復雜，每批次提取物受藥材差異及其他因素影響出膏率會產生一定程度波動，因此在處方搭配過程中易出現載藥量在一定區間內波動現象。根據預實驗結果，載藥量小于57%時丸塊過干，難以聚合成團無法進行續制條操作； 載藥量大于62%時丸塊過于黏軟，不易成坨，因此控制加水量為9%，放置時間為0 h，通過添加輔料微晶纖維素調整載藥量為57%、58%、59%、60%、61%、62%。如圖5 所示，在改變載藥量過程中，丸條屬性呈現下降趨勢，在58% ～61%范圍內變化尤為顯著； 載藥量為57% 時，丸條斷條次數顯著上升，證明載藥量過低時丸條內部因缺少黏性物質導致內部聚合度較差，丸條韌性差易斷裂。

圖5 載藥量對丸條物性影響單因素試驗結果

2.3 Box-Behnken 響應面法 根據單因素試驗結果，選擇放置時間（A）、載藥量（B）、加水量（C）作為影響因素，設計三因素三水平試驗，重復3 次，結果見表4。

表4 Box-Behnken 響應面法設計與結果

采用Design Expert 11.0 軟件對表4 數據進行二次多項式擬合，得方程為Y硬度＝74.99-28.28B-23.88C-19.95BC＋20.94C2，Y最大粘附力＝25.35-7.77B-5.13C-6.25BC＋4.62C2，Y內部聚合度＝53.55-18.67B-14.56C-16.32BC＋14.34C2，結果見表5。模型的校正決定系數Radj2 分別為0.899 6、0.859 8、0.877 1、說明模型擬合性能良好，能解釋大部分變異； 預測決定系數RPred2分別為0.844 2、0.793 0、0.792 0，說明模型預測性能良好，可用于預測實際工藝中制得丸條物性狀態。方差分析見表6，可知各模型P＜0.000 1，失擬值＞0.05，表明模型擬合度高。

表5 回歸模型分析

表6 方差分析

結合回歸方程分析，放置時間對丸條物性無影響，載藥量、加水量、兩項交互項及加水量二次項對丸條物理狀態呈現顯著影響，關鍵工藝參數對于丸條質構參數影響程度依次為載藥量＞加水量。在制丸工藝中物料合坨后的放置時間時間對最終產出丸條并沒有明顯影響，丸條物性不同是由于載藥量及加水量不同導致。

圖6 為擬合的等高線圖。載藥量對于丸條硬度、最大粘附力、內部聚合度影響為線性負相關。由于養血清腦丸屬于濃縮丸劑，需加入輔料使丸劑成型，當載藥量上升時，輔料質量百分比下降，輔料的賦形能力減弱使丸條變得疏松黏軟，因此隨著載藥量的增大，丸條硬度、最大粘附力、內部聚合度會隨之減小。載藥量與加水量之間具有交互作用，載藥量處于較低水平時，輸入物料藥物含量相對較小，加水量上升其可溶出黏性物質較少且較多賦形劑可與水結合保持丸條物性穩定，此時改變加水量對丸條物性參數不產生顯著影響。載藥量越高丸條物料對加水量改變越敏感，加水量越大，丸條物性參數均有減小趨勢，其中同一載藥量，硬度減小程度最大，最大粘附力減小程度最小。

圖6 等高線圖

此外，加水量與丸條物性參數存在二次函數關系，說明當加水量增大到一定程度時，物料經制丸機機械擠出這一操作后，整體松軟狀態會有所調整，但丸條內所含黏性物質會更多的溶出增加丸條內部物料聚集程度及其相互作用力，使其硬度、內部聚合度、最大粘附力均有一定程度上的增加。

3.4 設計空間的建立 由于中藥處方搭配復雜，提取物屬性差異會引起載藥量波動，因此在工藝過程中需根據不同載藥量選擇最佳加水量與之進行搭配，使制丸過程順暢，從工藝前端控制產品質量。因此，根據生產多批次數據及現場操作經驗，得率大于80%并且斷條次數小于17 次時為正常生產狀態，反之則為異常生產狀態。如圖7 所示，劃定可接受物性參數范圍，即以兩虛線間物性參數取整數位標準建立設計空間，見圖8。

圖7 物性參數分布圖

圖8 設計空間

為了驗證方法應用效果，選取3 種載藥量，基于建立的設計空間來計算適宜加水量并制條，結果見表7，可知制得丸條均勻，無斷條現象，相對偏差均＜10%，表明在設計空間內對關鍵工藝參數進行調整可以確保工藝狀態與輸出物料質量始終處于良好水平。

表7 設計空間驗證試驗結果

3 討論

中藥丸劑制備工藝流程較為復雜，通常由多個工藝單元組成，如混合煉藥、合坨、擠條制丸等。每個工藝單元得到終產品的物理屬性均會傳遞到下一工藝單元中，輸入物料物性狀態的變化可能導致工藝性能的波動，造成機械的混合、揉搓、擠壓作用產生差異，最終可能對丸劑終產品的得率、均一性、崩解時限等質量屬性產生影響。因此丸劑的工藝過程質量控制思路，除應關注藥效指標及化學活性物質物質含量變化外，還應對影響工藝性能、產品質量一致性的物理屬性進行控制。

養血清腦丸處方中含有11 味中藥，較為復雜，各中藥提取物的出膏率與物性狀態因藥材自身性質而不同，因此在處方搭配過程中載藥量易產生波動。根據載藥量的不同而調整其他關鍵工藝參數，對實現在工藝過程中保證產品質量一致以及工藝順暢度尤為重要。因此本實驗開發了針對養血清腦丸條的質構屬性表征方法，對丸條的物理屬性進行全面表征，并采用試驗設計的方法針對養血清腦丸條建立設計空間。此設計空間根據實驗室小試結果建立，初步對工藝中關鍵工藝參數對產出物物性參數影響進行量化表征，若將其放大應用在實際生產中仍需要考慮機械、人工、環境等其他因素對輸出物料狀態影響，并在中試規模下進一步驗證。后續將進一步收集生產過程中產生的數據，優化設計空間，以期實現在大規模生產投料前根據不同載藥量對加水量進行調整，以保證工藝輸出物料物性始終控制在合格范圍內，提高制丸工藝生產效率，保證產品質量一致性。