雞蛋殼制備的谷氨酸螯合鈣片劑配方及工藝研究

胡　榮，馬宇熙,陳　錚,喬　峰,李瑾瑜,王子榮，*

(1.新疆農業大學食品科學與藥學學院,新疆烏魯木齊 830052；2.烏魯木齊市疾病預防控制中心，新疆烏魯木齊 830026)

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雞蛋殼制備的谷氨酸螯合鈣片劑配方及工藝研究

胡榮1，馬宇熙2,陳錚1,喬峰1,李瑾瑜1,王子榮1，*

(1.新疆農業大學食品科學與藥學學院,新疆烏魯木齊 830052；2.烏魯木齊市疾病預防控制中心，新疆烏魯木齊 830026)

研究以雞蛋殼為原材料制備的谷氨酸螯合鈣片劑成型的配方及工藝。采用粉末直接壓片法,在單因素的基礎上,根據Box-Behnken的原理設計,以谷氨酸螯合鈣、微晶纖維素、羥丙基甲基纖維素、微粉硅膠的添加量為響應因素,片劑綜合評分指標為響應值,進行谷氨酸螯合鈣片制備工藝優化的響應面實驗。實驗結果表明片劑各組分最佳添加量為:谷氨酸螯合鈣40.57%、微晶纖維素40.88%、羥丙基甲基纖維素20.16%、微粉硅膠1.54%。在最佳條件下,片劑的綜合評分為9.99分,與預測值10.00分吻合較好,實驗最優配方制得的谷氨酸螯合鈣片劑表面光滑、色澤均勻、不易裂片、溶解性能好。這不僅降低了氨基酸螯合鈣片劑原材料的成本,同時也為鈣制劑的研制提供了參考。

谷氨酸螯合鈣,片劑,響應面,工藝

我國是世界上雞蛋生產和消費最多的國家,隨著雞蛋生產與消費的日益增加,每年約有400萬t[1]蛋殼(占全蛋質量12%～13%[2])被廢棄,造成了一定的環境污染和資源浪費。而雞蛋殼中鈣含量高達36.4%[3],是一種天然、安全、含有必要的微量元素組織[4-5]、高度結合的生物鈣,是開發殼源補鈣產品的良好資源。氨基酸螯合鈣既能滿足機體對鈣元素的需要,又能起到補充氨基酸的作用。氨基酸螯合鈣與傳統補鈣制劑如磷酸鈣、碳酸鈣、葡萄糖酸鈣等相比,易于被人體吸收[6]、副作用小,且吸收率高[7-9]。

目前,氨基酸螯合鈣的研究主要集中在提取工藝、純化、生物利用率[10-11]等方面,其產品主要有氨基酸螯合鈣片和復合氨基酸螯合鈣膠囊[12-13]。市售的氨基酸螯合鈣補鈣產品的主要成分為碳酸鈣,而以具有生物活性的雞蛋殼制備谷氨基酸螯合鈣為主要成分的制劑鮮見報道。因此,實驗在前期研究雞蛋殼制備谷氨酸螯合鈣工藝的基礎上,以谷氨酸螯合鈣、微晶纖維素、羥丙基甲基纖維素、微粉硅膠的添加量為響應因素,片劑綜合評分為響應值,采用響應面分析法優化谷氨酸螯合鈣片劑成型配方及工藝。以期在提高雞蛋殼的附加值的同時,也為新型鈣制劑的研制提供了參考。

表1　多指標綜合評分法評分標準

1　材料與方法

1.1材料與儀器

谷氨酸螯合鈣粉(純度>90%)實驗室自制;微晶纖維素、玉米淀粉、麥芽糊精、羧甲基淀粉鈉、羥丙基甲基纖維素、可壓性淀粉、微粉硅膠、滑石粉、硬脂酸鎂均為食品級上海運宏輔料有限公司。

FW-100高速萬能粉碎機北京市永光明醫療儀器廠;DHG-9070A電熱恒溫鼓風干燥箱上海恒科技有限公司;100目國家標準篩上海東星建材實驗設備有限公司;DP-30(A)單沖壓片機北京國藥龍立科技有限公司;CJY-300D型片劑脆碎度檢測儀、YPJ-200A型片劑硬度儀上海黃海藥檢儀器有限公司;ZBS-6G智能崩解實驗儀天津市天大天發科技有限公司。

1.2實驗方法

1.2.1谷氨酸螯合鈣片劑的制備工藝流程超微粉碎雞蛋殼粉、谷氨酸和蒸餾水(蛋殼粉∶谷氨酸=1∶3,液料比=20∶1)→調節pH(pH7)→攪拌→保溫螯合(70℃水浴60 min)→抽濾→冷凍干燥→純化→干燥→粉碎→谷氨酸螯合鈣粉→填充劑、崩解劑→稱量→研細→過篩→混勻潤滑劑→壓片→殺菌→檢測→成品

1.2.2相關指標的測定對粉體的壓縮度[14]、休止角[15]、吸濕性[16]及不同配方片劑的硬度、脆碎度[17]、崩解時限[18]進行測定。

1.2.3片劑綜合評分法 評分標準:參照《中國藥典》2010版附錄,以片劑的外觀性狀、硬度、脆碎度、崩解時限為評價指標。總分為10分,外觀性狀總分為3分;硬度總分為2分;脆碎度總分為2分;崩解時限總分為3分。對每組片劑外觀進行評價,并測定其硬度、脆碎度和崩解時限,進行評分,總分為各項得分之和。綜合評分越高,說明片劑質量越好。具體評分標準見表1。

1.2.4輔料的篩選在預實驗的基礎上,稱取一定量的谷氨酸螯合鈣粉3粉,分別與50%的填充劑(微晶纖維素、麥芽糊精、玉米淀粉)、5%的崩解劑(羧甲基淀粉鈉、羥丙基甲基纖維素、可變性淀粉)和1.5%的潤滑劑(硬脂酸鎂、微粉硅膠、滑石粉)混合均勻,過100目篩,制得不同的配方,用單沖壓片機進行壓片,并留空白樣作為對照。根據不同配方的粉末的壓縮度、吸濕性和片劑的硬度、崩解時限、崩解現象及粉末的休止角進行綜合評價,篩選出最佳輔料。

1.2.5谷氨酸螯合鈣片劑成型工藝單因素實驗在預實驗的基礎上,分別考察谷氨酸螯合鈣粉添加量(25%、30%、35%、40%、45%、50%)、微晶纖維素添加量(25%、30%、35%、40%、45%、50%)、羥丙基甲基纖維素添加量(10%、15%、20%、25%、30%、35%)和微粉硅膠添加量(0.5%、1.0%、1.5%、2.0%、2.5%、3.0%)對片劑綜合評分的影響。

1.2.6響應面法優化谷氨酸螯合鈣片制備工藝在單因素實驗基礎上,選擇谷氨酸螯合鈣添加量(A)、微晶纖維素添加量(B)、羥丙基甲基纖維素添加量(C)、微粉硅膠添加量(D)為響應因素,以片劑綜合評分為響應值,設計四因素三水平的組合實驗,見表2。

表2　谷氨酸螯合鈣片劑成型工藝優化Box-Behnken實驗因素表

2　結果與分析

2.1輔料篩選的結果

2.1.1填充劑篩選結果

2.1.1.1壓縮度測定結果填充劑壓縮度測定結果見表3。

壓縮度反映粉末的成型性,壓縮度越小,粉末越易成型,越利于壓片。粉體壓縮度在大于28%時流動性很差[19],由表3可知壓縮度依次為:谷氨酸螯合鈣粉﹤微晶纖維素﹤玉米淀粉﹤麥芽糊精,微晶纖維素的壓縮度顯著優于麥芽糊精、玉米淀粉,微晶纖維素和谷氨酸螯合鈣粉的壓縮度差異不顯著,二者的壓縮度較為接近。

表3　主料及填充劑壓縮度

注:同一行不同字母表示差異顯著,相同字母表示差異不顯著,表4～表6同。

2.1.1.2粉末吸濕性測定結果谷氨酸螯合鈣粉及三種填充劑的吸濕性測定結果如圖1。

圖1　谷氨酸螯合鈣粉及三種填充劑的吸濕曲線Fig.1　Water-absorbing capacity of glutamate chelating calcium and three types of fillers

由圖1可知,谷氨酸螯合鈣粉的吸濕性較強,壓片時對粉末的流動性影響很大,因此需要加入適宜的輔料。吸濕程度依次為:谷氨酸螯合鈣粉﹥麥芽糊精﹥玉米淀粉﹥微晶纖維素。微晶纖維素的吸濕性最小,且吸濕后粉體性狀變化不大。

2.1.1.3硬度及崩解時限測定結果谷氨酸螯合鈣粉及三種填充劑的硬度及崩解時限測定結果見表4。

表4　谷氨酸螯合鈣粉和三種填充劑的硬度和崩解時限

片劑應有適宜的硬度,以免在包裝、運輸過程中破碎或磨損,參照《中國藥典》2010版附錄可知,一般要求口服普通片的硬度大于40 N。由表4可知,玉米淀粉組的崩解時限與麥芽糊精組、微晶纖維素組的崩解時限差異顯著,微晶纖維素組的硬度顯著優于麥芽糊精組。微晶纖維素組的硬度和崩解時限較谷氨酸螯合鈣粉組有顯著提高。

綜上分析,通過壓縮度、吸濕性、硬度及崩解時限的結果綜合評定,選微晶纖維素作為填充劑。

2.1.2崩解劑篩選結果崩解現象和崩解時限測定結果見表5。

表5　三種崩解劑的崩解現象和崩解時限

片劑口服后,需要崩解、溶解才能為機體吸收,參照《中國藥典》2010版附錄可知,口服普通片應在15 min中內全部崩解。由表5可知,羧甲基淀粉鈉組和羥丙基甲基纖維素組的崩解現象和崩解時限均顯著優于可變性淀粉組,其中羥丙基甲基纖維素組崩解后分散均勻度優于羧甲基淀粉鈉組,且更有利于粉末的溶出。因此,選擇羥丙基甲基纖維素為崩解劑。

2.1.3潤滑劑篩選結果谷氨酸螯合鈣粉及三種配方的休止角結果見表6。

表6　不同配方的休止角

由表6可知,四組粉末的休止角依次為:谷氨酸螯合鈣粉組﹥滑石粉組﹥硬脂酸鎂組﹥微粉硅膠組,微粉硅膠組和硬脂酸鎂組的休止角小于40°[20],且這兩組的休止角均顯著優于滑石粉組。由于加入微粉硅膠能提高主料的崩解和溶出[21]。因此,選擇微粉硅膠為潤滑劑。

2.1.4輔料的綜合篩選結果通過實驗的篩選,選定谷氨酸螯合鈣片的輔料:微晶纖維素為填充劑、羥丙基甲基纖維素為崩解劑、微粉硅膠為潤滑劑。

2.2谷氨酸螯合鈣片劑成型工藝單因素實驗結果

2.2.1谷氨酸螯合鈣添加量對片劑品質的影響由圖2可知,在谷氨酸螯合鈣的添加量從25%增加到40%的過程中,片劑的綜合評分呈顯著增加,在添加量為40%時,綜合評分達到最大值;但隨著添加量的繼續增大,片劑的綜合評分減小。這是因為隨著谷氨酸螯合鈣添加量增大,其對片劑的硬度、崩解時限有一定影響,導致片劑的綜合評分降低。

圖2　不同谷氨酸螯合鈣添加量對片劑綜合評分的影響Fig.2　The influence of different calcium glutamate on the table composite score

2.2.2微晶纖維素添加量對片劑品質的影響由圖3可以看出,不同微晶纖維素的添加量對片劑綜合評分有顯著影響,片劑綜合評分隨微晶纖維素添加量的增大,呈先增大后減小的趨勢。添加量為40%時,片劑綜合評分達到最大值,當添加量繼續增加時,片劑的硬度偏大,片劑的綜合評分減小。

圖3　不同微晶纖維素添加量對片劑綜合評分的影響Fig.3　The influence of different microcrystalline cellulose on the table composite score

2.2.3羥丙基甲基纖維素添加量對片劑品質的影響由圖4可知,隨著羥丙基甲基纖維素添加量的增加,片劑的綜合評分總體上先增大后減小,當添加量為20%時,片劑綜合評分達到最大值,若添加量進一步增大,片劑綜合評分呈明顯減小,這是因為隨著添加量的增大,對片劑的崩解時限、脆碎度有影響,導致綜合評分的減小。

圖4　不同羥丙基甲基纖維素添加量對片劑綜合評分的影響Fig.4　The influence of different hydroxypropyl methylcellulose on the table composite score

2.2.4微粉硅膠添加量對片劑品質的影響由圖5可知,隨著微粉硅膠添加量的增大,片劑的綜合評分增大,添加量為2%時,片劑的綜合評分達到最大值,但其添加量進一步增大時,片劑綜合評分呈減小趨勢,是因為微粉硅膠添加量對片劑的外觀、脆碎度產生影響,導致綜合評分減小。

圖5　不同微粉硅膠添加量對片劑綜合評分的影響Fig.5　The influence of different micro-silicae on the table composite score

2.3谷氨酸螯合鈣片劑成型工藝優化

2.3.1Box-Behnken實驗結果及數學模型的建立由表7所得的實驗數據,用響應面進行回歸分析,得到綜合評分與谷氨酸螯合鈣添加量(A)、微晶纖維素添加量(B)、羥丙基甲基纖維素添加量(C)和微粉硅膠添加量(D)四因子的多項回歸方程:Y=9.96+0.13A+0.25B+0.083C+0.12D+0.25AB+0.15AC-0.13AD-0.25BC+0.000BD+0.20CD-0.76A2-0.77B2-1.09C2-0.73D2

表7　谷氨酸螯合鈣片劑成型工藝優化Box-Behnken實驗設計及結果

由表8可知,谷氨酸螯合鈣片劑成型各因素影響大小為:微晶纖維素添加量(B)>谷氨酸螯合鈣添加量(A)>微粉硅膠添加量(D)>羥丙基甲基纖維素添加量(C);一次項A、B(p<0.01)影響極顯著,D影響顯著,C影響不顯著;二次項A2、B2、C2、D2(p<0.01)影響極顯著;交互項AB、BC(p<0.01)影響極顯著,CD影響顯著,其他影響都不顯著。

表8　回歸方程系數顯著性分析

注:**：影響極顯著,p<0.01;*：影響顯著,p<0.05。

2.3.2響應面分析谷氨酸螯合鈣片劑成型工藝中谷氨酸螯合鈣添加量、微晶纖維素添加量、羥丙基甲基纖維素添加量、微粉硅膠微粉硅膠添加4個因素之間交互作用對片劑成型的影響如圖6。

由圖6可知,微晶纖維素添加量對片劑綜合得分的影響最顯著,表現為曲線相對較陡;其次為谷氨酸螯合鈣添加量、微粉硅膠添加量、羥丙基甲基纖維素添加量表現為曲線相對較平滑,隨其數值的增加或減少,響應值變化不大。谷氨酸螯合鈣添加量和微晶纖維素添加量、微晶纖維素添加量和羥丙基甲基纖維素添加量、羥丙基甲基纖維素添加量和微粉硅膠添加量對谷氨酸螯合鈣片生產的交互作用顯著。

2.3.3片劑最佳成型工藝的確定及驗證性實驗即用軟件Design Expert 8.05優化,分析得到片劑最佳添加量為谷氨酸螯合鈣40.57%、微晶纖維素40.88%、羥丙基甲基纖維素20.16%、微粉硅膠1.54%。最優條件下制備谷氨酸螯合鈣平均片質量為1000 mg/片,鈣含量為209 mg/片,硬度為62 N、脆碎度為0.55%、崩解時限為12 min。此條件下,片劑的綜合評分為10.00。對上述優化條件進行驗證實驗,重復3次,片劑綜合評分實際值為9.99,接近預測值,說明實驗得到的谷氨酸螯合鈣片劑的成型工藝配方是可取的。

3　結論

實驗以廢棄的雞蛋殼制備的谷氨酸螯合鈣為主要原料,采用粉末直接壓片法制片,運用響應面優化谷氨酸螯合鈣片劑成型工藝。本實驗得出片劑各組分最佳添加量為:谷氨酸螯合鈣40.57%,微晶纖維素40.88%、羥丙基甲基纖維素20.16%、微粉硅膠1.54%;谷氨酸螯合鈣添加量、微晶纖維素添加量、微粉硅膠添加量對片劑的品質影響顯著;根據二次回歸模型,片劑的綜合評分為9.99分,與預測值10.00吻合良好。實驗采用最佳配方工藝制得的谷氨酸螯合鈣片劑表面光滑、色澤均勻、不易裂片;采用粉末直接壓片法制的的片劑相比濕法制粒法在溶解性方面得到顯著提高。因此,本實驗不僅降低了氨基酸螯合鈣片劑原材料的成本,提高了其產品的競爭力,同時也為鈣制劑的研制提供了參考。

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圖6　各兩因素交互作用對谷氨酸螯合鈣片劑成型工藝的響應面圖Fig.6　Response surface for the interactive effects of three components on comprehensive score value of glutamate chelating calcium tablets

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Optimization of formulation and preparation process for glutamate chelating calcium tablets

HU Rong1,MA Yu-xi2,CHEN Zheng1,QIAO Feng1,LI Jin-yu1,WANG Zi-rong1,*

(1.College of Food Science and Pharmaceutical Science,Xinjiang Agricultural University,Urumqi 830052,China; 2.Urumqi Center for Disease Control and Prevention,Urumqi 830026,China)

The preparation process of glutamate chelating calcium tablets were studied,and egg shells was taken as material.In the experiment,tablets were made by pressing powder directly.On the basis of the single factor experiments,the preparation process of glutamate chelating calcium tablets was optimized using Box-Behnken.The amounts of glutamate chelating calcium,microcrystalline cellulose,hydroxypropyl methylcellulose and micro-silica were taken as response factors,composite indicator as response surface value.The results showed that the optimal addition of main material and accessories were as follows:glutamate chelating calcium 40.57%,microcrystalline cellulose 40.88%,hydroxypropyl methylcellulose 20.16%,micro-silica 1.54% and the comprehensive score of the tablets was 9.99,which was in good agreement with the predict value of 10.00.The glutamate chelating calcium tablets made with optimum formula were characterized by smooth surface,uniform colour and lustre,good molding ability,good solubility,which didn’t only save the cost of raw materials for the amino acid chelate calcium tablets,but also provided reference for the development of calcium preparations.

glutamate chelating calcium;tablets;response surface;process

2015-09-02

胡榮(1989-)，女，碩士研究生，研究方向: 農畜產品質量安全控制技術，E-mail：15739542030@163.com。

王子榮(1963-) ，男，博士，教授，研究方向: 農畜產品質量安全控制技術，E-mail：391822187@qq.com。

研究生創新項目(XJAUGRI2015012)。

TS253.9

B

1002-0306(2016)07-0258-06

10.13386/j.issn1002-0306.2016.07.041