黄芪多糖胶囊壳的制备及质量评价

朱双双 杨 涛 王 未 张 凯 张闪闪

（1.巢湖学院 化学与材料工程学院，安徽 巢湖 238000；2.巢湖今辰药业有限公司，安徽 巢湖 238000）

1 前言

在我国，胶囊剂的应用已经有160多年，与其它口服固体制剂相比，具有独特的优势，目前已成为口服固体制剂的主要剂型之一，其中，硬胶囊剂型的药品和功能食品的数量约占总产量的20%[1]。胶囊剂因有胶囊壳并以此充填药物，使其具有避免药物与外界直接接触、提高药物稳定性、掩盖药物不良气味等优点。此外，还可通过改变胶囊壳的性质，使剂型具有缓释、控释及定位释放的功效。因此胶囊壳质量的好坏，在一定程度上可直接决定胶囊剂的质量[2]。

目前，市面上药用胶囊壳主要为动物性胶囊壳，其主要成分为动物明胶，经过精处理后与辅料混合制备而成，动物明胶胶囊壳在我国胶囊壳比例中超95%。明胶理化性质较为复杂、来源难控，导致明胶胶囊壳存在诸多缺陷。明胶胶囊壳在干燥环境下容易失水，进而硬化，易于脆碎；在潮湿环境下易于吸水，进而软化；遇醛类物质易发生交联反应，对贮存环境要求较高，性质不稳定。此外明胶胶囊壳来源于动物，素食主义者及伊斯兰教信仰者的依从性较差[3]。且近些年来以工业明胶代替动物明胶制备而成的“毒胶囊”，更是进一步阻碍了明胶胶囊壳的市场应用。

为克服明胶胶囊壳的缺点与局限，我国逐步自主研发植物型胶囊壳，以期为药物换上“天然外衣”[4]。植物型胶囊壳具有惰性高、性质稳定、适用性广和安全性高等优点。目前在研究的植物型胶囊壳主要包括纤维素类、淀粉及改性淀粉类、多糖类[5]。多糖类植物型胶囊壳因其具有较强的黏性、凝胶特性[6]及成膜性能，其可再生性、生物降解性、非抗原性和廉价等优点[7]，已成为植物型胶囊壳的研究热点。郭卫强等[8]以超低黏度的海藻多糖为主要原料，加入卡拉胶等组成凝固体系，用以制备多糖植物型胶囊壳，研究结果表明，该空心硬胶囊符合国家标准。罗伯特等[9]将普鲁兰多糖作为主要原料，与明胶和卡拉胶复配，制备普鲁兰多糖胶囊壳，此胶囊可满足国家药典标准的要求，具有良好的崩解性和药物溶出性。张小菊等[10]以改性魔芋葡甘聚糖作为原料，制备的植物空心硬胶囊具有较好的防潮性。

黄芪多糖是中药黄芪中主要的活性成分，由豆科植物黄芪根茎经过提取、浓缩、纯化制备而成[11]。药理研究表明[12]，黄芪多糖具有抗肿瘤、抗氧化、抗衰老、抗病毒、降血糖、增强机体免疫功能等多种生物学功能，具有较强的研究开发价值。目前，黄芪多糖的研究主要集中在其提取分离、药理活性等方面的研究，较少涉及其作为药用辅料的功能研究。

目前，植物型胶囊壳普遍存在吸湿性强的缺点，对其透湿性能的研究较少，且胶囊内容物普遍也有较强的吸湿性，而胶囊壳的透湿性好坏对药物制剂的稳定性具有较大的影响[13]。通过制备游离膜，简化处方筛选过程，在胶囊壳成囊性较好的基础上尽可能选择透湿性更小的处方，以确保胶囊壳的性质更加稳定可靠。通过单因素实验及正交实验对其处方进行优选，并对自制黄芪多糖胶囊壳进行一系列的质量评价，以期制备一种新型的稳定性更高、性能更为优良的植物型药用胶囊壳，用以克服明胶胶囊壳的缺点，拓展胶囊壳的市场选择及应用，同时有利于中国传统中药黄芪的深度开发与利用，促进中药现代化。

2 材料与方法

2.1 实验材料

黄芪多糖，购于西安云悦生物科技有限公司，批号：20190102；头孢拉定胶囊，石药集团欧意药业有限公司，批号：055170863；阿莫西林胶囊，购于四川珠峰药业有限公司，批号：180302；阿莫西林标准品，购于上海麦克林生化科技有限公司，批号：A832367；头孢拉定标准品，上海阿拉丁生化科技股份有限公司，批号：C103344；羟丙基甲基纤维素（HPMC），购于安徽山河药用辅料股份有限公司，批号：180711。无水乙醇、甘油、盐酸均为分析纯。

2.2 实验方法

2.2.1 黄芪多糖游离膜透湿性能的考察

（1）黄芪多糖游离膜的制备

将黄芪多糖加入60 mL的乙醇溶液中（乙醇:水=1:2），在50℃水浴锅中加热至黄芪多糖完全溶解，抽滤除去杂质，依次加入羟丙基甲基纤维素和甘油，放置溶胀，待胶液溶胀完全后除去液面上的泡沫，加适量滑石粉备用。取适量胶液缓慢倒入培养皿中，震荡去除胶液中的气泡，于电热恒温鼓风干燥箱中干燥成膜，脱模，弃去表面存在褶皱、裂缝、麻点、厚薄不均的膜。每份样品分别取6个不同部位测定厚度，选取RSD＜15%的游离膜备用[14]。

（2）膜性能参数的的测定

取适量西林瓶（2.1 cm*5.0 cm，口径1.3 cm），用磨砂纸将瓶口磨平，放入约4 g干燥至恒重的变色硅胶，将游离膜用万能胶固定于瓶口上，修去瓶口边缘多余部分，再次磨平。配制饱和NaCl溶液（RH=75%），置于干燥器中，使其内湿度达到75%。将装有变色硅胶的西林瓶于25℃条件下，放置干燥器内平衡6 h，精密称重，记录初始重量。再分别于 12 h、24 h、36 h、48 h 取出， 精密称重，记录各时间点重量，计算透湿量Q[15]。根据Fick′s定律，通过膜的水蒸气量符合式（1）：

Q：透湿量/g；p：膜两侧水蒸气分压差/kPa；A：透湿面积/m2；L：膜的厚度/mm；t：透湿时间/h；K：膜的表观透湿系数/g·mm·m-2·h-1·kPa-1。

以透湿量Q为横坐标，以透湿时间t为纵坐标，作线性回归，计算透湿系数K，以K值大小评价膜透湿性好坏。

2.2.2 黄芪多糖空心胶囊的制备[16]

（1）溶胶

将适量黄芪多糖加入60 mL的乙醇溶液中（乙醇∶水=1∶2），在 50℃水浴锅中加热至黄芪多糖完全溶解，将溶液抽滤除杂后依次加入羟丙基甲基纤维素和甘油，待溶胀完全除去液面上的泡沫，加适量滑石粉备用。

（2）蘸胶成型

取适量胶液放置于10 mL烧杯中，将胶囊模具蘸入胶液中，停留数秒，缓慢提出，翻转数次，直至冷却成型。

（3）干燥

胶囊成型后，于电热恒温鼓风干燥箱中35℃条件下干燥。

（4）拔壳与剪切

待胶囊干燥后，拔下囊胚，分别将胶囊壳、胶囊帽剪切至规定长度。

2.2.3 成囊性评价

按照《中华人民共和国药典》[17]和《中国医药包装协会》[18]中对明胶胶囊壳的要求，根据胶囊壳制作过程中常产生的主要问题，确定拔壳难易程度、表观光滑度、色泽、气泡、瘪头薄头、韧性，综合为成囊性评价指标，进行评分，分数为0～12，分数越高，表明成囊性越好。任一指标评分为0，则胶囊壳不合格。

2.2.4 黄芪多糖胶囊壳处方考察单因素实验

（1）黄芪多糖质量考察

取黄芪多糖质量为 0.95 g、0.85 g、0.75 g、0.65 g，羟丙基甲基纤维素质量为0.9 g，甘油体积为2.0 mL，在25℃温度下溶胀12 h，蘸胶10次，于35℃烘干30 min，制作黄芪多糖胶囊壳。参照“2.2.1”项下，制作黄芪多糖游离膜测定透湿量，参照“2.2.2”项下，制备胶囊壳，参照“2.2.3”项下，进行胶囊壳成囊性评价，考察黄芪多糖质量对黄芪多糖胶囊壳的影响。

（2）羟丙基甲基纤维素种类考察

参照“2.2.2”项下，取羟丙基甲基纤维素种类为 400 mPa·s、15000 mPa·s、100000 mPa·s 的羟丙基甲基纤维素0.9 g，黄芪多糖0.75 g，甘油2.0 mL，在25℃温度下溶胀12 h，蘸胶 10次，于35℃烘干30 min，制作黄芪多糖胶囊壳。参照“2.2.1”项下，制作黄芪多糖游离膜测定透湿量，参照“2.2.3”项下，进行胶囊壳成囊性评价，考察羟丙基甲基纤维素种类对黄芪多糖胶囊壳的影响。

（3）羟丙基甲基纤维素质量考察

参照“2.2.2”项下，取羟丙基甲基纤维素1.5 g、1.3 g、1.1 g、0.9 g、0.7 g，黄芪多糖 0.75 g，甘油 2.0 mL，在25℃温度下溶胀12 h，蘸胶10次于35℃烘干30 min，制作黄芪多糖胶囊壳。参照“2.2.1”项下，制作黄芪多糖游离膜测定透湿量，参照“2.2.3”项下，进行胶囊壳成囊性评价，考察羟丙基甲基纤维素质量对黄芪多糖胶囊壳的影响。

（4）甘油体积考察

参照“2.2.2”项下，取甘油体积为 1.5 mL、2.0 mL、2.5 mL、3.0 mL，羟丙基甲基纤维素质量为1.1 g，黄芪多糖质量0.75 g，在25℃温度下溶胀12 h，蘸胶10次，于35℃烘干30 min，制作黄芪多糖胶囊壳。参照“2.2.1”项下，制作黄芪多糖游离膜测定透湿量，参照“2.2.3”项下，进行胶囊壳成囊性评价，考察甘油体积对黄芪多糖胶囊壳的影响。

2.2.5 黄芪多糖胶囊壳处方考察正交实验

根据单因素实验研究结果设计正交实验，因素水平如表1所示。

2.2.6 黄芪多糖胶囊壳的质量评价

（1）松紧度检查

取20粒自制黄芪多糖胶囊壳，其中填充适量滑石粉，将胶囊帽、胶囊体套合，逐粒自1 m高处垂直坠于厚度为2 cm的木板上，观察是否出现漏粉现象，记录不合格的胶囊壳数。

（2）脆碎度检查

取20粒自制黄芪多糖胶囊壳，将胶囊帽、胶囊体分开，放置于培养皿中，于25±1℃下放入盛有硝酸镁饱和溶液的干燥器内，平衡24 h，取出后立即轻捏胶囊帽与胶囊体的切口处，使成合缝状态，观察胶囊是否出现破裂现象，并记录破碎胶囊壳数。

（3）体外释放实验

实验分别以头孢拉定和阿莫西林为模型药物，以药物累积释放度为评价指标，考察胶囊壳的体外释放情况。因胶囊剂具有漂浮性，故选用2015版《中华人民共和国药典》中溶出度测定方法第一法篮法，将市售头孢拉定胶囊及阿莫西林胶囊囊心物取出，放入自制的黄芪多糖胶囊壳中，套合胶囊帽、胶囊体，做为待测自制制剂。分别配制0.1 mol/L的盐酸溶液、蒸馏水各900 mL，超声30 min，排出气泡，以此作为释放度实验溶出介质，溶出仪温度设定为37±0.5℃，转速为100 r/min， 分别在相应时间点 （2 min、5 min、8 min、10 min、15 min、20 min、30 min、45 min、60 min） 进行取样，同时及时补充相同体积的溶出介质，样品用微孔滤膜（0.45 μm）快速过滤，分别在其最大吸收波长255 nm、272 nm处测定吸光度，根据标准曲线方程计算累积释放度，并绘制释放曲线，以市售明胶胶囊作为参比，研究自制胶囊壳的释放行为[16，19]。

表1 黄芪多糖处方考察正交实验因素水平表

3 结果与分析

3.1 黄芪多糖胶囊壳处方考察单因素实验

3.1.1 黄芪多糖质量考察

记录各时间点的透湿量，进行线性拟合，得到透湿系数，结果如图1所示。由图1可知，黄芪多糖用量在0.65～0.95 g范围内，当用量较多时，游离膜的透湿系数较大，表明水蒸气易于穿透游离膜，这是因为多糖的吸水性能较强；当黄芪多糖的用量较少时，由于黄芪多糖具有一定的成膜性能，故此时的游离膜孔隙较多，造成透湿性强；黄芪多糖质量为0.75 g时，透湿系数K值最小，即黄芪多糖0.75 g时透湿性最低。且由表2可知，黄芪多糖用量过多胶囊的韧性较差，胶囊壳的成囊性评价不合格；用量较少时，易于出现瘪头薄头现象；当黄芪多糖的用量为0.75 g时，胶囊壳的评分最高，成囊性最好。综上所述，最终确定黄芪多糖的质量为0.75 g。

图1 黄芪多糖质量对透湿系数的影响

3.1.2 羟丙基甲基纤维素种类考察

由预实验可知，多糖类物质虽具有一定的成膜性能，但单独使用其制作胶囊壳，其成形性较差，故需添加辅助成膜材料以促使其成形。羟丙基甲基纤维素具有较强的成膜性能，且性质稳定，常用作胶囊壳的辅助成膜材料[20]。预实验中分别选取了三种黏度的羟丙基甲基纤维素作为辅助成膜材料，配制胶液，其中选用400 mPa·s的羟丙基甲基纤维素配制的胶液黏度较小，难以附着在胶囊模具上，无法蘸胶成形；羟丙基甲基纤维素种类为100000 mPa·s配制的胶液黏度过大，胶液配制困难，且蘸胶时难以均匀附着在胶囊模具上；羟丙基甲基纤维素种类为15000 mPa·s时，配制的胶液黏度适宜蘸胶。因其种类直接影响胶液的粘稠度，进而影响游离膜及胶囊壳的制备，当羟丙基甲基纤维素黏度为15000 mPa·s时，胶液粘稠度适宜，故最终选择羟丙基甲基纤维素的种类为15000 mPa·s。

表2 黄芪多糖质量对成囊性的影响

3.1.3 羟丙基甲基纤维素质量考察

通过记录各时间点的透湿量，进行线性拟合，得到透湿系数，结果如图2所示。由图2可知，羟丙基甲基纤维素用量在0.7～1.5 g范围内，随着其用量的增加，游离膜的透湿性逐渐降低。由表3可知，当羟丙基甲基纤维素用量为0.7 g时，由于辅助成膜材料量少，成膜性能不足，易于出现瘪头薄头，致使胶囊壳不符合质量要求。当羟丙基甲基纤维素用量为1.3 g及1.5 g时，由于胶囊壳较厚，致使胶囊柔韧性不足，不符合要求。故综合游离膜透湿性考察及胶囊壳成囊性评价结果，选取透湿性相对较小，且成囊性评分合格的处方，最终确定羟丙基甲基纤维素的用量为1.1 g。

图2 HPMC质量对透湿系数的影响

表3 HPMC质量对成囊性的影响

3.1.4 甘油体积考察

由图3可知，甘油用量在1.5～3.0 mL范围内，游离膜的透湿系数随着甘油用量的增加先降低后增加，这可能于甘油的性质有关。甘油为胶囊壳中的常用增塑剂，其主要作用为增加胶囊壳的柔韧性[21]，可提高分子间的紧密程度，减少分子间的孔隙数，故可阻碍水蒸气的进入，进而降低其透湿性。然而，甘油还具有保湿作用，用量过大，可能致使游离膜的吸水性更强。当甘油体积为2.5 mL时，透湿系数K值最小，即甘油体积为2.5 mL时透湿性最低。由表4可知甘油体积为1.5 mL时，胶囊壳的柔韧性不足，易于脆碎，进而致使拔壳困难；甘油体积为3 mL时，胶囊壳过于柔软，无法定型；用量为2.5 mL的处方的评分最高，成囊性最好。故综上所述，最终确定甘油体积为2.5 mL。

图3 甘油体积对透湿系数的影响

表4 甘油体积对成囊性的影响

3.2 正交实验优化黄芪多糖胶囊壳处方

3.2.1 正交实验结果分析

由单因素实验结果可知，多糖质量、羟丙基甲基纤维素质量、甘油的体积对黄芪多糖胶囊壳的质量有很大的影响。为了筛选出最优处方，对各因素进行正交设计，采用L16（43）正交表，进行三因素四水平的正交实验，结合透湿性能和成囊性评分综合为考察结果，结果见表5。

表5 黄芪多糖胶囊壳处方优化正交实验结果

从表5中透湿性分析可以看出最优处方为A3B3C3，即黄芪多糖为0.75 g，HPMC用量为1.3 g，甘油用量为2.5 mL。从成囊性分析可以看出最优处方为A3B3C2，即黄芪多糖为0.75 g，HPMC用量为1.3 g，甘油用量为2 mL。影响黄芪多糖胶囊壳透湿性能因素的主次关系为：多糖用量>HPMC用量≈甘油体积，影响黄芪多糖胶囊壳成囊性因素的主次关系为：多糖用量>甘油体积>HPMC用量。由此可知，甘油对透湿性及成囊性的影响均较大，故最终选取甘油用量为C2和C3的中间点。综合各因素，确定最优处方为黄芪多糖为0.75 g，HPMC用量为1.3 g，甘油用量为2.25 mL。

3.2.2 处方验证实验

根据最优处方：黄芪多糖0.75 g，HPMC用量1.3 g，甘油用量2.25 mL，制备三批黄芪多糖游离膜及胶囊壳，进行透湿性及成囊性考察。由表6可知，处方重现性良好，且透湿性较低，成囊性较好。

表6 处方验证实验结果

3.3 黄芪多糖胶囊壳的质量评价

3.3.1 松紧度检查

按“2.2.6（1）”项下进行松紧度考察，观察发现自制胶囊壳未出现粘连、变形、破裂现象，且漏粉胶囊少于2粒，符合《中华人民共和国药典》对胶囊松紧度的要求。

3.3.2 脆碎度检查

按“2.2.6（2）”项下进行脆碎度考察，观察发现自制胶囊壳破碎数为1节，符合《中华人民共和国药典》对胶囊脆碎度的要求（不得多于10节）。

3.3.3 体外释放实验

由图4、图5可知，相较于市售以明胶胶囊壳作为囊壳的阿莫西林胶囊和头孢拉定胶囊，以自制黄芪多糖胶囊壳为囊壳的阿莫西林胶囊和头孢拉定胶囊的释放曲线更加平稳，释放速度更加均匀，表现出良好的缓释作用。说明自制胶囊壳具有缓释胶囊壳的潜在作用。这可能是由于辅助成膜材料羟丙基甲基纤维素具有缓释功能，进而促使胶囊壳能够缓慢释放药物。

图4 阿莫西林胶囊释放曲线

图5 头孢拉定胶囊释放曲线

4 结论

采用目前硬胶囊壳生产的通用工艺：溶胶、蘸胶制胚、干燥制备黄芪多糖胶囊壳，其最优处方为:黄芪多糖0.75 g，羟丙基甲基纤维素15000 mPa·s 1.3 g，甘油2.25 mL。在此条件下制备的黄芪多糖胶囊壳具有胶液质量稳定，游离膜透湿系数为 0.005 g·mm·m-2·h-1·kPa-1，透湿性低，胶囊壳成囊性评分为11分，成囊性好，松紧度、脆碎度符合国家标准，且具有缓释作用。该配方简单稳定，可以为制备多糖类植物胶囊壳提供依据。