海螵蛸气流粉碎工艺优化及粉碎前后相关指标对比

张爱丽， 徐忠坤， 张庆芬， 徐连明

（1.江苏联合职业技术学院连云港中医药分院，江苏连云港222007；2.江苏康缘药业股份有限公司，江苏连云港222001；3.中药制药过程新技术国家重点实验室，江苏连云港222001）



海螵蛸气流粉碎工艺优化及粉碎前后相关指标对比

张爱丽1， 徐忠坤2，3， 张庆芬2，3， 徐连明2，3

（1.江苏联合职业技术学院连云港中医药分院，江苏连云港222007；2.江苏康缘药业股份有限公司，江苏连云港222001；3.中药制药过程新技术国家重点实验室，江苏连云港222001）

摘要：目的 对海螵蛸（金乌贼Sepia esculenta Hoy1e）气流超微粉碎和普通粉碎的相关指标进行对比和工艺优化。方法 以超微粉的粒径D50为中心复合法的指标，对粉碎压力、进料压力、螺旋进料速度进行多元线性回归和二项式拟合，并用响应优化器优化实验结果。采用酸碱滴定法，对两种粉体的制酸性能进行比较。结果 最佳粉碎工艺为粉碎压力0.77 MPa，进料压力0.62 MPa，螺旋进料速度227.0 r/min；超微粉的D506.60 μm，明显小于普通粉，超微粉的S/V 12 231.490 m2/cm3，明显大于普通粉。1.0 g超微粉能中和人工胃酸62.50 mL，与普通粉差别不大，但反应时间缩短。结论 用Minitab优化方案制得的超微粉与模型预测值基本一致，而且其制酸效果优于普通粉体。

关键词：海螵蛸；气流粉碎；中心复合法；粒径；制酸性能

海螵蛸为乌贼科动物无针乌贼Sepiella main- droni de Rochebrune或金乌贼Sepia esculenta Hoy1e的干燥内壳，有收敛止血、涩精止带、制酸、敛疮的作用，用于溃疡病、胃酸过多等症状，它主要含有碳酸钙，还有壳角质、黏液质等成分。药理实验证明，碳酸钙中和胃酸是海螵蛸抑制胃酸过多的作用机理［1-2］，临床上多将海螵蛸与其他药物共同水煎服用，但碳酸钙在水中的溶解度很小，水煎会浪费药材，降低疗效［3］；也有将海螵蛸研末内服或外用［4］，但普通粉碎后的海螵蛸因粒度粗，内服或外用时肠胃及皮肤的吸收率低，也影响药效。

J-50型气流粉碎机是目前最新流行的一种先进超微粉碎设备，其工作原理是在压缩空气或氮气的作用下，粉末以亚音速的速度通过喷射管沿切线方向进入研磨腔后，被管周围螺旋气流加速到超音速（300 m/s），粒子间相互激烈碰撞、摩擦而被粉碎。在气流的作用下，粉碎粒子在旋流场中运动产生离心力，当其大于气流作用力时，颗粒在研磨腔内继续粉碎；当小于气流作用力时，颗粒被气流带出研磨腔成为产品［5］。通过气流粉碎技术，可增大粉体的比表面积，促进药物有效成分溶出，提高生物利用度。本实验利用Minitab软件，针对影响产品粒度的主要因素，优化海螵蛸气流式超微粉碎工艺参数，并将超微粉与常规粉碎所得普通粉的相关指标进行对比研究［6］，为海螵蛸以后的临床使用提供技术参考。

1 仪器与材料

J-50型气流粉碎机（意大利Tecno1ogia Meccanica SRL公司）；HK-04A型中药粉碎机（广州旭朗机械设备厂）；BX53型正立显微镜（日本O1ympus公司）；Winner-2308型激光粒度分析仪（济南微纳颗粒仪器股份有限公司）；WSJB-03型恒温磁力搅拌器（河南中良科学仪器有限公司）；PHSJ-4F型pH计（上海雷磁仪器厂）；酸式、碱式滴定管。

海螵蛸购自安徽亳州药材市场，经江苏康缘药业股份有限公司吴舟执业药师鉴定为乌贼科动物金乌贼Sepia esculenta Hoy1e的干燥内壳。氢氧化钠为分析纯（天津市大茂化学试剂厂）；盐酸为分析纯（上海申翔化学试剂有限公司）；其他试剂均为分析纯。

2 方法与结果

2.1 海螵蛸气流粉碎 海螵蛸用清水洗净，65℃鼓风干燥24 h，置机动冲钵内破碎，剔除其外部硬皮，破碎至碎片，再置粉碎机中粉碎，过100目筛，得普通粉。然后取1 kg，按Minitab软件设计的不同实验条件，调节粉碎压力、进料压力和螺旋进料速度等工艺参数，置气流粉碎机中进行超微粉碎，即得超微粉。

2.2 粒径测定 取海螵蛸超微粉适量，用羧甲基纤维素钠溶液作分散剂，置于粒度测定仪内，测定其粒径。

2.3 海螵蛸超微粉碎工艺优化

2.3.1 实验设计 根据Minitab软件中的中心复合实验设计原理，结合单因素预试验条件，选取粉碎压力（X1）、进料压力（X2）、螺旋进料速度（X3）这3个对超微粉质量影响较显著的考察因素作为自变量［7］，每个自变量的试验分别以-1.682、-1、0、1、1.682这5个水平进行编码，试验因素及水平设计见表1，结果见表2。每个试验号重复3次，结果取平均值。

表1　中心复合设计的因素及水平Tab.1 Factors and levels of central composite design

表2　中心复合设计结果（n=3）Tab.2 Results of central composite design（n=3）

2.3.2 模型拟合 实验数据由Minitab软件进行分析，回归方程系数显著性检验、方差分析结果分别见表3、表4。二项式拟合方程为

Y=246.12 -148.66X1-141.67X2-1.22X3+ 101.92X21+118.30X21+0.002X23-14.42X1X2+ 0.006X1X3+0.03X2X3

其标准偏差为0.593 6，回归方程的系数R2为0.980 8，预测R2为0.896 8，调整后R2为0.963 4，说明方程可靠性较高。

由表3可以看出，模型方程中常数项P值为0，表明该模型是显著的。同时，模型中的参数X1、X2、X3、X21、X22、X23的P值均为0，小于0.05，表明这些参数也是显著的。由表4可知，失拟项P值为0.246，大于0.05，表明失拟项相对于绝对误差是不显著的，说明该回归方程对实验拟合情况较好。

表3　回归方程系数显著性检验Tab.3 Significance tests for coefficients of regression equation

表4　回归方程的方差分析Tab.4 ANOVA of regression equation

2.3.3 工艺优化 试验中，每个因素对提高产品的质量都很重要，但考虑其参数设置在不影响产品质量的同时，还要兼顾降低成本，提高效率。运用Minitab软件特有的响应优化器，不但能实现多目标响应值的优化，还能很方便直观地通过调整图中的输入变量参数设置，寻求更理想的方法［8］。由图1可知，当设定粒径D50为6.20 μm时，相对应的实验条件为粉碎压力0.767 7 MPa，进料压力0.618 2 MPa，螺旋进料速度227.474 7 r/min。考虑到实际操作的方便，修正为粉碎压力0.77 MPa，进料压力0.62 MPa，螺旋进料速度227.0 r/min。

图1　响应优化器寻优结果Fig.1 Result of response optim izer

2.3.4 工艺验证试验 称取海螵蛸普通粉1 kg，根据响应优化器优选出的工艺条件，进行工艺验证，结果见表5。由表可知，其超微粉粒径的实验值与预测值相当，优化结果可信。

表5　实际值和预测值的比较Tab.5 Com parison of actual value and predictive value

2.4 海螵蛸超微粉与普通粉相关指标的对比

2.4.1 光学显微观察 分别取海螵蛸超微粉与普通粉适量，为防止出现团聚现象，滴加1～2滴羧甲基纤维素钠溶液作为分散剂，置显微镜下（10×40）观察，结果见图2。由图可知，在同样放大倍数下，海螵蛸普通粉颗粒粒径呈不规则碎块、棱角突出、大小不一，超微粉颗粒粒径细小、均匀，明显小于普通粉粒径。

图2　海螵蛸普通粉和超微粉的显微形态Fig.2 M icroscopic images of cuttlebone normal ground powder and m icronized powder

2.4.2 粉体表征 将海螵蛸普通粉和超微粉置于激光粒度分析仪内，测定其粒径及粒径分布。其中，D10累积量为10％所对应的粒径，D50表示累积量为50％对应的粒径，D90表示累积量为90％所对应的粒径，结果见图3、表6。实验表明，与普通粉相比，超微粉碎不但起到细化粉体的作用，也有着匀化作用，使大部分粉体达到了7 μm以下。另外，超微粉的D50、D90明显小于普通粉，而且其表面积/体积明显大于普通粉。

图3　海螵蛸普通粉与超微粉的粒径分布Fig.3 Particle size distributions of cuttlebone normal ground powder and m icronized powder

表6　两种海螵蛸粉末粒径的比较（n=3）Tab.6 Com parison of particle sizes of cuttlebone norm al ground powder and m icronized powder（n=3）

2.4.3 制酸量测定 制酸力是抗酸药等消化系统药物的主要质量指标，《国家药品标准工作手册》规定，制酸力在指定的实验条件下，以每1 g供试品消耗盐酸滴定液（0.1 mo1/L）的毫升数表示［9］。2.4.3.1 溶液的制备 NaOH滴定液按《中国药典》2010年版二部附录制备［10］，标定其浓度为0.101 5 mo1/L；盐酸溶液（人工胃酸酸度）按《中国药典》2010年版二部附录制备［10］，标定其浓度为0.108 5 mo1/L；酚酞指示液制法为取酚酞1 g，加乙醇100 mL溶解，即得。

表7　两种海螵蛸粉体制酸量的比较（n=3）Tab.7 Comparison of acid amount neutralized by cuttlebone normal ground powder and m icronized powder（n=3）

3 讨论

根据实际生产经验，粉碎压力一般要稍大于进料压力，这样粉碎效果会更好些。考虑到与气流粉碎机配套使用的是小型空压机，结合预实验结果，设定粉碎压力、进料压力及螺旋进料速度这3个工艺参数的限度范围，来对海螵蛸进行超微粉碎。

根据文献报道［9］，制酸药的检测标准应以到达pH 3.5的时间作为评价抗酸药的关键指标。为保证酸碱反应能满足pH大于3.5的条件，通过预实验，确定海螵蛸粉体样品的取样量为0.75 g。本实验参照文献［11］报道的方法，将盐酸加入海螵蛸粉体时，溶液迅速由碱性变酸性，酸度计的pH值数据跳动幅度过大，反应中生成的CO2因为搅拌器的搅拌，又溶于水中，使pH值数据往复无规律跳动，影响结果判断。为保证酸度计测试有规律，故改进实验方法，将海螵蛸粉体用适量纯化水分散后，全部转移至定量盐酸溶液中，精确计时，不搅拌，测试溶液pH值由1.0升至3.5所需的时间，以此判断两种粉体的反应速度。另外，因两种粉体与酸反应的时间都不超过8 min，故没有对海螵蛸粉体作溶出度考察。

本实验采用Minitab软件对海螵蛸的气流超微粉碎工艺进行优化，其优点是不仅具有中心复合设计、响应面分析等其他软件常用的实验设计程序，还可以不用编程和复杂计算就能快速有效地找出影响指标结果的主要因素和交互作用，由软件自动生成的数学模型可以直观分析各因素间的关系，最后由响应优化器得到各影响因素的最佳组合［8］，以上操作展现了Minitab为实验者提供的强大功能，对药学工作者来说，是一个非常适用的软件。

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Optim ization of fluid jet pulverizing process for cuttlebone and com parison of related indices before and after pulverization

ZHANG Ai-1i1， XU Zhong-kun2，3， ZHANG Qing-fen2，3， XU Lian-ming2，3
（1.Lianyungang TCM Branch，Jiangsu Union Technical Institute，Lianyungang 222OO7，China；2.Jiangsu Kanion Pharmaceutical Co.，Ltd.，Lianyungang 222OO1，China；3.State Key Laboratory for New-tech Pharmaceutical Process of Chinese Medicine，Lianyungang 222OO1，China）

ABSTRACT：AIM To optimize the f1uid jet pu1verizing process for cutt1ebone（Sepia esculenta Hoy1e）and compare the re1ated indices of norma1 ground powder and micronized powder before and after pu1verization.METHODS Centra1composite design was emp1oyed.With the partic1e diameter ofmicronized powder D50as an index，crushing pressure，feed pressure and feed speed were used for fitting the mu1tip1e 1inear regression and binomia1 equation.The experimenta1 resu1twas screened by response optimizer.The abi1ity of neutra1izing gastric acid of the norma1ground powder and micronized powder was then assessed by acid-base titration method.RESULTS The good parameters were determined to be 0.77 MPa for crushing pressure，0.62 MPa for feed pressure and 227.0 r/min for feed speed.Themicronized powder，at a partic1e diameter of6.60 μm，was significant1y sma11er than thatof norma1ground powder.S/V with a va1ue of12 231.490 m2/cm3was significant1y bigger than thatof the norma1ground powder.1.0 gmicronized cutt1ebone powder neutra1ized 62.11 mL gastric acid，demonstrating no much difference with norma1groud powder，but a shorter reaction time.CONCLUSION Under the conditions optimized by Minitab，the obtained micronized powder is basica11y identica1 to the predictivemode1，and it is superior to that of the norma1ground powder in terms of its neutra1izing effect on gastric acid.

KEY WORDS：cutt1ebone；f1uid jet pu1verization；centra1 composite design；partic1e diameter；neutra1ization of gastric acid

作者简介：张爱丽（1972—），女，硕士，副教授，研究方向为中药制剂。Te1：13851274690，E-mai1：251866513@qq.com

基金项目：国家“重大新药创制”科技重大专项（2013ZX09402203）

收稿日期：2014-11-13

doi：10.3969/j.issn.1001-1528.2016.01.012

中图分类号：R284

文献标志码：A

文章编号：1001-1528（2016）01-0058-05