徐思寧 唐志書 ?劉紅波?宋忠興王 梅孫 靜

［1.陜西中醫(yī)藥大學(xué)，陜西省中藥資源產(chǎn)業(yè)化協(xié)同創(chuàng)新中心，陜西咸陽 712083；2.秦藥特色資源研究與開發(fā)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室（培育）， 陜西省創(chuàng)新藥物研究中心，陜西咸陽 712083；3.陜西興盛德藥業(yè)有限責(zé)任公司，陜西銅川 727031；4.陜西中醫(yī)藥大學(xué)附屬醫(yī)院，陜西咸陽712000］

質(zhì)量源于設(shè)計(jì)（QbD）是應(yīng)用于藥物開發(fā)過程中的一種質(zhì)量控制方法，將產(chǎn)品質(zhì)量控制由傳統(tǒng)的事后檢測前移到事前設(shè)計(jì)，其目的是通過對產(chǎn)品制造過程的設(shè)計(jì)和控制來提高工藝穩(wěn)定性，保障產(chǎn)品質(zhì)量一致性。QbD 系統(tǒng)主要由目標(biāo)產(chǎn)品質(zhì)量概況（QTPP）、關(guān)鍵物料屬性（CMA）、關(guān)鍵工藝參數(shù)（CPP）、關(guān)鍵質(zhì)量屬性（CQA）構(gòu)成［1］，通過建立數(shù)學(xué)模型表征CMA、CPP、CQA 的相互關(guān)系與相互影響，采用相應(yīng)設(shè)計(jì)空間和控制策略保障QTPP 穩(wěn)定性［2］。

秦七風(fēng)濕方由秦艽、山茱萸、珠子參3 味藥材配伍組成，是陜西中醫(yī)藥大學(xué)楊秀清教授的臨床經(jīng)驗(yàn)方，具有散寒除濕、益氣養(yǎng)陰、祛風(fēng)止痛的功效，臨床上常用于治療類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎，療效良好。近年來，課題組針對該方的物質(zhì)組成、藥理藥效等方面進(jìn)行了相關(guān)研究［3-6］，可為相關(guān)制劑的開發(fā)奠定基礎(chǔ)。

噴霧干燥是用于液態(tài)物料干燥的流態(tài)化技術(shù)，具有瞬間干燥、受熱時(shí)間短、溫度低、操作流程管道化等特點(diǎn)［7］，已在食品、醫(yī)藥等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用［8-12］，顯示出良好的發(fā)展應(yīng)用前景。目前，中藥制劑在制備過程中依然存在工藝參數(shù)設(shè)置缺乏合理性、波動(dòng)性大等問題，影響了中藥制劑質(zhì)量的穩(wěn)定性。本實(shí)驗(yàn)基于QbD 理念，將其應(yīng)用于秦七風(fēng)濕方的噴霧干燥操作單元，建立噴霧干燥浸膏粉CQA 與噴霧干燥工藝CPP 的定量數(shù)學(xué)模型，采用設(shè)計(jì)空間法優(yōu)化工藝，以保障浸膏粉質(zhì)量的穩(wěn)定性，同時(shí)考察其相關(guān)理化性質(zhì)，為相關(guān)制劑的進(jìn)一步開發(fā)提供依據(jù)。

1 材料

1.1 試劑與藥物 秦艽、珠子參、山茱萸均購自陜西興盛德藥業(yè)有限責(zé)任公司，經(jīng)陜西中醫(yī)藥大學(xué)劉世軍教授鑒定，分別為龍膽科植物秦艽Gentiana macrophyllaPall.的干燥根、五加科植物珠子參Panax japonicusC.A.Mey.var.major（Burk.）C.Y.Wu et K.M.Feng 的干燥根莖、山茱萸科植物山茱萸Cornus officinalisSieb.et Zucc.的干燥成熟果肉的炮制加工品，經(jīng)檢測均符合2015 年版《中國藥典》 一部相關(guān)項(xiàng)下要求。麥芽糊精為分析純（上海源葉生物科技有限公司）；硫酸銨為分析純（天津市天力化學(xué)試劑有限公司）；水為蒸餾水。

1.2 儀器 YC-1800 型實(shí)驗(yàn)型噴霧干燥機(jī)（上海雅程儀器設(shè)備有限公司）；CPA225D 型電子天平［賽多利斯科學(xué)儀器（北京）有限公司］；HH-S8 型電熱恒溫水浴鍋（北京科偉永興儀器有限公司）；HJ-6B 型恒溫磁力攪拌器（常州丹瑞實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備有限公司）；VOS-30A 型真空干燥箱（施都凱儀器設(shè)備有限公司）；TGL-20B 型離心機(jī)（上海安亭科學(xué)儀器廠）；101 型電熱鼓風(fēng)干燥箱（北京科偉永興儀器有限公司）；Mastersizer 3000 型激光粒度儀（英國馬爾文儀器有限公司）；BT-1000 型粉體綜合特性測試儀（丹東百特儀器有限公司）。

2 方法與結(jié)果

2.1 秦七風(fēng)濕方水提液制備 取秦艽300 g、山茱萸300 g、珠子參200 g，加10 倍量水提取2 次，每次2 h，合并濾液，濾過，即得。

2.2 噴霧干燥工藝

2.2.1 Box-Behnken 響應(yīng)面法 在單因素試驗(yàn)基礎(chǔ)上，以進(jìn)風(fēng)溫度（A）、進(jìn)料速度（B）、麥芽糊精含量（C）、溶液固含量（D）為影響因素，得粉率（Y1）、藥粉含水量（Y2）為評價(jià)指標(biāo)，采用Box-Behnken 響應(yīng)面法進(jìn)行試驗(yàn)，因素水平見表1，結(jié)果見表2。

表1 因素水平

表2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)與結(jié)果

通過Design-Expert 8.06 軟件進(jìn)行擬合，結(jié)果見表3，方差分析見表4。

由表3 可知，Y1、Y2的P值均＜0.000 1，表明模型成立；相關(guān)決定系數(shù)分別為0.919 0、0.950 7，表明模型擬合程度較好；模型精密度較好，均大于 4；失擬項(xiàng)的P值均大于0.05，表明無失擬因素存在，可用于預(yù)測噴霧干燥過程中得粉率與浸膏粉含水量。以得粉率（Y1）為例，由表4 可知，因素A、D、CD、AD、A2有顯著影響（P＜0.05）；各因素影響程度依次為A＞D＞C＞B。

表3 方程擬合

表4 方差分析

通過Design Expert 8.06 軟件，以得粉率（Y1）為例，響應(yīng)面分析見圖1。由此可知，進(jìn)風(fēng)溫度、溶液固含量有顯著影響；隨著進(jìn)風(fēng)溫度增大，得粉率呈不斷下降的趨勢，這是因?yàn)樵谳^高溫度下浸膏粉易于發(fā)生黏壁現(xiàn)象，導(dǎo)致其損失嚴(yán)重；當(dāng)溶液固含量較低時(shí)，浸膏粉粉粒小，質(zhì)地較輕，易于隨氣流排出而導(dǎo)致得粉率下降。

2.2.2 設(shè)計(jì)空間建立 通過Design Expert 8.06 軟件建立顯著影響因素A、D的設(shè)計(jì)空間（進(jìn)料速度7.5 mL／min，麥芽糊精含量20%），尋找同時(shí)滿足2 個(gè)目標(biāo)響應(yīng)值（Y1＞75%，Y2＜5%）的所有因素構(gòu)成設(shè)計(jì)空間。但由于模型預(yù)測值與真實(shí)值之間存在一定的客觀誤差，可能導(dǎo)致設(shè)計(jì)空間的邊界具有不確定性，故在定義設(shè)計(jì)空間參數(shù)時(shí)加入置信水平α ＝0.05 的置信區(qū)間，以優(yōu)化設(shè)計(jì)空間，提高設(shè)計(jì)空間準(zhǔn)確度，結(jié)果應(yīng)用Overlay plot 展示，見圖2。圖2A 中E 區(qū)域?yàn)槲丛O(shè)定置信水平的設(shè)計(jì)空間，估計(jì)值有5%的概率無法滿足工藝相應(yīng)值的要求；圖2B 中F 區(qū)域?yàn)榧尤?5%置信區(qū)間后的優(yōu)化設(shè)計(jì)空間，其范圍縮小，設(shè)計(jì)空間所有點(diǎn)都符合工藝目標(biāo)響應(yīng)值的要求。

2.2.3 設(shè)計(jì)空間驗(yàn)證試驗(yàn) 在設(shè)計(jì)空間內(nèi)隨機(jī)選取9 個(gè)工藝設(shè)計(jì)參數(shù)點(diǎn)進(jìn)行驗(yàn)證，結(jié)果見表5。由此可知，預(yù)測值與實(shí)際值較為接近，表明模型預(yù)測性較好；序號1～3 試驗(yàn)點(diǎn)位于優(yōu)化設(shè)計(jì)空間內(nèi)，其得粉率、含水量2 項(xiàng)CQA 符合工藝目標(biāo)要求；序號4～6 試驗(yàn)點(diǎn)位于原設(shè)計(jì)空間內(nèi)（未設(shè)定置信水平），其中4～5 得粉率、含水量均達(dá)到要求，而6的得粉率未達(dá)到；序號7～9 試驗(yàn)點(diǎn)位于設(shè)計(jì)空間外區(qū)域，其得粉率、含水量均未達(dá)到要求。綜上所述，在設(shè)定95%置信區(qū)間的優(yōu)化設(shè)計(jì)空間內(nèi)選擇工藝參數(shù)，所得浸膏粉CQA 可達(dá)到工藝目標(biāo)要求；在未設(shè)定95%置信區(qū)間的設(shè)計(jì)空間內(nèi)選擇，可能無法滿足要求（出現(xiàn)概率為5%）；在設(shè)計(jì)空間區(qū)域外選擇，無法滿足要求。在本實(shí)驗(yàn)條件下，秦七風(fēng)濕方提取液適宜的噴霧干燥關(guān)鍵工藝參數(shù)為進(jìn)風(fēng)溫度140～150 ℃，溶液固含量0.2～0.3 g／mL。

圖1 各因素響應(yīng)面圖

圖2 設(shè)計(jì)空間圖

表5 設(shè)計(jì)空間驗(yàn)證試驗(yàn)結(jié)果

2.3 浸膏粉理化性質(zhì) 在優(yōu)化設(shè)計(jì)空間內(nèi)，選擇噴霧干燥工藝參數(shù)為進(jìn)風(fēng)溫度145 ℃，溶液固含量0.25 g／mL，麥芽糊精含量20%，進(jìn)料速度7.5 mL／min，制得秦七風(fēng)濕方提取液噴霧浸膏粉。

2.3.1 水分 精密量取浸膏粉1.0 g，平行3 份，置于已干燥至恒重的稱量瓶中，于105 ℃下烘干至恒重，測得含水量為（4.59±0.12）%。

2.3.2 溶解度指數(shù) 參考文獻(xiàn)［13］報(bào)道的方法。取干燥至恒重的浸膏粉1.0 g，平行3 份，加到100 mL 純化水中，37 ℃下磁力攪拌30 min，10 000 r／min 離心15 min 后，將離心管內(nèi)的沉淀于105 ℃下干燥至恒重，計(jì)算溶解度指數(shù)，公式為溶解度指數(shù)＝ ［（藥粉初始質(zhì)量-沉淀物質(zhì)量）／藥粉初始質(zhì)量］×100%。結(jié)果，溶解度指數(shù)為（92.47±1.10）%，表明其具有較好的溶解性。

2.3.3 吸水指數(shù) 參考文獻(xiàn)［13］報(bào)道的方法。取浸膏粉2.5 g，加30 mL 純化水溶解，置于50 mL 離心管中，30 ℃下間歇振蕩30 min，3 000 r／min 離心10 min，分離出上清液與沉淀物，稱量濕沉淀物質(zhì)量、上清液固含量，計(jì)算吸水指數(shù)，公式為吸水指數(shù)＝ ［濕沉淀物質(zhì)量／（藥粉初始質(zhì)量-上清液固含量）］×100%。結(jié)果，吸水指數(shù)為（94.77±2.90）%，表明其具有較好的潤濕性。

2.3.4 引濕性 依據(jù)2015 年版《中國藥典》 第四部通則9103“藥物引濕性試驗(yàn)指導(dǎo)原則”進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。取干燥具塞玻璃稱量瓶，于試驗(yàn)前一天置于25 ℃恒溫干燥器［下部放置硫酸銨飽和溶液，相對濕度（80±2）%］中，精密稱定質(zhì)量（m1）；取浸膏粉適量，平鋪于稱量瓶中，厚度約1 mm，精密稱定質(zhì)量（m2）；稱量瓶敞口，與瓶蓋同置于恒溫干燥器中24 h，并于不同時(shí)間點(diǎn)精密稱定質(zhì)量（m3），計(jì)算吸濕率，公式為吸濕率＝ ［（m3-m2）／（m2-m1）］×100%，繪制吸濕率-時(shí)間曲線，結(jié)果見圖3。由此可知，浸膏粉在24 h 內(nèi)吸濕率達(dá)22.98%，表明其極具引濕性，需要在制備及貯藏過程中加以注意。

圖3 浸膏粉吸濕率-時(shí)間曲線

2.3.5 粒度及粒度分布 采用Mastersizer 3000 激光粒度儀檢測，參數(shù)設(shè)置為加樣量1.0 g，分散氣壓250 kPa，料斗間隙2 mm，檢測時(shí)間20 s，平行6 次。結(jié)果顯示，浸膏粉d10、d50、d90粒徑分別為（5.06±0.03）、（18.62±0.47）、（345.17±3.54）μm，D（3，2）、D（4，3）粒徑分別為（113.00±1.79）、（8.04±0.09）μm。

2.3.6 粉體學(xué)性質(zhì) 采用粉體綜合特性測定儀測定浸膏粉休止角、平板角、松裝密度、振實(shí)密度，平行6 次，計(jì)算其壓縮度、均齊度、Carr 流動(dòng)性指數(shù)［14］。結(jié)果，浸膏粉休止角為（52.56± 0.81）°，平板角為（78.14 ± 1.38）°，振實(shí)密度為（0.645 3 ± 0.004）g／cm3，松裝密度為（0.312 5±0.003）g／cm3，壓縮度為0.515 7±0.006，均齊度為6.71±0.45，Carr 流動(dòng)性指數(shù)為45.68±2.65。

當(dāng)粉體休止角＞45°時(shí)，其流動(dòng)性較差；粉體壓縮度＞0.2 時(shí)，可能出現(xiàn)起拱現(xiàn)象［15］。均齊度表征粉體粒徑的規(guī)整程度，其值越接近1，粉體規(guī)整程度越好，越有利于粉體流動(dòng)。Carr 流動(dòng)性指數(shù)是一種比較全面的粉體流動(dòng)性表征參數(shù)，通過對粉體休止角、平板角、壓縮度、均齊度（或凝集度）4 項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行綜合評分［14］，范圍為0～100，數(shù)值越高，表明其流動(dòng)性越好，該指標(biāo)與粉體流動(dòng)性的相關(guān)性見表6［16］。

表6 粉體Carr 流動(dòng)性指數(shù)評價(jià)

由上述測定結(jié)果可知，浸膏粉休止角大于50°，壓縮度大于0.5，均齊度接近于7，Carr 流動(dòng)性指數(shù)達(dá)到45.68，表明其整體流動(dòng)性較差，與中藥提取物成分組成有很大的相關(guān)性。由于中藥提取物中往往含有多糖、黏液質(zhì)等易吸濕性成分，故其吸濕性強(qiáng)、黏度大，導(dǎo)致其流動(dòng)性差，不利于物料后續(xù)工藝操作，如在膠囊填充時(shí)易造成裝量差異超限，在粉末直接壓片制備片劑時(shí)易造成片重差異超限。因此，針對秦七風(fēng)濕方浸膏粉吸濕性強(qiáng)、流動(dòng)性差的問題，在生產(chǎn)過程中可根據(jù)實(shí)際情況添加適量干燥劑、潤滑劑等輔料，或控制生產(chǎn)環(huán)境濕度、改善設(shè)備料倉幾何結(jié)構(gòu)、平滑度等來提高物料流動(dòng)性。

3 討論

本實(shí)驗(yàn)將QbD 理念應(yīng)用于秦七風(fēng)濕方的噴霧干燥過程，采用Box-Behnken 響應(yīng)面法對其進(jìn)行優(yōu)化，構(gòu)建了浸膏粉CQA 與工藝CPP 的定量數(shù)學(xué)模型及工藝設(shè)計(jì)空間，有利于實(shí)際生產(chǎn)操作，保障了該工藝的穩(wěn)健性。另外，當(dāng)秦七風(fēng)濕方提取液直接進(jìn)行噴霧干燥時(shí)，會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重的黏壁現(xiàn)象，造成浸膏粉損失嚴(yán)重，故又在藥液中分別加入了適量淀粉、糊精、麥芽糊精作為助干劑，發(fā)現(xiàn)麥芽糊精可使黏壁現(xiàn)象較輕，浸膏粉得率較高。

同時(shí)，本實(shí)驗(yàn)也研究了秦七風(fēng)濕方噴霧浸膏粉吸水性、潤濕性、吸濕性、粉體學(xué)等性質(zhì)，發(fā)現(xiàn)它具有良好的吸水性、潤濕性，但吸濕性較強(qiáng)，流動(dòng)性較差，提示在浸膏粉制備及貯藏過程中，需采取適當(dāng)措施防止物料的吸濕受潮；在相關(guān)制劑制備時(shí)，也需采取適當(dāng)措施以降低物料流動(dòng)性差而導(dǎo)致的相關(guān)問題。