中药提取物吸湿特性表征方法再研究

付小菊， 冯 怡*， 徐德生，2， 赵立杰， 李姝琦， 谢亚林， 阮克锋

(1.上海中医药大学中药现代制剂技术教育部工程研究中心，上海201203;2.上海中医药大学附属曙光医院，上海200021)

中药提取物粉末大多具有吸湿性，吸湿后影响制剂的制粒、胶囊填充、压片、贮存等过程，从而影响制剂质量。目前常见表征中药提取物吸湿性的指标有吸湿量［1］、临界相对湿度［2］、吸湿曲线［3］，该类参数测定周期长，操作繁琐，不利于快速、简便掌握提取物吸湿特性，这也造成在描述提取物吸湿性时通常根据其吸湿量、吸湿曲线主观描述为“非常吸湿”、“较易吸湿”等，缺乏简单易测、量化等级的指标来表征不同提取物的吸湿特性。

在吸湿特性表征方法研究中曾采用v-表征提取物吸湿行为［4］。该值能直接反映提取物吸湿能力大小，但是其认为影响物料吸湿性最主要的参数是单分子层吸附饱和值这一理论基础是否适合中药提取物粉末还有待考证;另外，计算值需要绘制物料吸湿等温线、吸湿曲线、拟合计算吸湿二项式方程与GAB吸湿模型，计算量大，费时长。本实验通过吸湿性与中药提取物物理性质相关性研究，找到与吸湿性相关性大的物理性质，以此类物理性质间接表征吸湿性，建立简单易测、科学可靠的吸湿特性表征方法，解决吸湿性强弱表征缺乏量化、等级化指标问题;同时也可简便快速预测提取物吸湿性强弱，直接指导后续防潮技术使用。

1 仪器与试药

1.1 仪器 ZJ型应变控制式直剪仪(南京土壤仪器有限公司);MS 2000激光粒径分析仪(马尔文仪器公司);Morphologi G3干法粒度和粒形分析仪(马尔文仪器公司);DZF-6050型真空干燥烘箱(上海精宏实验设备有限公司);LHS-150HC型恒温恒湿箱(上海一恒科学仪器有限公司)。

1.2 试药 调经益母方提取物(中药部颁标准第十四册，自制，批号:090216);热炎宁方提取物(中国药典2005版，自制，批号:090225);甘草提取物(中国药典2005版，自制，批号:081029);清淋方提取物(中国药典2005版，自制，批号:090216);蓝芩方提取物(中药部颁标准第三十九册，自制，批号:080915);双黄连方提取物(中国药典2005版，自制，批号:080321);胆宁方提取物(中国药典2005版，自制，批号:090310);清喉咽方提取物(中国药典2005版，自制，批号:090302);女金方提取物(中药部颁标准第十五册，自制，批号:0807015);山菊降压方提取物(中国药典 2005版，自制，批号:090318);玄麦甘桔方提取物(中国药典2005版，自制，批号:090319);乐脉方提取物(中国药典2005版，自制，批号:090331);康心宁方提取物(医院制剂，自制，批号:090511);野菊花提取物(中国药典2005版，自制，批号:090428);安神养心方提取物(中药部颁标准第十册，自制，批号:090430);川参方提取物(医院制剂，自制，批号:090502)。

2 实验方法

本研究将采用平衡吸湿量、吸湿初速度、吸湿加速度三个吸湿特性参数全面量化表征提取物吸湿行为［4］，采取因子分析法和多元线性回归法建立中药提取物吸湿特性与其物理性质相关关系，找到与吸湿性相关性较大且测定方法简单的物理性质。分别以吸湿综合参数为指标、以简单易测且与吸湿特性相关性大的物理性质为指标对样品进行聚类分析。比较两者聚类分析结果，分析该吸湿特性表征方法特点。

2.1 中药提取物粉末物理性质测定方法

2.1.1 吸湿特性参数测定 取样品约200 mg，精密称量，平摊于称量瓶中，开盖置于干燥器中48 h脱湿平衡。精密称重后置于25℃，相对湿度75%的恒温恒湿箱中，每隔一定时间测定，计算吸湿增重，平衡吸湿量即为提取物粉末达到吸湿平衡时的吸湿增重。

在测定吸湿增重过程中可得到吸湿-时间曲线图，对中药提取物吸湿时间曲线进行拟合可得到吸湿方程，对吸湿方程进行一阶求导可得吸湿初速度和吸湿加速度计算公式［4］。

2.1.2 含水量 含水量测定按照《中国药典》2005

版附录水分测定法第一法(烘干法)测定。

2.1.3 粒径 采用Mastersize 2000型激光粒度仪激光衍射法测定粉末粒径D50。

2.1.4 粒形 本实验粒形选择粒径D50球形度和凸起度两个参数，球形度用于衡量粒子与正圆的接近程度，凸起度用于衡量颗粒的表面粗糙程度，采用Morphologi G3干法粒度和粒形分析仪测定。

2.1.5 黏性 黏性表征粉体的黏结和聚合的能力，应用应变控制式直剪仪得到的粉体的剪切力可在一定程度上表征中药提取物的黏性［5］。

2.1.6 水溶特性 以浸膏粉在水溶液中的溶解性能表征中药提取物水溶特性，即1 mL水中能溶解多少毫克中药浸膏粉。测定方法为精密称取一定体积的中药提取物平衡溶液(以水为溶剂)，水浴挥干后干燥至恒重，以干燥物重量与溶剂体积比计算浸膏粉溶解性能来表征水溶特性。

2.2 统计方法 采用SPSS13.0统计分析软件(SPSS.Inc.)分析处理。

2.2.1 因子分析法 因子分析法是采取一种降维的方法，找出几个综合因子来代表原来众多的变量，使这些综合因子尽可能地反映原来变量的信息，而且彼此之间互不相关，从而达到简化变量的目的的一种统计方法。本研究利用因子分析法统计处理平衡吸湿量、吸湿加速度、吸湿初速度三个吸湿特性参数，得到综合因子得分值，具体计算方法见文献［6-7］，我们将此因子得分值命名为吸湿综合参数。

2.2.2 多元线性回归分析 采用多元线性回归法将吸湿综合参数与含水量、粒径等物理性质进行统计分析，分析与吸湿综合参数相关的物理性质。多元回归分析采取后退法选择自变量，检验水准α入≤0.01，α出≥0.05。

2.2.3 聚类分析法 聚类分析是一种分类方法，它将一批样品或变量按照它们在性质上的亲疏程度进行分类［4］。本研究选择相关性较大且测定方法简单的物理性质，通过多元线性回归方程计算各物理性质与复相关系数乘积后的总和，将此值命名为吸湿影响因子。以吸湿影响因子为指标，将样品进行聚类分析，同时，以吸湿综合参数(主因子)值为指标将样品进行聚类分析。

3 结果

3.1 中药提取物物理性质测定 (结果见表1～2)。

表1 中药提取物粉末吸湿特性测定结果(n=3)

3.2 吸湿性与中药提取物物理性质相关性建立

通过SPSS因子分析法可以得出主因子f1，其方差累计贡献率为77.98%，表明了该因子基本包含了中药提取物吸湿特性参数各项因素信息;同时可以得到主因子的因子得分系数矩阵表，根据主因子方差累计贡献率和因子得分系数矩阵表可计算各个提取物吸湿特性参数标准化后综合因子得分值(见表3第三项)，具体计算公式如下(各原始变量标准化值表不在此列出):

因子得分=(0.322×平衡吸湿量标准化值+0.405×吸湿初速度标准化值+0.400×吸湿加速度标准化值)×0.779 87

我们将此中药提取物吸湿特性参数因子得分值命名为吸湿综合参数值，并将此值作为新的变量与其他物理性质进行多元线性回归统计分析。

多元线性回归统计经方差分析得:R=0.906，P＜0.01，故该回归方程具有高度显著意义。令:吸湿综合参数为y，含水量为x1，粒径为x2，球形度为x3，凸起度为x4，水溶特性为x5，黏性为x6，可得多元线性回归方程(非标准化):

表2 中药提取物其他物理性质测定结果(n=3)

在消除不同单位量纲影响之后标准化多元回归方程:

从标准化多元回归方程系数分析各物理性质与吸湿综合参数相关性大小依次为:

正相关:黏性＞水溶特性＞球形度

负相关:含水量＞粒径＞凸起度

3.3 聚类分析结果

3.3.1 聚类分析法不同变量指标确定 根据多元线性回归统计结果，含水量、粒径、水溶特性、黏性与吸湿性相关性较大，则在一定程度上可用这四种物理性质间接表征提取物的吸湿性。选用含水量、粒径、水溶特性和黏性四个物理性质，代入多元线性回归方程，可得到各样品Y值，将此Y值命名为吸湿影响因子。以此Y值为指标采用Q型聚类法将中药提取物分类，使提取物按吸湿强弱分为不同吸湿类别。

分别代入各样本的含水量值、粒径值、水溶特性值、黏性值、粒形球形度值、粒形凸起度值，可得到各吸湿类别提取物吸湿影响因子Y′值。以Y′值为指标采用Q型聚类法将中药提取物吸湿性分类，考察粒形对吸湿特性分类结果影响。

为了验证采用吸湿影响因子为指标进行聚类分析方法是否可靠，可将聚类结果与采用吸湿综合因子为指标进行的聚类分析结果比较，见表3。

表3 中药提取物吸湿影响因子值与吸湿综合参数值

3.3.2 聚类分析树状图 见图1～3。

图1 中药提取物吸湿性系统聚类树图(吸湿影响因子Y为分类指标)

4 讨论

图2 中药提取物吸湿性系统聚类树图(吸湿影响因子Y＇为分类指标)

图3 中药提取物吸湿性系统聚类树图(吸湿综合参数为分类指标)

4.1 聚类分析结果分析及意义 对比图1、图2与图3分类结果，图1与图3、图2与图3分类结果高度吻合，而由提取物实际吸湿特性参数(表1)又可知以吸湿影响因子为分类指标得到的分类结果符合提取物实际吸湿性大小和吸湿强弱，分类结果可靠，分类方法可取。对比图1和图2，可以看出以Y值和Y′值为分类指标得到的聚类分析结果均分为两大类，且分类结果高度一致，这也进一步验证了粒形、流动性对吸湿特性影响较小这一结论。因此，可选用含水量、粒径、水溶特性和黏性4个物理性质得到的Y值为指标，采取Q型聚类分析法将中药提取物按吸湿性强弱分类，以该方法表征中药提取物吸湿特性。

根据中药提取物实际吸湿情况，我们将聚类分析第Ⅰ类命名为“易吸湿提取物”第二类命名为“极易吸湿提取物”。由分类结果可知，在得知某一提取物的含水量、粒径、水溶特性和黏性4个物理性质后，可据吸湿影响因子Y值大小及其所在区间初步判定某一未知提取物吸湿性。

4.2 Q型聚类法的特点及应用 Q型聚类分析利用多个变量的信息对样本进行分类，克服了单一指标分类的弊端，采用聚类图直观地表现其分类结果及类与类之间联系。该分类方法客观，克服了主观因素，比传统分类方法更客观、细致、全面和合理［9-10］。本研究以与吸湿特性相关性较大的物理性质为变量得到的吸湿因子值为聚类指标，采取聚类分析法对中药提取物吸湿性强弱分类，并与直接用吸湿综合参数为指标聚类分析结果进行了比较。结果表明聚类结果符合中药提取物吸湿性实际测定结果，采用的聚类指标、Q型聚类法表征中药提取物吸湿强弱这一方法科学可靠。在此结论基础上建立以Y值为指标表征中药提取物吸湿特性的表征方法，该表征方法可取。

4.3 以吸湿影响因子Y值表征中药提取物吸湿特性的意义及应用前景 本研究最终确定以吸湿影响因子Y值表征吸湿特性，决定Y值的物理性质(含水量、粒径、黏性、水溶特性)能在较短时间内测定，且测定方法简单。该吸湿特性表征方法的建立，解决了目前常用的“吸湿量”“吸湿曲线”等吸湿性表征方法测定繁琐费时的问题，为在工业化生产中迅速预测提取物吸湿性提供了实验依据。同时使吸湿性表述达到直观、量化、分级的目的，为表述中药提取物“极易吸湿”、“易吸湿”提供了量化参考范围，也为针对中药提取物吸湿性强弱选择不同防潮方法，建立中药提取物防潮技术体系提供实验依据和理论支持。

［1］丁志平，乔延江.不同粒径黄连粉体的吸湿性实验研究［J］.中国实验方剂学杂志，2004，10(3):5-7.

［2］杨立华.康复肾胶囊中浸膏颗粒制剂工艺研究［J］.中华实用中西医杂志，2005，18(13):295-296.

［3］钟华林.补血胶囊成型工艺的研究［J］.广东药学，2005，15(1):18-19.

［4］杜若飞，冯 怡，刘 怡，等.中药提取物吸湿特性的数据分析与表征［J］.中成药，2008，30(12):1767-1771.

［5］朱 蕾，冯 怡，徐德生，等.中药提取物物理性质与片剂成型相关性研究［J］.中国医药工业杂志，2008，39(5):349-351.

［6］贾东风，任长安.SPSS统计软件中的因子分析法在医学科研中的应用［J］.办公自动化杂志，2009，2:53-55.

［7］井 乐.湖北省上市公司竞争力研究［J］.现代商贸工业，2008，11:(181-182).

［8］孙振球.医学统计学［M］.北京:人民卫生出版社，2006.

［9］李淑华，荆邵凌，杨丹萍，等.聚类分析法在玉米种质资源中的应用［J］.农业与科技，2008，28(5):43-45.

［10］游海林，邢晓森，伊吉美.聚类分析法在对我国海岛县经济类型的分类中的应用研究［J］.海洋开发与管理，2009，26(3):95-98.