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(xué)，江蘇 南京 211198； 2.天士力醫(yī)藥集團股份有限公司，中藥先進制造技術(shù)國家地方聯(lián)合工程實驗室，創(chuàng)新中藥關(guān)鍵技術(shù)國家重點實驗室，天津 300410）

丸劑是中藥傳統(tǒng)劑型之一，工業(yè)生產(chǎn)主要采用塑制法，其可通過生產(chǎn)設(shè)備的參數(shù)設(shè)定一次成型制丸［1-2］。受設(shè)備機械力的影響，原輔料會發(fā)生氧化、水解等化學(xué)反應(yīng)，工藝參數(shù)不同會影響終產(chǎn)品物理化學(xué)性質(zhì)［3］。目前丸劑工藝質(zhì)量控制多依靠主觀經(jīng)驗，缺乏系統(tǒng)的物性數(shù)據(jù)積累，因此探究工藝參數(shù)對輸出物料的物性影響規(guī)律尤為重要。養(yǎng)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(zhì)量［5］。因此本實驗針對丸條開發(fā)了質(zhì)構(gòu)屬性表征方法，質(zhì)構(gòu)儀近年來在中藥提取物、丸塊軟材、丸條、丸粒的物性測定應(yīng)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(shù)要求國際協(xié)調(diào)會議（ICH）發(fā)布的協(xié)調(diào)指導(dǎo)原則Q8 中［12］將設(shè)計空間定義為能夠保證產(chǎn)品質(zhì)量的輸入變量與工藝參數(shù)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(zhì)量源于設(shè)計（QbD）理念，在對丸條物性表征基礎(chǔ)上，以實驗室小試的方式，探究養(yǎng)血清腦丸工藝過程與成品間質(zhì)量關(guān)系［13-14］，并討論了其應(yīng)用于工業(yè)大生產(chǎn)的潛在風險，以期為實際生產(chǎn)中工藝參數(shù)調(diào)節(jié)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(zhì)構(gòu)儀配套刀型探頭（型號TMS-Pilot，力量感應(yīng)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(shè)備科技有限責任公司）。

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

2 方法與結(jié)果

2.1 丸條質(zhì)構(gòu)屬性表征方法開發(fā)

2.1.1 測試模式與探頭選擇 參考文獻［7，10］方法，養(yǎng)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(zhì)構(gòu)儀測試系統(tǒng)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(cè)對藥條實現(xiàn)切斷、搓圓，而質(zhì)構(gòu)儀配套的單刀剪切探頭以壓縮程序?qū)悠愤M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(tài)基礎(chǔ)上更全面表征丸條內(nèi)部性質(zhì)。

實際生產(chǎn)過程中物料黏附性為重要質(zhì)控指標，當丸條黏性過大時易出現(xiàn)相互黏連及黏刀現(xiàn)象，丸條黏性過小時，丸條韌性差易斷條且表面粗糙出現(xiàn)裂紋，降低生產(chǎn)效率的同時，制得丸粒圓整度差。丸條硬度及內(nèi)部聚合度也將影響制丸得率，若丸條硬度過大，內(nèi)部聚合緊密，切斷丸條所需作用力較大，搓丸時易出現(xiàn)丸粒未分開現(xiàn)象，若丸條硬度過小，內(nèi)部聚合疏松，在制丸過程中易受機械牽拉導(dǎo)致丸條被拉細，影響丸粒大小、質(zhì)量。因此應(yīng)開發(fā)相關(guān)質(zhì)構(gòu)方法對丸條硬度、粘附力、內(nèi)部聚合度為評價指標進行量化表征。如圖1 所示，F(xiàn)1為探頭下壓至設(shè)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(shè)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(nèi)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(fā) 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(shè)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(shè)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(nèi)會因水分的散失而迅速發(fā)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(zhì)穩(wěn)定后進行測定。測試時，將探頭置于置物臺5 mm 高度處，重復(fù)3 次，結(jié)果見圖2。

圖2 養(yǎng)血清腦丸丸條特征物性參數(shù)RSD （n＝3）

如圖2 所示，在改變壓縮距離的過程中，各參數(shù)有先下降后上升的趨勢； 當壓縮距離為1.5 mm 時各參數(shù)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(nèi)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(shù)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(shù)RSD 較小，且丸條自身較細，測試結(jié)果普遍偏小，因此較小的起始力可以得到相對準確的結(jié)果，而小于3.6 gf 時在試驗過程中易受干擾，出現(xiàn)錯誤位置開始記錄參數(shù)的現(xiàn)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(xué)考察

2.1.3.1 精密度試驗 取養(yǎng)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(nèi)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(fù)性試驗 取同一份養(yǎng)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(nèi)部聚合度RSD 分別為5.52%、5.91%、7.44%，表明該方法重復(fù)性良好。

2.1.3.3 穩(wěn)定性試驗 取養(yǎng)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(jié)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(nèi)穩(wěn)定性良好，測定結(jié)果不會受順序影響。在實際生產(chǎn)過程中，丸條擠出隨即搓丸，無多余停留時間，因此結(jié)合實際生產(chǎn)工藝和穩(wěn)定性驗證參數(shù)，在后續(xù)試驗中均需保證制得丸條測試過程在5 min 內(nèi)完成。

表1 穩(wěn)定性試驗結(jié)果

2.1.3.4 特異性試驗 取不同載藥量的養(yǎng)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(nèi)RSD 及不同載藥量組間RSD，結(jié)果見表2。由此可知，各參數(shù)組內(nèi)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(jié)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(guān)鍵工藝參數(shù)，其大小改變合坨產(chǎn)物軟硬度的同時會影響藥物中黏性物質(zhì)溶出比例。根據(jù)預(yù)實驗結(jié)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(jié)果準確，大于11%時丸塊過軟，因此取同一批養(yǎng)血清腦分散物，調(diào)整加水量為7%、8%、9%、10%、11%，放置時間為0 h，測定其對應(yīng)制得丸條參數(shù)。由圖3 可知，在增大加水量過程中，丸條各參數(shù)均呈現(xiàn)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(shè)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(jié)果

圖3 加水量對丸條物性影響單因素試驗結(jié)果

2.2.2 放置時間 參考車間實際情況，在生產(chǎn)過程中會因設(shè)備維修、樣品狀態(tài)不佳等突發(fā)事件造成生產(chǎn)中斷，得到的工藝中間體需放置一定時間后才可恢復(fù)生產(chǎn)，根據(jù)現(xiàn)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(tài)影響程度，控制載藥量為62%，加水量為9%，設(shè)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(shù)變化均不明顯，丸條得率呈現(xiàn)波動趨勢認為僅在1.5 h 內(nèi)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(jié)果

2.2.3 載藥量 在實際生產(chǎn)過程中因藥物提取物成分復(fù)雜，每批次提取物受藥材差異及其他因素影響出膏率會產(chǎn)生一定程度波動，因此在處方搭配過程中易出現(xiàn)載藥量在一定區(qū)間內(nèi)波動現(xiàn)象。根據(jù)預(yù)實驗結(jié)果，載藥量小于57%時丸塊過干，難以聚合成團無法進行續(xù)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(diào)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(xiàn)下降趨勢，在58% ～61%范圍內(nèi)變化尤為顯著； 載藥量為57% 時，丸條斷條次數(shù)顯著上升，證明載藥量過低時丸條內(nèi)部因缺少黏性物質(zhì)導(dǎo)致內(nèi)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(jié)果

2.3 Box-Behnken 響應(yīng)面法 根據(jù)單因素試驗結(jié)果，選擇放置時間（A）、載藥量（B）、加水量（C）作為影響因素，設(shè)計三因素三水平試驗，重復(fù)3 次，結(jié)果見表4。

表4 Box-Behnken 響應(yīng)面法設(shè)計與結(jié)果

采用Design Expert 11.0 軟件對表4 數(shù)據(jù)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(nèi)部聚合度＝53.55-18.67B-14.56C-16.32BC＋14.34C2，結(jié)果見表5。模型的校正決定系數(shù)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(yù)測決定系數(shù)RPred2分別為0.844 2、0.793 0、0.792 0，說明模型預(yù)測性能良好，可用于預(yù)測實際工藝中制得丸條物性狀態(tài)。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(jié)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(tài)呈現(xiàn)顯著影響，關(guān)鍵工藝參數(shù)對于丸條質(zhì)構(gòu)參數(shù)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(chǎn)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(dǎo)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(nèi)部聚合度影響為線性負相關(guān)。由于養(yǎng)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(zhì)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(nèi)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(zhì)較少且較多賦形劑可與水結(jié)合保持丸條物性穩(wěn)定，此時改變加水量對丸條物性參數(shù)不產(chǎn)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(shù)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(shù)存在二次函數(shù)關(guān)系，說明當加水量增大到一定程度時，物料經(jīng)制丸機機械擠出這一操作后，整體松軟狀態(tài)會有所調(diào)整，但丸條內(nèi)所含黏性物質(zhì)會更多的溶出增加丸條內(nèi)部物料聚集程度及其相互作用力，使其硬度、內(nèi)部聚合度、最大粘附力均有一定程度上的增加。

3.4 設(shè)計空間的建立 由于中藥處方搭配復(fù)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(jù)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(chǎn)品質(zhì)量。因此，根據(jù)生產(chǎn)多批次數(shù)據(jù)及現(xiàn)場操作經(jīng)驗，得率大于80%并且斷條次數(shù)小于17 次時為正常生產(chǎn)狀態(tài)，反之則為異常生產(chǎn)狀態(tài)。如圖7 所示，劃定可接受物性參數(shù)范圍，即以兩虛線間物性參數(shù)取整數(shù)位標準建立設(shè)計空間，見圖8。

圖7 物性參數(shù)分布圖

圖8 設(shè)計空間

為了驗證方法應(yīng)用效果，選取3 種載藥量，基于建立的設(shè)計空間來計算適宜加水量并制條，結(jié)果見表7，可知制得丸條均勻，無斷條現(xiàn)象，相對偏差均＜10%，表明在設(shè)計空間內(nèi)對關(guān)鍵工藝參數(shù)進行調(diào)整可以確保工藝狀態(tài)與輸出物料質(zhì)量始終處于良好水平。

表7 設(shè)計空間驗證試驗結(jié)果

3 討論

中藥丸劑制備工藝流程較為復(fù)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(chǎn)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(tài)的變化可能導(dǎo)致工藝性能的波動，造成機械的混合、揉搓、擠壓作用產(chǎn)生差異，最終可能對丸劑終產(chǎn)品的得率、均一性、崩解時限等質(zhì)量屬性產(chǎn)生影響。因此丸劑的工藝過程質(zhì)量控制思路，除應(yīng)關(guān)注藥效指標及化學(xué)活性物質(zhì)物質(zhì)含量變化外，還應(yīng)對影響工藝性能、產(chǎn)品質(zhì)量一致性的物理屬性進行控制。

養(yǎng)血清腦丸處方中含有11 味中藥，較為復(fù)雜，各中藥提取物的出膏率與物性狀態(tài)因藥材自身性質(zhì)而不同，因此在處方搭配過程中載藥量易產(chǎn)生波動。根據(jù)載藥量的不同而調(diào)整其他關(guān)鍵工藝參數(shù)，對實現(xiàn)在工藝過程中保證產(chǎn)品質(zhì)量一致以及工藝順暢度尤為重要。因此本實驗開發(fā)了針對養(yǎng)血清腦丸條的質(zhì)構(gòu)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(shè)計的方法針對養(yǎng)血清腦丸條建立設(shè)計空間。此設(shè)計空間根據(jù)實驗室小試結(jié)果建立，初步對工藝中關(guān)鍵工藝參數(shù)對產(chǎn)出物物性參數(shù)影響進行量化表征，若將其放大應(yīng)用在實際生產(chǎn)中仍需要考慮機械、人工、環(huán)境等其他因素對輸出物料狀態(tài)影響，并在中試規(guī)模下進一步驗證。后續(xù)將進一步收集生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)，優(yōu)化設(shè)計空間，以期實現(xiàn)在大規(guī)模生產(chǎn)投料前根據(jù)不同載藥量對加水量進行調(diào)整，以保證工藝輸出物料物性始終控制在合格范圍內(nèi)，提高制丸工藝生產(chǎn)效率，保證產(chǎn)品質(zhì)量一致性。