D-最优混料设计优化独活寄生颗粒成型工艺的研究

李紫嫣，赵 婷，刘 芳，瞿晓梅，国大亮，刘玉璇

（天津中医药大学，天津 301617）

独活寄生颗粒源自传统名方独活寄生汤，最早记载于唐代孙思邈的《备急千金要方》，全方由独活、桑寄生、秦艽、盐杜仲、当归等15味药材组成，功效祛风湿、止痹痛、强筋骨[1]。目前广泛应用于骨伤科疾病的治疗[2]，主要用于治疗慢性关节炎，腰椎间盘突出症，骨质疏松症等[3]。

独活寄生颗粒原方为含蔗糖颗粒，对于糖尿病人不适用，为扩大临床应用范围，本研究拟使用不含蔗糖的辅料，借助 Design Expert 8.0试验设计软件，采用 D-最优混料设计（D-optimal mixture design），以成型颗粒的吸湿率为评价指标，对独活寄生颗粒成型辅料配比进行优化。

1 仪器与试药

1.1 仪器

SQP电子分析天平[赛多利斯科学仪器（北京）有限公司]；WGL-30B电热鼓风干燥箱（天津市泰斯特仪器有限公司）；标准分样筛（上虞五星冲压筛具厂）。

1.2 试药

独活寄生方提取物浸膏（实验室自制）；乳糖（常州市朗生生物有限公司，批号：20160304）；糊精（天津市永大化学试剂开发中心，批号：20100901）；微晶纤维素（成都市科隆化学品有限公司，批号：2017051101）；可溶性淀粉（湖州展望药业有限公司，批号：20180155）；蔗糖（天津渤华化学试剂有限公司，批号：20201010）；甘露醇（天津百伦斯生物技术有限公司，批号：20200403）；玉米淀粉（天津中英保健食品有限公司，批号：20201120T1）；NaCl（天津市光复科技发展有限公司，批号：20200325）。

2 方法与结果

2.1 颗粒剂制备

按处方比例称取方中15味中药饮片，其中秦艽、白芍、盐杜仲采用渗漉法提取，加20倍量70 %乙醇，浸渍5 h，渗漉速度2 ml/min，收集渗漉液；独活、桂枝、细辛、防风、当归、川芎提取挥发油，加8倍量水，加入药材量5 %的羟丙基β-环糊精，50 ℃水浴浸泡1 h，提取3 h，收集挥发油及水提液；桑寄生、熟地黄、川牛膝、茯苓、党参、甘草采用水煎煮提取法，加10倍量水，煎煮3次，每次1 h，收集提取液。合并提取液，过滤，浓缩滤液至相对密度为1.25（80 ℃）的稠膏，加入相应辅料，制软材，过18目筛挤压制粒，60 ℃下干燥至恒重，整粒，将挥发油溶于适量乙醇，均匀喷入干燥颗粒中，混匀，密闭24 h，即得。

2.2 评价指标的测定

2.2.1 制粒情况 采用湿法制粒[4]。制粒情况结合以下几项颗粒性质综合选择最佳辅料。

2.2.2 成型率[5]按2020年版《中国药典》（四部）0104颗粒剂项下粒度检查法（0982第二法双筛分法）进行测定，定义能通过1号筛和不能通过5号筛的颗粒为合格颗粒，计算成型率。平行测定3次，求平均值。成型率=（合格颗粒质量/颗粒总质量）×100 %。

2.2.3 溶化性[5]取2.2.1项下合格颗粒10 g，加200 ml热水，搅拌5 min，要求应全部溶化（允许有轻微浑浊）。

2.2.4 休止角[6]采用固定漏斗法进行测定。将漏斗固定于铁架台上，下方水平放置一张坐标纸，使漏斗口与坐标纸之间保持2.0 cm的高度（h），沿着漏斗壁缓慢倾倒2.2.1项下合格颗粒，直至坐标纸上形成圆锥体的尖端接触到漏斗口为止，测定圆锥体的底部半径（r），按公式计算休止角（θ）。

θ=arctan（h/r）

2.2.5 吸湿率 取2.2.1项下合格颗粒2 g，按2020年版《中国药典》进行吸湿率测定实验：将饱和 NaCl溶液置于干燥器中，25 ℃环境中饱和 48 h，此时内部相对湿度为 75 % 。将待测样品于干燥器中脱湿 48 h 后，置于已恒定质量的称量瓶中（样品厚约 2 mm） ，准确称量后放入相对湿度75 %的干燥器中，揭开称量瓶盖， 25 ℃下定时称量，按公式计算吸湿率。吸湿率（%）=（吸湿后样品质量-吸湿前样品质量）/吸湿前样品质量×100 %。

2.3 药辅比考察

预实验中，分别选择浸膏与辅料配比1:1，1:1.2，1:1.4，1:1.6，1:1.8，加入不同用量的糊精、乳糖、可溶性淀粉、甘露醇、微晶纤维素、糖粉、玉米淀粉7种辅料，以成型率为评价指标，选择最佳药辅比例。结果发现浸膏:辅料为1:1.5时容易制粒，成型率较高。

2.4 辅料种类考察

将糖粉、糊精、乳糖、微晶纤维素、可溶性淀粉、玉米淀粉，甘露醇分别与药材浸膏混合制软材制颗粒，根据制得颗粒的性质选择最佳辅料。结果见表1。

表1 不同辅料制得颗粒的性质

研究表明，溶化性是评价颗粒剂性能的重要指标之一[7]。由表1可知，微晶纤维素和可溶性淀粉为辅料制得的颗粒溶化性较差，且有大量沉淀，因此本研究不能选择这两种辅料制粒。休止角θ越小，摩擦力越小，流动性越好，一般认为，θ≤30°时流动性好，θ≤40°时，可满足生产过程中的流动性需求[8]。考虑到单一辅料对颗粒的制粒情况及颗粒特性的改善程度及范围有限，选择乳糖、甘露醇、玉米淀粉混合辅料制备独活寄生颗粒。进一步以吸湿率为指标，应用D-最优混料设计软件筛选混合辅料中各辅料比例[9-12]。

2.5 D-最优混料设计

乳糖、甘露醇、玉米淀粉3种辅料的制粒情况、成型性及溶化性均较好，且成型率及溶化性的测定受其他因素影响较大，故二者不再作为 D-最优混料设计评价指标，而选择区分度大且测定结果较为准确客观的吸湿率作为评价指标。采用D-optional方法，以乳糖（A）、甘露醇（B）、玉米淀粉（C）在混合辅料中所占比例为影响因素，优选出独活寄生方颗粒的最佳辅料配比。因素水平见表2，结果见表3。

表2 因素水平表

根据拟合模型回归系数的方差最小，回归模型的预测精度最高的原则[13-14]，选取3因素设计，确定各因素的范围，组成16个模拟处方。按单因素试验优选的制备工艺条件和16个模拟处方配比制备颗粒并测定吸湿率。处方配比设计和吸湿率测定结果见表 3。根据吸湿率测定结果，以乳糖、甘露醇、玉米淀粉三者之间比例为自变量，以独活寄生颗粒吸湿率为因变量，应用 Design-expert 8. 0软件，以3种数学模型进行回归拟合与方差分析，对各项系数进行t检验，以回归模型的标准方差（SD）（0.20）、复相关系数r2（0.7798）、调整复相关系数（adjustedr2）（0.6698）、预测复相关系数（predictedr2）（0.3386）、残差平方和（PRESS）（1.16）及失拟项（lack of fit）（0.9006）为综合指标，判断并筛选最佳的回归模型。

表3 D-最优混料设计

表4 方差分析

模型P=0.0045＜0.01，表明模型可用于预测响应值。失拟项P=0.9006＞0.05，表明模型拟合良好。得到拟合方程Y=0.19780A+0.17865B+0.17725C-0.00289692AB-0.00278588AC-0.00108296BC。下图是乳糖（A）、甘露醇（B）、玉米淀粉（C）三因素对吸湿率影响的曲面图与等高线图。

由图 1 可见，乳糖、甘露醇、玉米淀粉在一定范围内以一定的比例组合时能达到最优结果。软件预测的最优组合为乳糖:甘露醇:玉米淀粉（40.910:30.993:28.097），吸湿率预测值为10.79 % 。

图1 乳糖、甘露醇、玉米淀粉的交互作用对吸湿率影响曲面图与等高线图

2.6 验证试验

为检验模型的可靠性及软件设计出的最优组合的预测值与实际值的差异，根据优选条件制备3批样品进行验证，吸湿率分别为10.75 %，10.7 %，10.82 %， 平均值为10.76 %，与预测值接近，说明软件建立的模型可靠，可准确预测颗粒剂辅料的最优配比。颗粒的成型率、溶化性、流动性均合格。

3 讨论

在颗粒剂制备过程中，单一辅料不能满足成型性、流动性、吸湿性等相关的特性指标[15]。本研究采用混合辅料，并对颗粒相关的粉体学性质进行测定。因其不含蔗糖，使得颗粒剂质量更为稳定，更适合老年人、儿童及糖尿病患者使用。玉米淀粉单独使用时软材较硬，制成的颗粒细粉较多，但与乳糖、甘露醇混合使用，能很好地解决这一问题。甘露醇、乳糖具有良好的吸湿性、矫味功能，尤其适合需要控制血糖的人群使用；乳糖具有良好的冲溶性和抗湿性，中药颗粒本身易吸潮、溶解性较差，乳糖的应用能有效解决这个问题。

本研究采用混合辅料，且辅料总量一定，各辅料的比例有待确定。D-最优混料设计目前广泛应用于食品[16-19]及药品[20-22]领域。本课题采用 D-最优混料设计方法优选独活寄生颗粒中填充剂的配比，结果可靠、预测精度高，可为其他同类颗粒剂成型辅料的筛选研究提供参考。