張國文，張桂美，胡明明,2

(1.南昌大學(xué)食品科學(xué)與技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江西 南昌 330047；2.大馬棕櫚油技術(shù)研發(fā)(上海)有限公司)

鈣是人體含量最高的礦物質(zhì)，參與多種代謝過程，對維持人體骨健康及其他正常的生理活動具有重要意義，但無論采用膳食調(diào)查估計(jì)方法還是生化實(shí)測方法，我國城鄉(xiāng)居民每日膳食中含鈣量均偏低，只有400～500 mg[1]，僅為營養(yǎng)學(xué)推薦供給量指標(biāo)的二分之一左右(約為800 mg·d-1)[2]，故適當(dāng)補(bǔ)充鈣劑在我國人民當(dāng)前膳食情況下仍是十分需要的。軟膠囊作為新劑型，具有生物利用度高、劑量準(zhǔn)確、服用方便、便于攜帶等優(yōu)點(diǎn)[3]，而鈣軟膠囊就是軟膠囊中典型的品種之一。根據(jù)市售產(chǎn)品及文獻(xiàn)[4-6]，鈣軟膠囊內(nèi)容物多以碳酸鈣、大豆油、蜂蠟和維生素D3為主要組成成分。棕櫚油作為世界上消費(fèi)量最大的食用油，生產(chǎn)效率高且富含維生素E(生育酚和生育三烯酚)，較豆油、菜籽油等植物油具有更好的氧化穩(wěn)定性，價(jià)格也相對低廉[7]，但其尚未被應(yīng)用于鈣軟膠囊生產(chǎn)。因此本研究采用棕櫚油部分替代大豆油，利用單因素試驗(yàn)和響應(yīng)面法優(yōu)化鈣軟膠囊的內(nèi)容物配比，以期在保質(zhì)保量的前提下降低生產(chǎn)成本，提高產(chǎn)品的競爭力。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)儀器

AL-104型電子分析天平(上海梅特勒-托利多儀器有限公司)；電熱恒溫水浴鍋(上海躍進(jìn)醫(yī)療器械)；BPH-9082型精密恒溫培養(yǎng)箱(上海一恒科學(xué)儀器有限公司)。

1.2 實(shí)驗(yàn)試劑

棕櫚油(大馬棕櫚油技術(shù)研發(fā)(上海)有限公司)；大豆油、玉米油、葵花籽油(金龍魚，南昌家樂福超市)；蜂蠟、碳酸鈣粉(南昌同心紫巢公司)；維生素D3(純度≥98.0%，阿拉丁試劑公司)；單硬脂酸鋁、單硬脂酸甘油酯(上海源葉生物科技有限公司)。

5.66×10-3g·mL-1維生素D3油液配制：分別稱取0.007 1 g維生素D3溶于不同種類的油性基質(zhì)(1.25 mL)中，溶解并混勻，得到5.66×10-3g·mL-1維生素D3油溶液，備用。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

1.3.1 沉降體積比

內(nèi)容物的物理穩(wěn)定性是評價(jià)軟膠囊的重要指標(biāo)，而沉降體積比直接反映了內(nèi)容物的穩(wěn)定性[8]。將制好的內(nèi)容物混懸液置于具塞試管中，記下初始高度H0，于精密恒溫培養(yǎng)箱中25 ℃靜置3天，觀察是否有沉降，記下沉降面的最終高度H1，根據(jù)公式(1)計(jì)算沉降體積比F，以此考察混懸液的穩(wěn)定性[9-11]。F值越接近1，說明內(nèi)容物越穩(wěn)定。

F(%)=H1/H0

(1)

1.3.2 流動性

室溫下，將配好的混懸液垂直通過同一根10 mL移液管，下方接10 mL管子，當(dāng)內(nèi)容物料液從移液管中流出時(shí)開始計(jì)時(shí)，待所得料液體積為5 mL時(shí)停止計(jì)時(shí)。計(jì)算內(nèi)容物每分鐘的流量[12]。

以沉降體積比(60%)、流動性(40%)為考察指標(biāo)，根據(jù)公式(2)計(jì)算綜合評分[10]。

綜合評分=流速÷最大流速×0.4×100+沉降體積比÷最大沉降體積比×0.6×100

(2)

式中，最大流速和最大沉降體積比分別指實(shí)驗(yàn)組中流速和沉降體積比的最大值。

1.3.3 單因素試驗(yàn)

1.3.3.1 基質(zhì)選擇

分散介質(zhì)可使包合物均勻地分布在其中，保證制劑的含量準(zhǔn)確和質(zhì)量穩(wěn)定[13]。將碳酸鈣粉分別與大豆油、玉米油、葵花籽油、不同熔點(diǎn)的棕櫚油(5 ℃、18 ℃和28 ℃)按1:0.6(w/w)的比例混合，加入一定體積的5.66×10-3g·mL-1維生素D3油液，充分?jǐn)嚢柚粱旌暇鶆?，?.3.1和1.3.2項(xiàng)比較六種分散介質(zhì)對軟膠囊混懸液物理性質(zhì)的影響，并計(jì)算綜合得分，從而篩選出分散介質(zhì)。

1.3.3.2 棕櫚油和大豆油用量比例選擇

固定碳酸鈣粉與內(nèi)容物基質(zhì)的用量比為1:0.6(w/w)，分別采用棕櫚油用量百分比(0%，20%，40%，60%，80%和100%)和大豆油復(fù)配，再加入一定體積的5.66×10-3g·mL-1維生素D3油液，充分?jǐn)嚢柚粱旌暇鶆颍容^混懸液的沉降體積比和流動性。計(jì)算綜合得分，確定大豆油和5 ℃棕櫚油間適宜的復(fù)配比。

1.3.3.3 固液比選擇

固定大豆油和5 ℃棕櫚油的復(fù)配比，分別稱取碳酸鈣粉和分散介質(zhì)的不同用量比(1:0.4，1:0.5，1:0.6，1:0.7，1:0.8，1:0.9和1:10)，加入一定體積的維生素D3油溶液，充分?jǐn)嚢柚粱旌暇鶆颍容^混懸液的沉降體積比和流動性。計(jì)算綜合得分確定碳酸鈣與分散劑的用量比。

1.3.3.4 助懸劑類型及用量選擇

適宜的助懸劑是防止軟膠囊內(nèi)容物不均勻，保持其長時(shí)間穩(wěn)定的關(guān)鍵[14-15]。分別固定大豆油和5 ℃棕櫚油的復(fù)配比、碳酸鈣粉和基質(zhì)的用量比，以蜂蠟、單硬脂酸鋁、單硬脂酸甘油酯作為助懸劑。李喜香[10]、湯建成[16]等研究表明蜂蠟的方式宜先與基質(zhì)熔融、冷卻，混合均勻后與其他物料混合才具有很好的助懸效果。李亞新等[17]對蜂蠟的熱熔溫度進(jìn)行了篩選，最佳溫度為75 ℃。根據(jù)參考文獻(xiàn)和助懸劑的用量，實(shí)驗(yàn)中將蜂蠟與大豆油和5 ℃棕櫚油在70 ℃水浴熔融。將一定體積的維生素D3油液，占基質(zhì)不同用量百分?jǐn)?shù)的助懸劑分別加入分散介質(zhì)中，水浴加熱熔融后自然冷卻至30 ℃左右[18]，再加入碳酸鈣粉，充分?jǐn)嚢杈鶆?，比較混懸液的沉降體積比和流動性。計(jì)算綜合得分，篩選助懸劑類型并確定其用量。

1.3.4 數(shù)據(jù)處理

1.3.5 配方的響應(yīng)面法優(yōu)化

根據(jù)Box-Behnken試驗(yàn)設(shè)計(jì)原理[19]，在單因素試驗(yàn)基礎(chǔ)上，選取熔點(diǎn)5 ℃棕櫚油用量百分比(A)、固液比(B)和蜂蠟用量(C)三個(gè)因素，以綜合評分為響應(yīng)值，采用三因素三水平的響應(yīng)面分析方法獲得最優(yōu)的配方參數(shù)，試驗(yàn)因素與水平設(shè)計(jì)如表1所示：

表1 試驗(yàn)因素水平及編碼

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

2.1 基質(zhì)選擇

以綜合評分為縱坐標(biāo)，分析大豆油、不同熔點(diǎn)的棕櫚油(5 ℃，18 ℃，28 ℃)、玉米油和葵花籽油對軟膠囊內(nèi)容物品質(zhì)的影響。如圖1所示，以大豆油和5 ℃棕櫚油作為基質(zhì)，內(nèi)容物的綜合評分較高，評分均為97分左右，且兩者間的差異不顯著(P<0.05)，即大豆油和5 ℃棕櫚油作為分散介質(zhì)的效果優(yōu)于另外四種油。因此，后續(xù)采用大豆油和5 ℃棕櫚油復(fù)配進(jìn)行基質(zhì)篩選。

2.2 棕櫚油和大豆油復(fù)配比選擇

由圖2可知，當(dāng)5 ℃棕櫚油質(zhì)量百分比從0%逐漸增加至100%時(shí)，混懸液的綜合評分呈先增后降趨勢，且在60%時(shí)評分最高，說明在此條件下混懸液的流動性和沉降體積比均達(dá)到較好的水平。因此，選擇40%大豆油和60% 5 ℃棕櫚油復(fù)配作為內(nèi)容物基質(zhì)進(jìn)行后續(xù)研究。

2.3 固液比選擇

對于固體藥物，油量多，觸變值低，流動性好，但易泄露；油少穩(wěn)定性好，但流動性差，壓丸困難[20]。經(jīng)實(shí)驗(yàn)可知，當(dāng)固液比為1:0.4時(shí)，混懸液流動性不好，常出現(xiàn)斷層現(xiàn)象而不能連續(xù)成線流下；表2表明，在碳酸鈣粉用量一定的情況下，內(nèi)容物的流速隨著分散介質(zhì)用量的增加而增加，但是沉降體積比值則在逐漸減小，穩(wěn)定性在下降，不利于軟膠囊產(chǎn)品質(zhì)量。綜合考慮兩個(gè)指標(biāo)和生產(chǎn)成本，選1:0.6進(jìn)行后續(xù)實(shí)驗(yàn)。

表2 固液比對混懸液穩(wěn)定性和流動性的影響

2.4 助懸劑類型及用量選擇

適量的助懸劑可以提高藥液的均勻性，防止藥液成囊前沉降分層，保證各劑量的準(zhǔn)確性[20]。從表3可看出，加入助懸劑對提高混懸液的穩(wěn)定性有明顯的效果。相同的助懸效果下，單硬脂酸甘油酯用量最少，但流動性最差，不利于灌裝；蜂蠟略優(yōu)于單硬脂酸鋁，且后者熔點(diǎn)較高(155 ℃)，考慮生產(chǎn)中的耗能、安全等問題，選擇蜂蠟作助懸劑。

圖3表明，在一定范圍內(nèi)，隨著蜂蠟用量的增加，以沉降體積比和流動性計(jì)算所得的綜合評分也增加。當(dāng)蜂蠟用量大于3%時(shí)，綜合評分開始降低，這是因?yàn)榉湎炞鳛橹鷳覄?，用量增大，混懸液的沉降趨勢平緩的同時(shí)粘度也相應(yīng)地增大，導(dǎo)致流動性下降，兼顧軟膠囊實(shí)際生產(chǎn)中對內(nèi)容物的穩(wěn)定性和流動性的要求，蜂蠟的用量為分散介質(zhì)的2%～3%(w/w)。

表3 助懸劑類型及用量對混懸液性質(zhì)的影響

2.5 響應(yīng)面法優(yōu)化維生素D鈣軟膠囊配方

采用Design-Expert 10.0.4軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，Box-Behnken的三因素三水平的取值和實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表4所示，共17次實(shí)驗(yàn)，其中析因?qū)嶒?yàn)12次，中心組合實(shí)驗(yàn)重復(fù)5次。

通過對表4的數(shù)據(jù)進(jìn)行回歸分析，以綜合評分為響應(yīng)值(Y)，得到5 ℃棕櫚油用量百分比(A)、固液比(B)、蜂蠟添加量(C)的二次多項(xiàng)回歸方程為：

Y=95.57+0.17A+8.78B-0.41C-1.26AB-0.83AC+1.21BC-4.21A2-5.53B2-8.15C2

回歸分析得到的相關(guān)回歸系數(shù)及各因素對綜合得分影響的回歸模型如表5所示。

由表5可知，實(shí)驗(yàn)中模型的P<0.000 1，說明回歸方程描述響應(yīng)值與各因子之間的關(guān)系時(shí)，模型應(yīng)變量與全體自變量之間的線性關(guān)系極顯著，此試驗(yàn)方法是可靠的。決定系數(shù)R2=0.982 9，說明只有1.71%響應(yīng)值的變化不能由該模型解釋，與實(shí)際試驗(yàn)擬合良好，失擬項(xiàng)不顯著，說明方程對實(shí)驗(yàn)的擬合程度較好，該模型可代替真實(shí)試驗(yàn)點(diǎn)對不同條件下綜合評分結(jié)果進(jìn)行預(yù)測和分析。由表中的顯著性及F值可知，一次項(xiàng)B、二次項(xiàng)A2、B2和C2的影響極顯著，交互項(xiàng)影響不顯著，各因素影響內(nèi)容物的主次順序?yàn)锽>C>A。

表4 Box-Behnken實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果

表5 回歸方程的方差分析

圖4～6反映了5 ℃棕櫚油用量百分比、固液比和蜂蠟用量3個(gè)因素兩兩交互作用對混懸液綜合評分的影響，響應(yīng)面曲線越陡表明該因素對響應(yīng)值的影響越大[21]，等高線的形狀越接近橢圓則表明交互作用越強(qiáng)[22]。由圖可知各因素的交互作用對綜合評分都有一定的影響，固液比對應(yīng)的曲線最陡，助懸劑用量次之，5 ℃棕櫚油用量百分比相對平緩，說明固液比對綜合評分的影響最大，與表5的分析結(jié)果相吻合。根據(jù)模擬得最佳參數(shù)：分散劑中5 ℃棕櫚油用量為57.90%，碳酸鈣粉末與分散劑之比為1.95:1，蜂蠟用量為3.04%，預(yù)測綜合得分為99.12分。考慮到實(shí)際實(shí)驗(yàn)條件，將工藝參數(shù)修改為分散劑中5 ℃棕櫚油用量為58%，碳酸鈣粉末與分散劑的比為2:1，蜂蠟用量為基質(zhì)的3%。

在上述最佳條件下進(jìn)行3次重復(fù)性實(shí)驗(yàn)，所得平均綜合評分為98.51，相對誤差均小于0.77%，實(shí)際值接近于預(yù)測值，表明各因素對綜合得分的影響可以通過回歸方程得到較好的響應(yīng)。

3 結(jié)論

研究采用5 ℃棕櫚油部分代替大豆油作鈣軟膠囊內(nèi)容物的基質(zhì)，既提高了內(nèi)容物的穩(wěn)定性，增加油性基質(zhì)的組成和種類，又在一定程度上降低了經(jīng)濟(jì)成本。鈣軟膠囊的內(nèi)容物以沉降體積比和流動性為指標(biāo)，通過單因素和響應(yīng)面法優(yōu)選最佳配方，結(jié)果顯示，基質(zhì)為58%熔點(diǎn)5 ℃棕櫚油和42%大豆油，鈣油質(zhì)量比為2:1，蜂蠟用量為基質(zhì)的3%，維生素D3用量控制在成人允許用量范圍內(nèi)，得到的內(nèi)容物穩(wěn)定性合格，流動性良好，符合生產(chǎn)灌裝要求。