李凱，張美萍，麻開香，柴彩云，王麗娟，徐曉霞，管勤浩，李曉慧

（北京振東光明藥物研究院有限公司，北京100089）

胎兒生長發(fā)育所需的營養(yǎng)素全部由母體供給，孕婦對各種營養(yǎng)素的需求量隨之也要增加[1]。維生素D3，又名膽鈣化醇，是體內發(fā)揮生理作用的物質形態(tài)，具有提高腸道對鈣離子的攝入，促進骨骼形成的作用[2-3]。鈣是人體內含量最多的礦物質元素[2]，胎兒骨骼的形成過程中需要大量的鈣元素供給[4-7]，因此母體的鈣攝入就必須相應的增加；同時對維生素D3的攝入有助于機體對鈣的吸收[1]，促進骨骼的形成。孕婦為了補充分娩時丟失的血液和胎兒肝內貯鐵，也要增加鐵的攝入量。葉酸的攝入不足會導致胎兒神經管畸形和巨幼紅細胞性貧血等疾病[8-9]，因此孕早期就應該補充適量的葉酸。本試驗研制的復合鈣是針對孕婦這一特殊群體的。該復合鈣是以檸檬酸鈣、乳酸亞鐵、維生素D3、葉酸為主要原料制成的膳食營養(yǎng)補充劑，具有補充鈣、鐵、維生素D3和葉酸的功效。

復合鈣的制備流程：原輔料混合→制軟材→制粒→干燥→整?！偦臁鷫浩b。濕法制粒[10-14]工藝是將原輔料加工成藥物粉末，再加入粘合劑使得粉末聚集成顆粒的方法，具有生產工藝成熟，顆粒質量較好，壓縮性好等有點，應用最為廣泛。

正交設計和響應面設計是常用的2 種試驗設計方法，當考察因素較多時，二者的試驗次數(shù)很多。而確定性篩選設計[15-19]（definitive screening design，DSD），在多數(shù)情況下只需要較少的試驗次數(shù)就可以得到最優(yōu)的水平。本試驗采用確定性篩選設計，對復合鈣的輔料用量及制備工藝進行篩選及優(yōu)化，確定了最優(yōu)輔料用量和工藝參數(shù)。為復合鈣的工業(yè)化生產提供了一定的指導作用。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

檸檬酸鈣、乳酸亞鐵、維生素D3、葉酸：北京振東光明藥物研究院；赤蘚糖醇：保齡寶生物股份有限公司；聚維酮K30、羧甲基纖維素鈉、硬脂酸鎂：安徽山河藥用輔料股份有限公司；香精：山東三和維信生物科技有限公司；阿斯巴甜：河北百優(yōu)生物科技有限公司。

1.2 儀器與設備

電子天平（YP1002N）：上海精密科學儀器公司；三維運動混合機（HS-15）：江蘇星星干燥設備有限公司；高效混合制粒機：浙江明天機械有限公司；搖擺制粒機（YK60）：江蘇星星干燥設備有限公司；電熱鼓風干燥箱（Labonce-9240A）：上海實驗儀器廠有限公司；快速水分測定儀（HX/HS）：梅特勒-托利多有限公司；旋轉式壓片機（ZP10A）：北京國藥龍立有限公司；脆碎度檢查儀（FT-2000A）、硬度測定儀（YD-35）：天大天發(fā)科技有限公司；電磁感應鋁箔封口機（GLF-2100）：廣東聯(lián)翔包裝科技有限公司；原子吸收分光光度計（PinAAcle900T）：美國 Perkein Elemer 有限公司；高效液相色譜儀（2475）：Waters 科技有限公司。

1.3 方法

1.3.1 復合鈣輔料用量及制粒工藝的初步篩選

分別以維生素D3的加入方式（內加或者外加）、羧甲基纖維素鈉（carboxymethyl cellulose sodium，CMCNa）用量、聚維酮 K30（povidone，PVP）用量、加水量和干燥時間為考察因素，以合格顆粒（65 目

1.3.2 葉酸和維生素D3的加入方式對其含量的影響

以制粒為工藝分界點，內加是在制粒之前添加葉酸和維生素D3，外加是在制粒之后添加葉酸和維生素D3。根據1.3.1 給出的最佳輔料用量進行制粒，用四分法進行取樣，5 個點進行檢測，并用藥典中的葉酸片[20]和維生素D3[20]的檢測方法進行含量測定。

1.3.3 復合鈣混合工藝的優(yōu)化

按照表3 設計配方進行優(yōu)化，（總投料量為1 000 g，其中PVP 的水溶液濃度為10%，CMC-Na 的添加量為2.0%），用濕法制粒機進行制粒，18 目篩網濕整，所得顆粒放入電熱鼓風干燥箱中進行干燥（干燥溫度55 ℃）。干顆粒加入維生素D3、葉酸和硬脂酸鎂后進行總混，混勻后進行壓片。

1.3.4 復合鈣的外觀、硬度、脆碎度、重量差異

根據《中國藥典》2015 版四部，對復合鈣的外觀，硬度，脆碎度，崩解時限，重量差異進行檢測。

1.3.5 復合鈣綜合評分

找食品加工專業(yè)人員10 名組成評議小組，按照表5的評分標準對所得的復合鈣進行綜合評分。綜合得分=外觀得分×0.2+硬度得分×0.3+脆碎度×0.1+口感×0.4。

1.3.6 復合鈣最優(yōu)配方及工藝驗證

根據DSD 篩選出的最優(yōu)配方及工藝參數(shù)，放大10 倍量制備一批鈣片，并對其鈣、鐵、銅、葉酸和維生素D3進行檢測。并按照1.3.4 的方法對復合鈣片的片重差異、脆碎度和硬度進行檢測。

2 結果與分析

2.1 復合鈣輔料用量及制粒工藝的初步篩選

對復合鈣的CMC-Na、PVP 添加量、加水量、維生素D3及干燥時間采用DSD 進行優(yōu)化的試驗結果見表1。

表1 復合鈣輔料用量及制粒工藝的初步篩選Table 1 Preliminary screening of compound calcium supplementary material quantity and granulation technology

續(xù)表1 復合鈣輔料用量及制粒工藝的初步篩選Continue table 1 Preliminary screening of compound calcium supplementary material quantity and granulation technology

根據表1 的試驗設計，對CMC-Na、PVP 添加量、加水量、維生素D3的加入方式以及干燥時間進行了優(yōu)化。以合格顆粒（65 目

構造的模型的P 值小于0.01，表明具有顯著統(tǒng)計意義（P<0.05）。式（1）是以合格顆粒比例為評價指標的回歸模型。模型中的自變量CMC-Na 添加量、PVP 加入量、加水量這3 個因素具有顯著統(tǒng)計意義（P<0.05）。表明，CMC-Na 的添加量、PVP 的加入量和加水量對合格顆粒的比例影響較大，而干燥時間和維生素D3的加入方式對合格顆粒的影響不大。根據DSD 給出的最優(yōu)結果為CMC-Na 為2.0%，PVP 加入量為2%，加水量為27 g 時，合格顆粒的數(shù)量最多。

2.2 添加方式對葉酸和維生素D3的含量影響

在CMC-Na 為2.0%，PVP 加入量為2%，加水量為27 g 的基礎上，對復合鈣的維生素D3和葉酸的添加方式進行考察，具體的結果見表2。

表2 添加方式對葉酸和維生素D3 的含量影響Table 2 Effects of addition ways on folic acid and vitamin D3 contents μg/g

從表2 可以看出，加入方式的不同對葉酸和維生素D3的含量有明顯的變化，外加的添加方式更接近理論添加量。且從葉酸和維生素D3的檢測含量的標準偏差來看，外加的比內加的要低。這是由于內加的方式：維生素D3是經過β-環(huán)糊精包合的，在濕法制粒的過程中可能由于高速攪拌，高速剪切力的作用，導致其包埋層破裂，使得其不穩(wěn)定導致的含量偏低[21]；葉酸是水溶性的維生素，不適宜進行制粒操作。在濕法制粒過程中粘合劑的加入導致其分布不勻，且使得葉酸隨著粘合劑的加入粘在容器壁表面，進而導致其含量降低。

2.3 復合鈣混合工藝的優(yōu)化

對復合鈣的混合工藝參數(shù)混合時間、混合轉速、粘合劑的添加量及顆粒水分4 個因素在3 個水平下進行確定性篩選設計，具體結果見表3。

表3 復合鈣混合工藝的優(yōu)化Table 3 Optimization of mixing process of compound calcium

由于復合鈣的配方中的維生素D3含量僅為0.20%，故以維生素D3含量的相對標準偏差（relative standard deviation，RSD）值為評價指標，以此來表征物料混合是否均勻，RSD 值越小，表明物料混合越均勻。根據表3的試驗設計，對顆粒水分、混合時間、混合轉速、粘合劑添加量進行了優(yōu)化，其中粘合劑添加量表示聚維酮的水溶液濃度。對上述試驗數(shù)據進行向前逐步多元回歸，得：

式（2）是以維生素D3含量檢測值的RSD 值為評價指標的回歸模型，具有顯著統(tǒng)計意義（P＜0.05），模型中的自變量混合時間、混合轉速、黏合劑的添加量這3個因素具有顯著統(tǒng)計意義（P＜0.05）。式（2）表明，混合時間、混合轉速、粘合劑的添加量以及混合時間與混合轉速的交互作用、混合轉速的二階效應和粘合劑添加量的二階效應對維生素D3的RSD 值影響較大，而顆粒水分對綜合評分影響不大。根據DSD 給出的最優(yōu)結果：混合時間25 min，混合轉速25 Hz，粘合劑添加量為10%時，復合鈣中的維生素D3的RSD 值最小為0.75%，表明物料混合均勻。

利用確定性篩選設計對復合鈣的輔料用量及工藝參數(shù)進行了2 次篩選和優(yōu)化，2 次篩選設計都不超過14 次試驗就實現(xiàn)了對CMC-Na 用量等4 個考察因素和顆粒水分等4 個考察因素的篩選和優(yōu)化，得到了相應的回歸方程。DSD 利用“Sparsity-of-Effects principle”[22]，有效地減少了試驗次數(shù)也可以進行多元回歸。且DSD 最少只需要2k+1 次試驗，通過合理巧妙地安排試驗方案，使一次項與二次項正交，各項之間的相關性相當小。

2.4 復合鈣最優(yōu)配方及工藝驗證

根據DSD 給出的最佳輔料用量為：羧甲基纖維素鈉2.00%，聚維酮K30 2.00%。且在最佳的工藝條件下：粘合劑添加量為10%，切割速率300 r/min，攪拌速率150 r/min，制粒時間240 s，混合轉速25 Hz，混合時間25 min，干燥溫度55 ℃；干燥時間60 min 并進行壓片處理。

2.4.1 復合鈣片質量檢測

隨機選取20 片并對其進行稱重，理論片重為1.0 g，片重差異均在±5%內，即0.95 g～1.05 g 之間，均符合藥典標準；連續(xù)20 片測其硬度，表明硬度范圍在150 N～180 N 之間；取復合鈣片約6.50 g 測其脆碎度，結果表明脆碎度為0.70%。符合藥典標準；片面光滑，無正常視力可見異物。且口感較好，無砂礫感。具體檢測結果見表4。

表4 復合鈣質量評價指標Table 4 Quality evaluation indicators of compound calcium

續(xù)表4 復合鈣質量評價指標Continue table 4 Quality evaluation indicators of compound calcium

按照1.3.5 的方法，并結合表4 對復合鈣進行綜合評分的打分，外觀得分為5.00，硬度得分為4.90，脆碎度得分為5.00，口感得分為5.00，綜合評分為4.97。表明模型優(yōu)化后的配方用量及工藝參數(shù)有效，且制做出的復合鈣質量較好，適合大眾的口味。

2.4.2 復合鈣片中的鈣、鐵、葉酸和維生素D3含量檢測

鈣采用GB 5009.92-2016《食品安全國家標準食品中鈣的測定》、鐵采用GB 5009.90-2016《食品安全國家標準食品中鐵的測定》中的原子吸收光譜法進行測定；葉酸和維生素D3采用1.3.2 中的方法進行檢測。選取壓片過程中的前、中、后3 個樣的復合鈣進行檢測，結果見表5。

表5 復合鈣中鈣、鐵、葉酸和維生素D3 的含量檢測Table 5 Determination of calcium，iron，folic acid and vitamin D3 in compound calcium

從表6 中可以看出，鈣、鐵、葉酸和維生素D3含量與理論值相差不大，且標準偏差均在5%以下，表明檸檬酸鈣、乳酸亞鐵、葉酸和維生素D3含量分布均勻，混合工藝有效。

3 結論

本試驗成功地將DSD 應用于復合鈣的制備工藝并對其進行了篩選和優(yōu)化，僅用了較少的試驗次數(shù)就實現(xiàn)了多個因素的篩選和優(yōu)化。根據DSD 確定的輔料用量和制備工藝所得的復合鈣片，質量符合藥典標準，且鈣、鐵、葉酸和維生素D3的含量均勻度較好。