馬伏爐炮制結(jié)合星點(diǎn)設(shè)計-效應(yīng)面法優(yōu)選白礬炮制工藝

崔金玉，李瑞海

0 引言

白礬為硫酸鹽類礦物明礬石經(jīng)加工提煉制成，主要成分為含水硫酸鋁鉀[KAl(SO4)2·12H2O][1]。其炮制品是枯礬，炮制目的是除去其所含有的結(jié)晶水，傳統(tǒng)炮制工具是鐵鍋或砂鍋。現(xiàn)代實(shí)踐證明，以下幾種炮制方法得到的成品，臨床效果更好，主要包括：電熱烘干法、遠(yuǎn)紅外線干燥法和微波干燥炮制法等。其中電熱烘干法的常用設(shè)備是馬伏爐。馬伏爐是制藥企業(yè)的主要礦物藥的炮制設(shè)備，應(yīng)用其進(jìn)行炮制更具有廣泛性。但其用于炮制白礬的條件不適合(部分制藥企業(yè)炮制溫度為500 ℃)，炮制的白礬具有水中溶解性差、溶液澄清透明差的缺點(diǎn)。本試驗采用星點(diǎn)設(shè)計結(jié)合效應(yīng)面法炮制白礬，優(yōu)選白礬的最佳馬伏爐炮制工藝，為炮制白礬規(guī)范化生產(chǎn)提供依據(jù)。

1 材料與儀器

AY120型電子分析天平(上海島津商貿(mào)有限公司)，TC-15型恒溫電熱套(海寧市華星儀器廠)。HDX-5-14馬伏爐(洛陽宏達(dá)爐業(yè)有限公司)，0.000 01 g電子天平(SARTORIUS CP225D)。白礬(產(chǎn)地：湖北，購買日期：2015年6月28日)，經(jīng)遼寧中醫(yī)藥大學(xué)尹海波教授鑒定均為硫酸鹽類礦物明礬石經(jīng)加工提煉制成。乙二胺四醋酸二鈉(EDTA-2Na)醋酸-醋酸銨緩沖液(pH 6.0)[2]；鋅滴定液(0.05 mol/L)[2]；二甲酚橙指示劑[2]，所用試劑均為分析純。

2 方法與結(jié)果[3-4]

2.1 含量測定方法 取本品約0.3 g，精密稱定，加水20 mL溶解后，加醋酸-醋酸銨緩沖液(pH 6.0) 20 mL，精密加乙二胺四醋酸二鈉滴定液(0.05 mol/L) 25 mL，煮沸3～5 min，放冷，加二甲酚橙指示液1 mL，用鋅滴定液(0.05 mol/L)滴定至溶液自黃色轉(zhuǎn)變?yōu)榧t色，并將滴定的結(jié)果用空白試驗校正。每1 mL的乙二胺四醋酸二鈉滴定液(0.05 mol/L)相當(dāng)于12.94 mg的硫酸鋁鉀KAl(SO4)2。

2.2 白礬炮制工藝優(yōu)化

2.2.1 星點(diǎn)設(shè)計與結(jié)果 預(yù)試驗結(jié)果表明，選擇炮制溫度(A，w)、炮制時間[5](B，m)、白礬質(zhì)量(C，g)作為考察因素，根據(jù)星點(diǎn)設(shè)計原理，每個因素設(shè)定5個水平，用代碼值-α、-1、0、1、α表示(三因素星點(diǎn)設(shè)計中，α=1.732)，以加權(quán)綜合評分OD值為指標(biāo)。通過3因素5水平的效應(yīng)面優(yōu)化分析方法，確定白礬最佳炮制條件。因素水平見表1，實(shí)驗安排及結(jié)果見表2。

表1 因素水平表

表2 試驗結(jié)果

2.2.2 擬合模型 各組試驗的設(shè)計見表2，應(yīng)用Design-Expert 8.0.6.1軟件對炮制溫度(A)、炮制時間(B)、白礬質(zhì)量(C)進(jìn)行回歸分析，得回歸方程：E=76.42+1.59 A-0.42 B-1.36 C-3.60 AB+0.24 AC+3.64 BC+2.62 A2+3.55 B2+3.33 C2(R2=0.790 5，P<0.01)。結(jié)果表明，有79.05%硫酸鋁鉀含量的變差歸因于3個因素變化，有21.95%的變差不被此方程所解釋。當(dāng)P<0.05時，影響因素對響應(yīng)值影響為差異有統(tǒng)計學(xué)意義。對該回歸方程進(jìn)行方差分析，模型組差異有統(tǒng)計學(xué)意義(R2=0.790 5)，相關(guān)系數(shù)R2越大，說明模型擬合度越高，預(yù)測性越好，可用此模型對白礬的炮制品枯礬中硫酸鋁鉀含量測定工藝的可行性進(jìn)行分析和預(yù)測。

方差分析結(jié)果見表3，總評OD值的影響有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.01)，各具體試驗因子對響應(yīng)值的影響不是簡單的線性關(guān)系。因此，選擇二項式擬合模型為成功模型，實(shí)測值和預(yù)測值基本吻合，具有較好的預(yù)測作用。

2.2.3 效應(yīng)面優(yōu)化和預(yù)測性評價 對效應(yīng)面數(shù)據(jù)結(jié)果進(jìn)行分析，得到的預(yù)測模型一般是曲面，即所獲得的預(yù)測模型是連續(xù)的[6]。其優(yōu)勢是在實(shí)驗條件尋優(yōu)過程中，可以連續(xù)對實(shí)驗的各個水平進(jìn)行分析[7-8]。根據(jù)回歸方程，作效應(yīng)曲面圖(圖1～圖3)，根據(jù)所擬合的回歸方程，應(yīng)用Design-Expert 8.0.6.1軟件，分別繪制總評OD值與各個因素的等高線圖和效應(yīng)曲面圖，確定最佳工藝區(qū)域，篩選出最佳炮制白礬工藝。

用效應(yīng)面和等高線分析各因素的相互作用，等高線密度大，說明影響因素對響應(yīng)值貢獻(xiàn)大。并且等高線的形狀可直觀地看出交互效應(yīng)的大小，橢圓形反映了兩因素的交互作用較強(qiáng)，呈圓形則相反，而響應(yīng)曲線較陡也說明交互作用較強(qiáng)。由圖1可見，等高線呈橢圓形，說明影響因素溫度(A)與時間(B)交互作用較明顯，從圖2、圖3等高線圖可看出，各因素的相互作用的等高線并沒有呈現(xiàn)明顯的橢圓形，響應(yīng)曲線較平緩，說明各因素之間交互作用并不顯著。回歸方程的方差分析(表3)表明，方程的交互項AB對白礬中硫酸鋁鉀含量影響極其顯著，而交互項AC、BC對白礬中硫酸鋁鉀含量影響不顯著，說明只有溫度與時間兩個因素之間交互作用顯著，其他交互項不顯著。

表3 回歸模型方差分析

圖1溫度與時間交互作用對枯礬中硫酸鋁鉀含量影響的等高線圖和效應(yīng)曲面圖

2.3 驗證試驗 根據(jù)生產(chǎn)需要，并結(jié)合Design-Expert 8.0.6.1軟件的計算，基于已建立的數(shù)學(xué)模型，得出炮制白礬的最佳條件：炮制溫度220 ℃，炮制時間22 min，白礬質(zhì)量14 g。按照篩選出的最佳炮制工藝條件重復(fù)3次，得出平均實(shí)際值為98.32%，各考察指標(biāo)與預(yù)測值比較，偏差較小，表明所建立的數(shù)學(xué)模型具有良好的預(yù)測性，所篩選的條件重復(fù)性良好，驗證此星點(diǎn)設(shè)計-效應(yīng)面法得到的白礬炮制工藝準(zhǔn)確可靠，重復(fù)性好，可用于實(shí)際生產(chǎn)。

圖2溫度與質(zhì)量交互作用對枯礬中硫酸鋁鉀含量影響的等高線圖和效應(yīng)曲面圖

圖3時間與質(zhì)量交互作用對枯礬中硫酸鋁鉀含量影響的等高線圖和效應(yīng)曲面圖

3 討論

3.1 預(yù)試驗中首先對白礬顆粒的粒度大小進(jìn)行選擇，發(fā)現(xiàn)白礬粒度在80目以上時，對炮制結(jié)果沒有太大影響。預(yù)試驗中發(fā)現(xiàn)，用馬伏爐炮制時間長，炮制完全，但超過一定時間后，沒有太大的變化。溫度對于炮制有很大影響，預(yù)試驗中發(fā)現(xiàn)，260 ℃時，硫酸鋁鉀含量不再增加。最后確定溫度、時間、質(zhì)量3個因素，每個因素5個水平進(jìn)行考察。

3.2 本次試驗選用星點(diǎn)設(shè)計-效應(yīng)面法，運(yùn)用非線性數(shù)學(xué)模型對模型進(jìn)行擬合，用三維效應(yīng)面進(jìn)行優(yōu)化，可以直接看出最佳效應(yīng)區(qū)域。結(jié)果表明，火力、時間對白礬炮制有顯著影響，期望函數(shù)預(yù)測值與實(shí)驗結(jié)果一致。驗證試驗表明，該方法具有較高的可靠性，所得出最佳工藝條件穩(wěn)定，精密度和重現(xiàn)性均較好。比常用的正交設(shè)計更加直觀形象，說明其應(yīng)用于白礬的炮制工藝是有效可行的，具有實(shí)際應(yīng)用價值。

[1] 國家藥典委員會.中國藥典(Ⅰ部)[S].北京:人民衛(wèi)生出版社,2015:107.

[2] 國家藥典委員會.中國藥典(Ⅳ部)[S].北京:人民衛(wèi)生出版社,2015:325,328,332.

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