基于QbD 理念建立秦七風濕方提取液噴霧干燥工藝及其浸膏粉理化性質

徐思寧 唐志書 ?劉紅波?宋忠興王 梅孫 靜

［1.陜西中醫藥大學，陜西省中藥資源產業化協同創新中心，陜西咸陽 712083；2.秦藥特色資源研究與開發國家重點實驗室（培育）， 陜西省創新藥物研究中心，陜西咸陽 712083；3.陜西興盛德藥業有限責任公司，陜西銅川 727031；4.陜西中醫藥大學附屬醫院，陜西咸陽712000］

質量源于設計（QbD）是應用于藥物開發過程中的一種質量控制方法，將產品質量控制由傳統的事后檢測前移到事前設計，其目的是通過對產品制造過程的設計和控制來提高工藝穩定性，保障產品質量一致性。QbD 系統主要由目標產品質量概況（QTPP）、關鍵物料屬性（CMA）、關鍵工藝參數（CPP）、關鍵質量屬性（CQA）構成［1］，通過建立數學模型表征CMA、CPP、CQA 的相互關系與相互影響，采用相應設計空間和控制策略保障QTPP 穩定性［2］。

秦七風濕方由秦艽、山茱萸、珠子參3 味藥材配伍組成，是陜西中醫藥大學楊秀清教授的臨床經驗方，具有散寒除濕、益氣養陰、祛風止痛的功效，臨床上常用于治療類風濕性關節炎，療效良好。近年來，課題組針對該方的物質組成、藥理藥效等方面進行了相關研究［3-6］，可為相關制劑的開發奠定基礎。

噴霧干燥是用于液態物料干燥的流態化技術，具有瞬間干燥、受熱時間短、溫度低、操作流程管道化等特點［7］，已在食品、醫藥等領域得到廣泛應用［8-12］，顯示出良好的發展應用前景。目前，中藥制劑在制備過程中依然存在工藝參數設置缺乏合理性、波動性大等問題，影響了中藥制劑質量的穩定性。本實驗基于QbD 理念，將其應用于秦七風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 的定量數學模型，采用設計空間法優化工藝，以保障浸膏粉質量的穩定性，同時考察其相關理化性質，為相關制劑的進一步開發提供依據。

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有限責任公司，經陜西中醫藥大學劉世軍教授鑒定，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，經檢測均符合2015 年版《中國藥典》 一部相關項下要求。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（天津市天力化學試劑有限公司）；水為蒸餾水。

1.2 儀器 YC-1800 型實驗型噴霧干燥機（上海雅程儀器設備有限公司）；CPA225D 型電子天平［賽多利斯科學儀器（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（常州丹瑞實驗儀器設備有限公司）；VOS-30A 型真空干燥箱（施都凱儀器設備有限公司）；TGL-20B 型離心機（上海安亭科學儀器廠）；101 型電熱鼓風干燥箱（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 方法與結果

2.1 秦七風濕方水提液制備 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 響應面法 在單因素試驗基礎上，以進風溫度（A）、進料速度（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）為評價指標，采用Box-Behnken 響應面法進行試驗，因素水平見表1，結果見表2。

表1 因素水平

表2 試驗設計與結果

通過Design-Expert 8.06 軟件進行擬合，結果見表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；相關決定系數分別為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；失擬項的P值均大于0.05，表明無失擬因素存在，可用于預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，響應面分析見圖1。由此可知，進風溫度、溶液固含量有顯著影響；隨著進風溫度增大，得粉率呈不斷下降的趨勢，這是因為在較高溫度下浸膏粉易于發生黏壁現象，導致其損失嚴重；當溶液固含量較低時，浸膏粉粉粒小，質地較輕，易于隨氣流排出而導致得粉率下降。

2.2.2 設計空間建立 通過Design Expert 8.06 軟件建立顯著影響因素A、D的設計空間（進料速度7.5 mL／min，麥芽糊精含量20%），尋找同時滿足2 個目標響應值（Y1＞75%，Y2＜5%）的所有因素構成設計空間。但由于模型預測值與真實值之間存在一定的客觀誤差，可能導致設計空間的邊界具有不確定性，故在定義設計空間參數時加入置信水平α ＝0.05 的置信區間，以優化設計空間，提高設計空間準確度，結果應用Overlay plot 展示，見圖2。圖2A 中E 區域為未設定置信水平的設計空間，估計值有5%的概率無法滿足工藝相應值的要求；圖2B 中F 區域為加入95%置信區間后的優化設計空間，其范圍縮小，設計空間所有點都符合工藝目標響應值的要求。

2.2.3 設計空間驗證試驗 在設計空間內隨機選取9 個工藝設計參數點進行驗證，結果見表5。由此可知，預測值與實際值較為接近，表明模型預測性較好；序號1～3 試驗點位于優化設計空間內，其得粉率、含水量2 項CQA 符合工藝目標要求；序號4～6 試驗點位于原設計空間內（未設定置信水平），其中4～5 得粉率、含水量均達到要求，而6的得粉率未達到；序號7～9 試驗點位于設計空間外區域，其得粉率、含水量均未達到要求。綜上所述，在設定95%置信區間的優化設計空間內選擇工藝參數，所得浸膏粉CQA 可達到工藝目標要求；在未設定95%置信區間的設計空間內選擇，可能無法滿足要求（出現概率為5%）；在設計空間區域外選擇，無法滿足要求。在本實驗條件下，秦七風濕方提取液適宜的噴霧干燥關鍵工藝參數為進風溫度140～150 ℃，溶液固含量0.2～0.3 g／mL。

圖1 各因素響應面圖

圖2 設計空間圖

表5 設計空間驗證試驗結果

2.3 浸膏粉理化性質 在優化設計空間內，選擇噴霧干燥工藝參數為進風溫度145 ℃，溶液固含量0.25 g／mL，麥芽糊精含量20%，進料速度7.5 mL／min，制得秦七風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 參考文獻［13］報道的方法。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，將離心管內的沉淀于105 ℃下干燥至恒重，計算溶解度指數，公式為溶解度指數＝ ［（藥粉初始質量-沉淀物質量）／藥粉初始質量］×100%。結果，溶解度指數為（92.47±1.10）%，表明其具有較好的溶解性。

2.3.3 吸水指數 參考文獻［13］報道的方法。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，稱量濕沉淀物質量、上清液固含量，計算吸水指數，公式為吸水指數＝ ［濕沉淀物質量／（藥粉初始質量-上清液固含量）］×100%。結果，吸水指數為（94.77±2.90）%，表明其具有較好的潤濕性。

2.3.4 引濕性 依據2015 年版《中國藥典》 第四部通則9103“藥物引濕性試驗指導原則”進行實驗。取干燥具塞玻璃稱量瓶，于試驗前一天置于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，并于不同時間點精密稱定質量（m3），計算吸濕率，公式為吸濕率＝ ［（m3-m2）／（m2-m1）］×100%，繪制吸濕率-時間曲線，結果見圖3。由此可知，浸膏粉在24 h 內吸濕率達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，參數設置為加樣量1.0 g，分散氣壓250 kPa，料斗間隙2 mm，檢測時間20 s，平行6 次。結果顯示，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 粉體學性質 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、振實密度，平行6 次，計算其壓縮度、均齊度、Carr 流動性指數［14］。結果，浸膏粉休止角為（52.56± 0.81）°，平板角為（78.14 ± 1.38）°，振實密度為（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 流動性指數為45.68±2.65。

當粉體休止角＞45°時，其流動性較差；粉體壓縮度＞0.2 時，可能出現起拱現象［15］。均齊度表征粉體粒徑的規整程度，其值越接近1，粉體規整程度越好，越有利于粉體流動。Carr 流動性指數是一種比較全面的粉體流動性表征參數，通過對粉體休止角、平板角、壓縮度、均齊度（或凝集度）4 項指標進行綜合評分［14］，范圍為0～100，數值越高，表明其流動性越好，該指標與粉體流動性的相關性見表6［16］。

表6 粉體Carr 流動性指數評價

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

3 討論

本實驗將QbD 理念應用于秦七風濕方的噴霧干燥過程，采用Box-Behnken 響應面法對其進行優化，構建了浸膏粉CQA 與工藝CPP 的定量數學模型及工藝設計空間，有利于實際生產操作，保障了該工藝的穩健性。另外，當秦七風濕方提取液直接進行噴霧干燥時，會出現嚴重的黏壁現象，造成浸膏粉損失嚴重，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，發現麥芽糊精可使黏壁現象較輕，浸膏粉得率較高。

同時，本實驗也研究了秦七風濕方噴霧浸膏粉吸水性、潤濕性、吸濕性、粉體學等性質，發現它具有良好的吸水性、潤濕性，但吸濕性較強，流動性較差，提示在浸膏粉制備及貯藏過程中，需采取適當措施防止物料的吸濕受潮；在相關制劑制備時，也需采取適當措施以降低物料流動性差而導致的相關問題。