伊博文， 李夢(mèng)薇， 鄭 蕊， 任佳偉

(1.中國(guó)中醫(yī)科學(xué)院西苑醫(yī)院，北京 100091；2.北京中醫(yī)藥大學(xué)中藥學(xué)院，北京 102488；3.華北電力大學(xué)醫(yī)院，北京 102206)

質(zhì)量源于設(shè)計(jì)(QbD)是一種基于風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，強(qiáng)調(diào)對(duì)產(chǎn)品特性系統(tǒng)了解的基礎(chǔ)之上，對(duì)產(chǎn)品從源頭設(shè)計(jì)到生產(chǎn)制造過(guò)程進(jìn)行系統(tǒng)和可靠的控制，以提高產(chǎn)品的質(zhì)量[1]。2004年FDA定義“過(guò)程分析技術(shù)”[2-3]，2009年人用藥品注冊(cè)技術(shù)國(guó)際協(xié)調(diào)會(huì)議(ICH)在ICH Q8(R2)中提出該理論[4]，2013年FDA要求制藥企業(yè)必須采用該理念用于藥品的質(zhì)量控制[5]，2017年我國(guó)正式成為ICH成員。至此，QbD理念已經(jīng)逐漸被制藥界達(dá)成在控制藥品質(zhì)量和減少產(chǎn)品上市后風(fēng)險(xiǎn)的共識(shí)。

辣黃白通便復(fù)方由辣木葉、黃芪、白術(shù)3味藥材組成，具有益氣健脾、增強(qiáng)機(jī)體免疫力、抗氧化作用，用于脾虛氣弱的特定人群[6-8]，對(duì)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(dá)19.9%，不宜制成普通口服片劑和膠囊劑，為方便服用，適應(yīng)大規(guī)模生產(chǎn)，顆粒劑是一種合適的劑型。

本研究采用QbD理念中的確定關(guān)鍵質(zhì)量屬性(CQAs)，風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估和實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)(DoE)方法，研究辣黃白通便復(fù)方顆粒劑處方與生產(chǎn)工藝，以期為該制劑質(zhì)量控制提供參考。

1 材料

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

1.2 試劑與藥物 異槲皮苷對(duì)照品(111809-201403，純度92.9%，中國(guó)食品藥品檢定研究院)；紫云英苷對(duì)照品(批號(hào)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(kāi)發(fā)有限公司)；黃芪(批號(hào)1611020，北京太洋樹(shù)康中藥飲片廠)；白術(shù)(批號(hào)1609003，北京太洋樹(shù)康中藥飲片廠)，均經(jīng)北京中醫(yī)藥大學(xué)中藥鑒定系張貴君教授鑒定為正品。食品添加劑規(guī)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(hào)164790，美國(guó)Fisher公司)；甲醇(批號(hào)20170209)、磷酸(批號(hào)20160111)為分析純(北京化工廠)；水為娃哈哈純凈水(批號(hào)201102GQ07547，杭州娃哈哈集團(tuán)有限公司)。實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析均由JMP 11.0.0平臺(tái)實(shí)現(xiàn)(SAS Institute Inc.)

2 方法與結(jié)果

2.1 處方優(yōu)化

2.1.1 浸膏粉制備 按處方量分別稱取辣木葉、黃芪、白術(shù)，10倍量水煎煮2次，每次2 h，濾過(guò)，合并濾液，80%乙醇進(jìn)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(guò)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(guò)40目篩3次，使其混合均勻。將干浸膏粉和輔料放入蒸發(fā)皿內(nèi)，滴加80%乙醇并用手不斷搓捏，混勻至“手捏成團(tuán)、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(chǎn)品有效性和安全性相關(guān)的質(zhì)量屬性[11]，參照2020年版《中國(guó)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(yōu)化時(shí)會(huì)對(duì)顆粒進(jìn)行干燥，測(cè)定水分沒(méi)有意義，但顆粒吸濕性會(huì)影響其包裝保存后含水量，而流動(dòng)性關(guān)系到后期制劑生產(chǎn)時(shí)的裝量差異，因此，確定處方CQAs為成型率(>85%)、流動(dòng)性(豪斯比<1.11)、溶化性(5 min內(nèi)在70～80 ℃中熱水應(yīng)全部溶解)、吸濕性(越小越好)。本實(shí)驗(yàn)分別設(shè)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(xiàn)[12]報(bào)道，制備好的顆粒稱定質(zhì)量，先過(guò)1號(hào)篩(10目)再過(guò)5號(hào)篩(80目)，收集能通過(guò)1號(hào)篩但不能通過(guò)5號(hào)篩者稱定質(zhì)量，計(jì)算成型率，公式為成型率=(過(guò)篩后顆粒質(zhì)量/過(guò)篩前顆粒質(zhì)量)×100%，得分=(25/最大成型率)×成型率。

2.1.3.2 流動(dòng)性 參考文獻(xiàn)[13]報(bào)道。

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

振實(shí)密度：將過(guò)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(shù)V，以過(guò)篩后的質(zhì)量為M，振實(shí)密度=M/V。

豪斯比：豪斯比=振實(shí)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(xiàn)[12]報(bào)道，取顆粒約2 g，加40 mL熱水溶解，攪拌，觀察溶液狀態(tài)。

2.1.3.4 吸濕性 參考文獻(xiàn)[12]報(bào)道，取一定量顆粒，置于30 ℃烘箱中恒重48 h，移到預(yù)先飽和好的相對(duì)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(zhǔn)確稱定質(zhì)量，置于干燥器中(扁稱量瓶打開(kāi))24 h，再稱定質(zhì)量，計(jì)算吸濕率，公式為吸濕率=[(吸濕后顆粒質(zhì)量-吸濕前顆粒質(zhì)量)/吸濕前顆粒質(zhì)量]×100%，得分=(30×最小吸濕率)/吸濕率。

2.1.3.5 綜合評(píng)分 參考文獻(xiàn)[14-15]報(bào)道，對(duì)“2.1.3.1”至“2.1.3.4”項(xiàng)下結(jié)果進(jìn)行匯總，結(jié)果見(jiàn)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(dòng)性(豪斯比超過(guò)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(píng)分最高。因此，選擇乳糖作為輔料。

表1 輔料優(yōu)化結(jié)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(hào)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(jiàn)表2。由此可知，盡管不同比例浸膏粉-乳糖下上述2個(gè)CQAs均符合要求，但為1∶1時(shí)顆粒成型率最高，流動(dòng)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(jié)果

2.1.5 驗(yàn)證試驗(yàn) 按上述優(yōu)化處方制備3批樣品，發(fā)現(xiàn)其外觀均勻，成型率分別為95.5%、93.8%、96.6%，流動(dòng)性良好(豪斯比分別為1.07、1.06、1.05)，顆粒均可在5 min內(nèi)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(chǎn)工藝優(yōu)化

2.2.1 整體風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估 依據(jù)2020年版《中國(guó)藥典》四部0104顆粒劑項(xiàng)下有關(guān)規(guī)定和本品質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，首先確定顆粒成型率、流動(dòng)性、含水量、指標(biāo)成分含量作為CQAs(由于顆粒溶化性主要與處方組成相關(guān)，與生產(chǎn)工藝基本無(wú)關(guān)，故暫不考慮該CQA)，具體見(jiàn)表3(不能在每個(gè)工藝步驟中都測(cè)定所有CQAs, 以避免過(guò)度測(cè)定而影響成本和效率)。

表3 生產(chǎn)工藝優(yōu)化過(guò)程中需要重點(diǎn)關(guān)注的CQAs

然后，建立與其密切相關(guān)的每個(gè)生產(chǎn)工藝步驟中間體產(chǎn)出物料CQAs，從而控制終產(chǎn)品顆粒劑質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)QbD理念中過(guò)程和終點(diǎn)全程質(zhì)量控制的目的，包括輸入物料的關(guān)鍵物料屬性和工藝參數(shù)，具體見(jiàn)表4。

表4 工藝步驟中產(chǎn)生出物料CQAs和高風(fēng)險(xiǎn)工藝變量評(píng)估

2.2.2 原輔料混合工藝開(kāi)發(fā)

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

2.2.2.2 混合時(shí)間對(duì)混合均勻度的影響 以指標(biāo)成分含量均勻度[16]為考查指標(biāo)，采用單因素試驗(yàn)考察混合時(shí)間(5～15 min，100袋規(guī)模，在混合機(jī)上、中、下各5個(gè)不同位置取樣)對(duì)混合均勻度的影響，結(jié)果見(jiàn)表5。由此可知，混合時(shí)間為10～15 min時(shí)，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(shè)計(jì)和混合均勻度測(cè)定結(jié)果

2.2.3 濕法制粒工藝開(kāi)發(fā)

2.2.3.1 工藝變量評(píng)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(rùn)濕劑用量，在原輔料混合工藝步驟中發(fā)現(xiàn)原輔料混合10～15 min時(shí)，即可確保指標(biāo)成分含量混合均勻度RSD<3.0%，由于在處方工藝優(yōu)化時(shí)已經(jīng)確定潤(rùn)濕劑為80%乙醇，用量為20%～30%，故未被列入高風(fēng)險(xiǎn)的工藝變量。該步驟中工藝參數(shù)包括混合儀器混合槳轉(zhuǎn)速和制粒時(shí)間，由于儀器轉(zhuǎn)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(fēng)險(xiǎn)工藝變量。表4中成型率為該工藝步驟中產(chǎn)出物料CQAs，確定制粒時(shí)間為高風(fēng)險(xiǎn)工藝變量，故將研究制粒時(shí)間對(duì)成型率的影響與該變量的控制。

2.2.3.2 制粒時(shí)間對(duì)成型率的影響 采用單因素試驗(yàn)考察制粒時(shí)間(3～9 min，100袋規(guī)模，取樣10次進(jìn)行測(cè)定)對(duì)成型率的影響，結(jié)果見(jiàn)表6。由此可知，制粒時(shí)間為6～9 min時(shí)，成型率>90%，RSD更小，符合制粒要求。

表6 濕法制粒實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和成型率測(cè)定結(jié)果

2.2.4 顆粒干燥工藝開(kāi)發(fā) 基于表4風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估可知，LOD為CQAs，干燥溫度、干燥時(shí)間、物料厚度為高風(fēng)險(xiǎn)工藝變量，篩選DoE，評(píng)估上述3個(gè)關(guān)鍵因素對(duì)LOD的影響。采用三因素三水平設(shè)計(jì)，即因素A (干燥溫度40、50、60 ℃)、因素B (干燥時(shí)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(shè)定為1.0%～4.0% (由于還有后續(xù)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(shù)值在8.0%以下)。在干燥顆粒不同位置(上、中、下)取樣，共15個(gè)樣品，計(jì)算平均LOD，篩選DoE，結(jié)果見(jiàn)表7。

表7 干燥實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)結(jié)果

方差分析見(jiàn)表8，可知3個(gè)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(wú)顯著影響。

表8 方差分析

預(yù)測(cè)刻畫(huà)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(shí)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(huán)節(jié)中2個(gè)顯著因素的設(shè)計(jì)空間(白色區(qū)域)，其中因素A可在40～60 ℃范圍內(nèi)變化，因素C可在0.77～1.5 cm范圍內(nèi)變化，厚度過(guò)小時(shí)LOD會(huì)低于1%，但過(guò)大時(shí)所需溫度更高。另外，可在采用設(shè)計(jì)空間內(nèi)的干燥溫度和物料厚度均可使干燥后顆粒LOD在4%以內(nèi)。

2.2.5 顆粒整粒工藝開(kāi)發(fā)

2.2.5.1 工藝變量評(píng)估 該步驟中工藝參數(shù)包括整粒機(jī)速度、篩網(wǎng)類型、篩網(wǎng)目數(shù)、整粒環(huán)境溫濕度，由于所用整粒機(jī)的速度不可調(diào)節(jié)，整粒機(jī)篩網(wǎng)只有尼龍篩網(wǎng)和不銹鋼篩網(wǎng)(主要根據(jù)物料制粒難度而搭配固定篩網(wǎng)類型)，故未被列入高風(fēng)險(xiǎn)工藝變量。工廠的溫濕度一般會(huì)在生產(chǎn)過(guò)程中進(jìn)行監(jiān)控，同時(shí)在后續(xù)工藝步驟中進(jìn)行吸附等溫線研究，以明確不會(huì)影響物料質(zhì)量屬性者，故也未被列入高風(fēng)險(xiǎn)變量。表4確定成型率為CQAs，整粒篩網(wǎng)目數(shù)為高風(fēng)險(xiǎn)工藝變量，故將研究整粒篩網(wǎng)目數(shù)對(duì)成型率的影響與該變量的控制。

2.2.5.2 整粒篩網(wǎng)目數(shù)對(duì)成型率的影響 根據(jù)儀器設(shè)備的實(shí)際情況設(shè)計(jì)3個(gè)水平(20、24、30目篩整粒)，結(jié)果見(jiàn)表9。由此可知，整粒篩網(wǎng)目數(shù)在20～30目時(shí)成型率均大于90%，符合顆粒劑要求。

表9 整粒工藝設(shè)計(jì)與結(jié)果

2.6 臨界相對(duì)濕度測(cè)定 參考文獻(xiàn)[12,17]報(bào)道，按上述優(yōu)化處方和生產(chǎn)工藝制備顆粒劑，取約1 g至干燥恒重并編號(hào)的稱量瓶中，共9份，置于不同相對(duì)濕度的密閉干燥器中，打開(kāi)稱量瓶蓋，置于25 ℃恒溫箱中48 h，精密稱定質(zhì)量，計(jì)算增重，結(jié)果見(jiàn)表10。再以吸濕率為縱坐標(biāo)，相對(duì)濕度為橫坐標(biāo)繪制吸濕曲線，2條直線相交點(diǎn)對(duì)應(yīng)的橫坐標(biāo)值即為臨界相對(duì)濕度，結(jié)果見(jiàn)圖2，可知該數(shù)值約為65%，即制粒、分裝、貯存過(guò)程中環(huán)境溫度控制在25 ℃時(shí)，相對(duì)濕度必須控制在65%以下，可保證環(huán)境濕度不會(huì)對(duì)顆粒制備產(chǎn)生明顯影響。

表10 不同相對(duì)濕度下顆粒吸濕率

3 討論與結(jié)論

中藥制劑的研究主要包括處方研究和生產(chǎn)工藝參數(shù)研究，目前發(fā)表的文獻(xiàn)主要是聚焦于應(yīng)用QbD理念進(jìn)行處方研究[18-20], 但生產(chǎn)工藝參數(shù)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(chǎn)品的質(zhì)量穩(wěn)定性方面。還有一些研究聚集于某一個(gè)制劑工藝環(huán)節(jié)[21-22]，但這并不能真正實(shí)現(xiàn)對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量的整體控制。本研究參考FDA公開(kāi)的藥物QbD研究的案例[23]，將QbD理念中的CQAs、風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估、DoE引入辣黃白通便復(fù)方顆粒劑處方和生產(chǎn)工藝參數(shù)的設(shè)計(jì)與優(yōu)化中，以期實(shí)現(xiàn)從設(shè)計(jì)、中間工藝步驟到終產(chǎn)品的全程質(zhì)量控制，從而保證產(chǎn)品的穩(wěn)定、均一、可控。

本實(shí)驗(yàn)首先確定了CQAs，采用單因素試驗(yàn)優(yōu)化輔料種類和用量，發(fā)現(xiàn)乳糖在各方面的性質(zhì)較優(yōu)越，而且具有良好的沖溶性和抗?jié)裥裕c浸膏粉比例為1∶1時(shí)，顆粒容易制粒，成型率、流動(dòng)性好，易于溶化，吸濕性小。再建立QbD研究過(guò)程：(1)確定CQAs為成型率、含水量、流動(dòng)性、指標(biāo)成分含量；(2)通過(guò)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估確定顆粒生產(chǎn)時(shí)每個(gè)工藝步驟中需要重點(diǎn)關(guān)注的CQAs；(3)基于需要重點(diǎn)關(guān)注的CQAs，確定中間體產(chǎn)出物料的該參數(shù)；(4)確定每個(gè)工藝步驟中高風(fēng)險(xiǎn)工藝變量(包括中間體輸入物料關(guān)鍵質(zhì)量屬性和關(guān)鍵工藝參數(shù)；(5)以中間體產(chǎn)出物料的CQAs為指標(biāo)，應(yīng)用單因素和DoE設(shè)計(jì)空間方法，確定高風(fēng)險(xiǎn)工藝變量的最優(yōu)值和可接受的范圍，以最大程度降低在生產(chǎn)過(guò)程中未知因素的潛在風(fēng)險(xiǎn)，從過(guò)程控制確保最終顆粒劑產(chǎn)品質(zhì)量和批次間的穩(wěn)定性。臨界相對(duì)濕度(CRH)是藥物吸濕率增加的臨界值，可根據(jù)它作為確定生產(chǎn)過(guò)程中的環(huán)境濕度的重要參考，本實(shí)驗(yàn)測(cè)得該參數(shù)約為65%，較易控制，即辣黃白通便復(fù)方顆粒劑的生產(chǎn)、包裝、存貯環(huán)境的相對(duì)濕度應(yīng)控制在65%以下，才能保證其順利制備。

綜上所述，本實(shí)驗(yàn)基于QbD理念研究了辣黃白通便復(fù)方顆粒劑處方組成和生產(chǎn)工藝參數(shù)的控制范圍，特色之處在于將該理念中的CQAs、風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估、DoE應(yīng)用到各個(gè)工藝步驟中，并通過(guò)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估將三者關(guān)聯(lián)到一起，再結(jié)合被鑒定的每個(gè)工藝步驟中高風(fēng)險(xiǎn)工藝變量，采用單因素或DoE研究其控制范圍和最優(yōu)值，可達(dá)到從源頭設(shè)計(jì)、到過(guò)程控制和終產(chǎn)品全程質(zhì)控的目的。