响应曲面法优选柴桂解郁颗粒的成型工艺*

杨净尧，邱智东，王畅，张欣舒，郑广华，郑爱竹，董雪莲，贾艾玲

(1.长春中医药大学药学院，长春国家生物产业基地医药中试平台，长春 130117；2.吉林紫鑫药业股份有限公司，长春 130031)

柴桂解郁颗粒选用《金匮要略》中“虚劳失精”证治的桂枝加龙骨牡蛎汤、《伤寒论》“柴胡加龙骨牡蛎汤证”中柴胡加龙骨牡蛎汤二方加减而来[1]，该方为长春中医药大学刘宏岩教授的临床经验方，由柴胡、桂枝、茯苓、首乌藤、大黄、百合、黄芩、干姜、大枣、法半夏等十五味中药组成的复方制剂，既可养五脏阴阳之虚、顾护五神之气血，又可防治邪气伤及五脏。该方具有填精益气养血、舒肝解郁、镇静安神之功效[2-3]。目前，西药治疗抑郁症存在依从性差、起效时间长、停药后病情反复、治疗费用高、不良反应多、很难根治等问题[4]。近年来，抑郁症的发病机制及治疗研究在中医领域上逐渐增多并占据一定优势[5]。柴桂解郁颗粒组方合理，多年来经临床反复验证疗效确切。

笔者采用干法制粒法对浸膏粉进行制粒，干法制粒的特点是热敏性成分不会受热破坏，可提高稳定性，缩短工艺路线，有效保证中药质量，相较于湿法制粒方法简单，并克服了辅料用量大的缺点，提高载药量[6]。采用Box-Behnken设计响应面法优化工艺参数[7-8]，可优选出最佳干法制粒的送料频率、压片频率及制粒频率[9-10]。笔者在本研究通过对柴桂解郁颗粒成型工艺进行优选，为进一步研究开发抗抑郁复方中药新药奠定基础。

1 仪器与试药

1.1仪器 GL1-25系列干法制粒机(江苏张家港市开创机械制造有限公司)；SD-1000喷雾干燥机(日本EYELA公司)；DHG-9240A电热恒温鼓风干燥箱(上海精宏仪器设备有限公司)；DZF-6090真空干燥箱(上海新苗医疗器械制造有限公司)；EL-204型分析天平[梅特勒-托利多仪器(上海)有限公司，感量：0.1 mg]；标准分样筛(浙江上虞市道墟仪器筛具厂)。

1.2试药 柴桂解郁颗粒的浓缩液(长春中医药大学药学院中药药剂实验室自制，相对密度1.03)；糊精(安徽山河药用辅料股份有限公司)；麦芽糊精(山东西王药业有限公司)；可溶性淀粉(曲阜市天利药用辅料有限公司)；试剂均为分析纯。

2 方法与结果

2.1浸膏粉的制备 按处方比例对药材进行提取，得到的滤液，减压浓缩至相对密度为1.03，在进风温度为130 ℃，进液速度为0.6 mL·min-1的条件下进行喷雾干燥，制成干膏粉，备用。

2.2柴桂解郁颗粒的制备 将柴桂解郁颗粒浸膏粉与一定比例的辅料混合均匀，调节压轮压力、压片频率、送料频率、制粒频率后，将混合后的物料置于干法制粒机中压制胚片，粉碎制得颗粒，整粒，挥发油加适量乙醇溶解，均匀喷洒在颗粒表面，即得。

2.3评价指标 按2015年版《中华人民共和国药典》四部制剂(0104)进行测定，以柴桂解郁颗粒的成型性、吸湿性、流动性和溶化性为指标综合评价，研究颗粒的成型工艺。

2.3.1成型率的测定 将颗粒依次通过一号和五号筛，收集能通过一号筛但不能通过五号筛的颗粒，称定质量。成型率(%)=通过一号筛但不通过五号筛的颗粒质量/颗粒总质量×100%。

2.3.2吸湿性的测定 取干燥至恒重的称量瓶，分别称取已恒重的加入糊精、麦芽糊精、可溶性淀粉和未加辅料的成品颗粒平铺在上，厚约3 mm，打开盖并置干燥器中脱湿平衡，12 h后精密称定，打开瓶盖，置于25 ℃下饱和氯化钠溶液中(相对湿度75.28%)，在25 ℃恒温培养箱中培养，分别于1，2，4，6，8，10，12，24，30，36，48，60 h时取出，精密称定质量，计算吸湿率[11]。

2.3.3流动性的测定 采用固定漏斗测定休止角：用铁架台串联固定三支漏斗，最下方距离水平桌面上的坐标纸高度为h，使颗粒缓缓流下，待颗粒堆尖端接触到最下方的漏斗口，测得圆锥体的半径r，计算休止角 (tanα=h·r-1) ，重复3次[12]。

2.3.4溶化性的测定 称取柴桂解郁颗粒10 g，加热水200 mL，搅拌5 min，观察颗粒的溶化情况。

2.4辅料种类的筛选

2.4.1辅料对颗粒的影响 中药制剂常用的辅料有可溶性淀粉、糊精等，由于可溶性淀粉、糊精和麦芽糊精，吸湿性相对较小，而且价格较低，稳定性好，故本实验将对这3种辅料进行考察。

设置干法制粒机工艺参数为手动泵压力2 kPa、送料频率6 Hz、压片频率18 Hz、制粒频率15 Hz[13-14]，取9份药粉，分别按表1 中比例加入相应辅料并混合均匀，每份共300 g，经制粒后整粒。以颗粒的溶化性、一次成型率为指标分析实验结果，筛选辅料种类与用量，结果见表1。结果表明，各辅料制得颗粒溶化性好且一次成型率均大于49%。

2.4.2辅料对吸湿率的影响 按照“2.3.2”项下方法实验结果见图1。结果表明加入各辅料后都能够显著降低物料的吸湿性，其中以糊精为辅料时，制剂原料的吸湿性最低，通过实验结果并结合实际情况，确定最佳辅料种类及其加入比例为药粉：糊精=2：1。吸湿率(%)=(稀释后颗粒质量-吸湿前颗粒质量)/吸湿前颗粒质量×100%。

表1 辅料种类及辅料用量考察结果

Tab.1 Investigation results of the types and dosage of the excipients

序号药粉麦芽糊精糊精可溶性淀粉g溶化性一次成型率/%124060——较易溶化53.432200100——较易溶化60.323160140——较易溶化59.084240—60—较易溶化63.535200—100—较易溶化66.276160—140—较易溶化66.717240——60较易溶化49.508200——100较易溶化52.279160——140较易溶化53.09

图1 柴桂解郁颗粒辅料的吸湿曲线

Fig.1 Hygroscopicity curve of the excipients ofChaiguijieyugranule

2.5干法制粒响应曲面设计实验 本实验所用的制粒方法为干法制粒。通过查阅文献与相关资料[15]，影响干法制粒的因素有送料频率、压片频率以及制粒频率。故选取送料频率 (A)、压片频率 (B) 和制粒频率 (C) 为实验因素，以得到的颗粒一次成型率为响应值进行Box-Behnken Design实验设计，因素水平见表2，结果见表3。

表2 因素水平

Tab.2 Factors and level Hz

因素水平送料频率(A)压片频率(B)制粒频率(C)-110101501515201202025

利用 Design-Expert 8.0版软件对实验数据进行方差和回归分析，建立回归方程模型，绘制响应面图对这3种因素进行两两交互作用的直观分析，结果见表4。

表3 干法制粒Box-Behnken设计的实验结果

Tab.3 Results of Box-Behnken design for dry granulation

序号送料频率(A)压片频率(B)制粒频率(C)Hz一次成型率/%110151562.21220152577.53310102052.13410152557.04520151576.55615152076.69715152077.73815202577.48915101578.051010202062.211115102575.881220102078.531315152075.501415152076.211520202075.651615152077.221715201582.66

表4 方差分析统计表

利用Design Expert 8.0.6版软件对数据进行二次多元回归拟合，得到二次多项式回归方程：Y=76.67+9.33A+1.68B-1.44C-3.24AB+1.54AC-0.75BC-9.86A2+0.32B2+1.52C2。从拟合方程的相关系数R2=0.9938可知，拟合方程相关系数较高，拟合效果较好。结果显示，根据粉末一次成型率建立的回归模型差异有统计学意义(P<0.000 1)，R2=0.9858，表明模型的拟合度较好。失拟项P= 0.258 7>0.05，表明方差失拟不显著，该模型可应用于干法制粒的理论预测。

根据二次多项式模型，把因变量与其中任两个因素拟合为三维曲面图，固定3个变量中的1个为中值，以拟合目标函数为数学模型，绘制自变量三维效应曲面图，结果见图2，表明在实验的研究范围内，粉末的一次成型率随着送料频率以及压片频率的的升高而增大。

通过以上结果分析3个影响因素对颗粒的一次成型率的影响依次为：送料频率>压片频率>制粒频率。为了达到最佳成型效果，应该使得到颗粒的一次成型率达到研究范围内的最大值，运用软件优化实验条件为送料频率为16 Hz、压片频率为20 Hz、制粒频率为15 Hz，得到的粉末一次成型率为82.91%，愿望值为200。在此优化条件下进行实验验证，3次平行实验的得到粉末一次成型率的平均值Y=82.57%，RSD=0.69%，与模型的偏差率为1.6%。预测值与实际值接近，说明二次多项式数学模型进行优化干法制粒参数符合设计目标，实验设计和数学模型具有可靠性和重现性。因此，运用响应曲面优化模型可用于预测最佳干法制粒的实验条件。

2.6干法制粒工艺验证 按处方比例称取药材，共3份，按照最佳提取、干燥工艺制得药物粉末。取3份药粉，每份100.02 g，加糊精至150.03 g，混合均匀，按优选所得的工艺参数制粒。测定颗粒得率分别为82.10%，82.39%，82.24%。由结果知，按最佳工艺制粒时，3批验证实验数据组间无明显差异，重复性良好，表明该工艺稳定、可行。

2.7成品颗粒的考察

2.7.1成型率测定 取3批柴桂解郁颗粒的样品，按照《中华人民共和国药典》2015年版四部通则(0928)双筛分法进行粒度测定，不能通过一号筛与能通过五号筛的总和分别为7.25%，7.42%，7.39%。参照颗粒剂(通则0104)检查项下要求，本品符合相关规定。

2.7.2临界相对湿度的测定 为确定生产时的环境湿度及对包装材料和贮存条件提出相应要求，对颗粒剂的临界相对湿度进行考察。配制不同浓度硫酸及不同盐的过饱和溶液，分别置于7个干燥器中，25 ℃恒温放置72 h，使其内部构成不同相对湿度的环境，在已干燥至恒重的称量瓶底部平铺颗粒约2 g，精密称定，干燥至恒重，打开称量瓶盖，放入上述不同相对湿度的干燥器中，使颗粒吸湿至恒重，精密称定，计算吸湿率，并以相对湿度为横坐标，以吸湿率为纵坐标作图，绘制吸湿曲线，计算临界相对湿度，结果见图3，表5。

得到方程Y=0.137X-1.488 4和Y=0.840 6X-49.988 7，通过计算可知颗粒的临界相对湿度为69%，因此在分装、包装及贮存的环境应控制在相对湿度<69%。

2.7.3颗粒流动性考察 取成品颗粒测定休止角，考察颗粒的流动性。将颗粒放在固定于培养平皿的中心点上面的漏斗中，颗粒从漏斗中流出，直至颗粒堆积至从平皿上缘溢出为止，测出圆锥陡堆的顶点到平皿上缘的高，测定培养平皿的半径，计算休止角，样品测定3次，取平均值，结果见表6。结果表明：颗粒休止角为24.2°，颗粒流动性良好。

2.7.4溶化性测定 取3批柴桂解郁颗粒的样品，按《中华人民共和国药典》2015年版四部通则(0104颗粒剂)项下检查测定颗粒的溶化性，平行测定 3 次。结果显示，3批样品均在5 min内溶化，均符合规定。

3 讨论

颗粒剂常用的制粒方法有湿法制粒与干法制粒。与湿法制粒比较，干法制粒可降低生产成本，也可节省时间与人力；操作简单，在制粒时，可以避免粉尘飞扬，不仅减少损失，同时也保护环境。干法制粒不用进行再次干燥，与其他方法比较耗能较小，但同时可以得到相对质量较高的成品。

图2 干法制粒粉末的一次成型率的模型效应曲面图

图3 临界相对湿度曲线图

表5 吸湿率结果表

Tab.5 Results of moisture absorption rate %

溶液相对湿度颗粒吸湿率硫酸(54%)29.552.56硫酸(48%)40.524.06硫酸(44%)48.525.28溴化钠57.708.35氯化钠75.2813.60氯化钾84.2620.84硝酸钾92.4827.75

表6 颗粒休止角的测定

Tab.6 Determination of particle repose angle

实验号半径高度mm休止角平均休止角(°)1503623.82503424.624.23503424.2

笔者采用响应曲面法对干法制粒工艺进行优选，最终得到制粒的最佳工艺参数。在制粒过程中应注意温度和含水量的控制，含水量过高容易黏附于转轮表面，形成硬块，使转轮转不动，从而影响制粒效率。另外，颗粒太干可导致成型率降低；转轮压力过高会导致制得的浸膏粉片过硬，颗粒的成型率低。中药干膏粉是多种组分以无定形形式存在的集合体，在生产和贮存过程中容易吸潮，所以控制颗粒的吸湿性至关重要。在实验中，制粒过程加入辅料有助于降低干膏粉的吸湿性及吸湿后的黏度，可使制剂工艺更加易于控制，因此，本实验加入辅料糊精后可适量降低柴桂解郁颗粒的吸湿性和黏性，使其在制备过程中保证质量。

柴桂解郁颗粒是治疗抑郁的常用方剂，笔者采用单因素实验法以及响应曲面法对柴桂解郁颗粒成型过程中辅料的种类和比例进行选择筛选，对干法制粒的工艺进行筛选。所优选的柴桂解郁颗粒的成型工艺简单、稳定、可行，为进一步新药开发奠定基础。