基于星点设计-效应面法优化黄精咀嚼片制备工艺

陈艳君，姜雪萍，陈存武，陈乃富，韩邦兴，熊 艳，王 芳

(1.皖西学院 生物与制药工程学院，安徽 六安 237012；2.安徽省中药资源保护与持续利用工程实验室，安徽 六安 237012)

黄精作为安徽省“十大皖药”之一，是我国传统中药之一，始载于《名医别录》，性平，味甘，归脾、肾、肺经，具有补肾益精，滋阴润燥的功效[1]。现代药理学研究表明黄精在抗衰老、调节免疫力、调血脂、降血糖、抗肿瘤、抗菌、抗疲劳等方面显示出潜在的药用价值，且无明显毒副作用，是一种传统的药食同源中药资源[2-5]。黄精作为一种新食品资源，其食用及药用应用广泛，随着大健康产业的社会需求日益增加，对黄精资源的需求亦日益增长。黄精野生资源蕴藏量锐减，为此开展人工繁育和种植技术的研究，以实现黄精资源保护和种植产业的持续发展，目前在大别山地区黄精种植已形成一定规模。

黄精目前多以饮片或黄精酒、黄精膏等食用应用较多，产品深加工不足、产业链条短、附加值低，经济效益差，急需相关深加工产品上市，变资源优势为产业优势。咀嚼片具有服用方便、便于携带、无须崩解、吸收快等特点，同时能够满足快节奏的现代生活需求，尤其适合儿童、老人及吞咽困难的患者，是现代药品和保健品常用的剂型。本研究以黄精为原料制备黄精咀嚼片，助力将大别山地方特色资源优势转化为经济产业优势。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

DXF-20C型打粉机(上海科利瑞克有限公司)；FA2204N型电子天平(上海菁海仪器有限公司)；DP-30A单冲压片机(北京国药龙立科技有限公司)；DHG-9101·2A型电热恒温鼓风干燥箱(上海三发科学仪器有限公司)；18目，20目，100目药典筛(绍兴市上虞张兴纱筛厂)。

九蒸九晒黄精(实验室自制)；预胶化淀粉(曲阜市天利药用辅料有限公司)；甘露醇 (青岛明月海藻有限公司，批号1701011)；微晶纤维素(安徽山河辅料有限公司，批号：130701)；乳糖(常州朗生生物有限公司乳糖，批号：20170304))；聚维酮(山东优索化工科技有限公司，P21205115)；乙醇(江苏强盛功能化学股份有限公司，批号：20181101)；羟丙纤维素( 安徽山河辅料有限公司，批号：170204)；滑石粉(南昌白云药业有限公司，批号：20160316)；阿斯巴甜(江苏维多股份有限公司，批号：1508056LP)；木糖醇(西安天正药用辅料有限公司，批号：C118062803)；山梨醇(西安天正药用辅料有限公司，批号：F268G)；蔗糖(西安天正药用辅料有限公司，批号：181902)。

1.2 实验方法

1.2.1 黄精咀嚼片制备

生黄精具有刺激性，服用时，口舌麻木，刺激咽喉。经九蒸九晒炮制后的黄精消除了刺激性等不良反应[6]。取九蒸九晒黄精粉碎过100目筛，取九蒸九晒黄精细粉，加入一定量填充剂和矫味剂，将其充分混合均匀，加入黏合剂适量，制软材，达到“手握成团，触之即散”标准，18目筛制粒并于60 ℃烘箱中干燥，以20目筛网整粒，加入润滑剂滑石粉充分混匀；压片即得。

1.2.2 综合评分标准

感官评定小组由10人组成，评定人员在评定前2 h禁酒和辛辣等刺激性食物，以外观、口感、风味和硬度为指标进行综合评分。在评定过程中互不干扰地对每个样品进行客观评分；取10人评分平均分，综合得分越高的处方越优。满分60分，具体评分标准见表1[7-10]。

表1 评分标准

1.2.3 填充剂比例及用量的筛选

黄精粉末可压性较差，不易压片。在中药片剂的制备过程中，中药粉末的流动性非常重要，它直接影响物料的填充性，通常在中药片剂的制备中通常加入一定量的填充剂来增强其流动性。根据前期实验结果单用一种填充剂无法满足咀嚼片口感和片剂成型，故选用预胶化淀粉和甘露醇两者的混合物作为填充剂。参照“1.2.1”下黄精咀嚼片制备分别以预胶化淀粉与甘露醇比例(质量比)为3∶1、4∶1、5∶1、6∶1、7∶1作为填充剂，对片剂外观、风味、口感、硬度等方面进行综合评分。并考察填充剂用量分别为主药黄精的59%，64%，69%，74%来对片剂外观、风味、口感、硬度等方面综合影响。

1.2.4 黏合剂种类的筛选

参照“1.2.1”下黄精咀嚼片制备分别以羟丙纤维素(HPC)水溶液，60%乙醇溶液，聚维酮(PVP)水溶液作为黏合剂，参照咀嚼片制备工艺。对片剂外观、风味、口感、硬度进行测评评分。

1.2.5 矫味剂用量的筛选

咀嚼片需要在口腔中嚼碎后咽下，为调整口感常需加入矫味剂进一步改善口感，以提高服用者的顺应性。根据预实验结果选用木糖醇和山梨醇按1:1比例混合作为咀嚼片的矫味剂。参照“1.2.1”下黄精咀嚼片制备，考察矫味剂用量分别为主药黄精比重的1%、4%、7%、10%对黄精咀嚼片外观、口感、风味及硬度的影响。

1.2.6 星点设计-效应面法优化处方

根据单因素实验考察结果，预胶化淀粉与甘露醇的比例、填充剂的用量、矫味剂的用量这三个因素对所制备咀嚼片的综合得分影响较大。因此以预胶化淀粉与甘露醇的比例(A)、填充剂用量(B)和矫味剂用量(C)为自变量，以综合评分得分为响应值，采用三因素五水平星点设计-效应面法以综合评分为自变量对黄精咀嚼片的处方进行优化。因素和水平表见表2。

表2 星点设计-效应面试验因素水平表

图1 不同填充剂比例及用量对黄精咀嚼片综合得分影响

2 结果与讨论

2.1 预胶化淀粉与甘露醇比例及用量的筛选

根据前期实验分别以微晶纤维素、甘露醇、乳糖、预胶化淀粉为填充剂制备黄精咀嚼片时，选用微晶纤维素和乳糖为填充剂时片剂硬度不达标，表面粉末较多；甘露醇为填充剂时由于其在咀嚼过程中有吸热作用，使口腔有清凉舒适感，且具有一定的甜味；但咀嚼片外观较差，不易成型；选用预胶化淀粉为填充剂时塑性变形能力，能提高片剂的硬度成型，且表面光滑。故以预胶化淀粉和甘露醇两者的混合物作为填充剂，由图1可得，随着预胶化淀粉的比例增大，所制备咀嚼片外观光洁，硬度适宜；但随着甘露醇比例减少咀嚼性较差，色泽不均一，从片剂成型性口感等综合考虑选择预胶化淀粉和甘露醇比例为3∶1～6∶1作为优化范围。

在填充剂用量筛选中发现填充剂的用量较低时片剂表面出现麻点；填充剂用量越高，综合得分显著增高，但当填充剂用量达到69%时，综合得分基本持平，综上所述，选择填充剂用量64%～74%作为优化范围。

2.2 黏合剂种类的筛选

在黏合剂筛选中发，60%乙醇作为黏合剂压制的咀嚼片，较多出现软片，且片剂表面含有较多粉末。用聚维酮(PVP)水溶液作为黏合剂制备咀嚼片片剂表面粗糙，有一定粉末。且颗粒得率低于羟丙纤维素(HPC)水溶液作为黏合剂好。拟选用HPC水溶液作为黏合剂。

图2 不同种类黏合剂对黄精咀嚼片综合得分影响

2.3 矫味剂用量的筛选

矫味剂用量的变化对咀嚼片的外观、硬度不大，但对口感、风味的影响特别大。以木糖醇和山梨醇按1∶1(质量比)比例混合作为咀嚼片矫味剂。矫味剂量较低时咀嚼片苦涩，略有糊口。矫味剂量较多时咀嚼片甜腻感加剧，风味差。选择矫味剂用量4%～10%作为优化范围。

图3 不同矫味剂用量对黄精咀嚼片综合得分影响

2.4 模型拟合与显著性分析

以综合评分为因变量，预胶化淀粉与甘露醇的比例(A)、填充剂用量(B)和矫味剂用量(C)为自变量采取三因素五水平实验设计和结果见表3。采取Design-Expert 8.0.6软件对所得数据进行多元非线性拟合回归。得多元非线性回归方程

即该模型能解释91.45%响应值的变化。用此模型对黄精咀嚼片处方进行预测和分析对多元非线性拟合方程模型进行方差分析，结果见表4。

表3 响应面试验优化结果

由表4回归方程模型的方差分析可知，该模型的F值11.89，P值为0.0003，表明该模型极显著，模型可靠性较好。失拟项F值2.75，P值为0.1452，表明失拟项不显著，即该回归模型的拟合情况较好，回归方程代表性良好，能较好地用于试验的分析与预测。由P值可以看出各因素自变量对综合评分得分影响主次顺序：C>A>B。因素的一次项(A、C)，因素的二次项(B2、C2)，对综合评分得分的影响极显著(P<0.01)，因素的一次项A及因素的二次项A2对综合评分得分的影响显著(P<0.05)，二次项交互项对结果影响不显著(P>0.05)。即预胶化淀粉与甘露醇的比例、矫味剂用量这2个因素对综合评分得分影响极显著，填充剂用量综合评分得分影响显著。

2.5 效应面优化和预测

根据所确立的多项式模型，经Design-Expert 8.0.6软件统计，绘制因素A、B、C对综合评分三维效应面图和等高线图。图4(a)响应面图可知当其他因素在一定水平，固定填充剂用量不变时，综合得分随预胶化淀粉与甘露醇的比例增大呈现先增后减的趋势；当预胶化淀粉与甘露醇的比例较小时，综合得分随填充剂用量的增加呈平缓先增后减，预胶化淀粉与甘露醇的比例较大时，综合得分随填充剂用量的增加快速增加，达到一定值后趋于平缓减少。根据响应面图的陡峭程度，因而预胶化淀粉与甘露醇的比例对综合得分影响大于填充剂用量。同理由图4(c)响应面图陡峭程度知矫味剂用量对综合得分影响大于填充剂用量。等高线密集成椭圆形表示两因素交互作用大，而成圆形时表明交互作用小。由图4等高线图可知预胶化淀粉与甘露醇的比例(A)、填充剂用量(B)和矫味剂用量(C)交互项对结果影响不显著，预胶化淀粉与甘露醇的比例(A)与填充剂用量(B)交互项虽在等高线图近椭圆形，但4(a)响应面图底部为圆形，故交互项不显著。由多元非线性回归方程，经Design-Expert 8.0.6软件计算出优化条件确定最佳处方是：预胶化淀粉与甘露醇的比例为4.21∶1，填充剂量69.38%，矫味剂用量7.49%。

表4 回归模型方程方差分析

注：*p<0.05，差异显著；**p<0.01，差异极显著。

2.6 工艺参数优化和模型验证

为验证模型可靠性，按上述优化处方工艺进行验证试验，按该工艺条件制备3批黄精咀嚼片样品，综合评分分别为54.2、54.4、52.7，验证试验结果与方程预测值53.43比较。相对偏差分别为1.4%、1.8%、1.4%。偏差较小，表明所建立的数学模型具有良好的预测性，证明该处方工艺稳定可行且制备工艺稳定可行，重复性良好。

3 结论

不同于其他剂型，咀嚼片制备需要考虑感官问题，由于单方面指标并不能全面精准地反映出其质量的优越性，故采用多重指标综合评价方法可以综合考虑各因素对总体效果的综合贡献。通星点设计-效应面法模型分析和实验验证后得到黄精咀嚼片的最佳处方为预胶化淀粉与甘露醇的比例为4.21∶1，用量为69.38%，山梨醇木糖醇比例为1∶1用量7.49%，羟丙纤维素的水溶液为黏合剂，滑石粉适量。所制备黄精咀嚼片表面完整光滑、色泽均匀，甜味适中，硬度适当，组织坚实不粘连。

黄精咀嚼片的开发为黄精的深入开发研究及工业化生产提供依据，将具有一定的经济效益与广阔的市场前景。