基于QbD理念的双叶枇杷颗粒成型工艺优化及物理指纹图谱研究Δ

毛小文 ，顾志荣 ，王园园 ，葛斌 #（.甘肃中医药大学药学院，兰州 730000；.甘肃省人民医院药剂科，兰州 730000）

双叶枇杷饮是甘肃省人民医院用于治疗痤疮的临床经验方，全方由桑叶、枇杷叶、酒黄芩、牡丹皮、地黄、枳壳、甘草7味中药组成，具有清肺泄热、凉血消痤的功效。该方疗效显著、安全性好，本课题组拟将其开发成颗粒剂，以便临床使用。中药颗粒剂的吸湿性、溶化率、流动性等物理属性是关乎其运输、储存及最终质量的关键参数。质量源于设计（quality by design，QbD）理念目前被广泛用于工艺研发控制，其从原料药性质和工艺属性参数着手，将源头药物、处方设计、工艺属性参数与质量监管相结合用作生产规范，以提高药品质量[1]。本研究以QbD理念为指导，通过单因素实验、熵权法结合Box-Behnken响应面设计，以总黄酮保留率、吸湿率（H）、溶化率、休止角（α）和成型率为指标对双叶枇杷颗粒进行客观评价，优化该颗粒的成型工艺；并通过相对均齐度（Iθ）、水分（HR）、H、豪斯纳比（IH）、α、松密度（Da）、振实密度（Dc）和孔隙率（Ie）共8个二级物理指标对该颗粒的均一性、稳定性、流动性、堆积性及可压性进行综合表征，评价该颗粒工艺的一致性，以期为双叶枇杷颗粒的工业化生产及质量控制提供参考。

1 材料

1.1 主要仪器

UV8100A型紫外-可见分光光度计购自北京莱伯泰科仪器有限公司；YC-1000型实验室喷雾制粒包衣机购自上海雅程仪器设备有限公司；BT125D型万分之一电子天平购自赛多利斯科学仪器（北京）有限公司；DHG-9140A型电热鼓风干燥箱购自上海一恒科学仪器有限公司；DD-5M型低速离心机购自湘仪离心机仪器有限公司。

1.2 主要药品与试剂

桑叶、枇杷叶、酒黄芩、牡丹皮、地黄、枳壳、甘草7味中药饮片由甘肃陇脉药材有限公司提供，经甘肃省人民医院药剂科郑修丽主任中药师鉴定为真品，各指标均符合2020年版《中国药典》（一部）相关规定。芦丁对照品（批号CHB201103，纯度≥98%）购自成都克洛玛生物科技有限公司；可溶性淀粉（批号20200416）购自上海贤鼎生物科技有限公司；微晶纤维素（批号20221026）购自上海源叶生物科技有限公司；甲基纤维素（批号20211022）购自兰州天弘益华生物科技有限公司；麦芽糊精（批号20211015）购自广州新如荣生物科技有限公司；羧甲基纤维素钠（批号20210311）购自上海迈瑞尔生化科技有限公司；甘露醇（批号21081602）购自湖南新绿方药业有限公司。

2 方法与结果

2.1 双叶枇杷颗粒干浸膏粉的制备

参考本课题组前期优化的提取工艺进行制备：称取桑叶10 g、枇杷叶10 g、酒黄芩10 g、牡丹皮10 g、地黄15 g、枳壳10 g、甘草5 g，加纯化水至没过饮片，浸泡1 h；再加14倍量纯化水，以武火加热至沸腾后，采用文火煎煮提取，每次提取1 h，重复提取3次；合并3次提取液，用300目尼龙筛趁热滤过，将煎煮液浓缩至一定体积并定容于250 mL容量瓶中，经喷雾干燥后，得干浸膏粉24.26 g（得率为34.66%）。

2.2 双叶枇杷颗粒的制备

经前期研究，取“2.1”项下的干浸膏粉，与辅料以1∶1（m/m）的比例过80目筛混合均匀，以乙醇为润湿剂制软材，过20目筛制粒，于65 ℃下干燥，整粒，即得。

2.3 评价指标的测定方法

（1）总黄酮保留率：总黄酮在双叶枇杷颗粒中含量占比最高，对评价颗粒内部活性成分的变化具有重要意义。本研究参考文献[2]，采用硝酸铝显色法测定双叶枇杷颗粒中总黄酮的含量，并计算总黄酮保留率，总黄酮保留率（%）＝双叶枇杷颗粒制粒后总黄酮含量/双叶枇杷颗粒制粒前总黄酮含量×100%。（2）成型率：按2020年版《中国药典》（四部）通则“0982”中的“双筛分法”进行测定[3]。将制备好的双叶枇杷颗粒称重（W过筛前），收集能过一号筛（10目）但不能过五号筛（80目）的颗粒并称重（W过筛后），然后计算成型率，成型率（%）＝W过筛后/W过筛前×100%。（3）Da：取上述合格颗粒5.0 g（W），缓慢倒入25 mL量筒中，读取颗粒体积（V0），计算Da，具体公式为Da＝W/V0。（4）Dc：将上述在量筒中待测的颗粒以2 s/次的频率上下重复振摇200次，读取颗粒体积（V1），计算Dc，具体公式为Dc＝W/V1。（5）IH：具体公式为IH＝Dc/Da。（6）Ie：具体公式为Ie＝（Dc-Da）/（Dc×Da）。（7）α：参考文献[4]，采用固定漏斗法进行测定。取半径（r）为3.2 cm的表面皿放置于水平的桌面上，且中心与上方漏斗呈垂直状态，将“（2）”项下的颗粒缓慢倒入漏斗使其自然流下，当漏斗下方颗粒与表面皿边缘重合时，测定锥体高度（h），并计算α，具体公式为α＝arctan（h/r）。（8）Iθ：将“（2）”项下的合格颗粒按顺序分别过二、三、四、七、八、九号筛，振荡5 min，分别记录每个筛网截留的颗粒质量。取平均孔径分别为0.603、0.303、0.188、0.108、0.083 mm的筛网截留的颗粒，并计算Iθ，具体公式参考文献[5]。（9）H：参考文献[6]，将称量瓶（盖打开）置于室温下、相对湿度为75%、底部盛有过饱和NaCl溶液的干燥器中平衡24 h，取“（2）”项下的颗粒2 g（W1）置于平衡后的扁平称量瓶（盖打开）中，平铺使厚度约为2 mm，吸湿平衡待其质量不变，称定质量（W2），并计算H，具体公式为H＝（W2-W1）/W1。（10）溶化率：参考文献[7]，取“（2）”项下的颗粒5 g（W总），置于干燥恒重的50 mL离心管中，加100 mL热水在振荡器上振摇5 min，4 000 r/min离心15 min，弃去上清液，在干燥箱中于65 ℃下烘干至恒重，称定质量（W残渣），计算溶化率，具体公式为溶化率（%）＝（W总-W残渣）/W总。（11）HR：按2020年版《中国药典》（四部）通则“0832”第三法“减压干燥法”[3]，取“（2）”项下合格颗粒测定其含水量。

2.4 熵权法客观赋权

熵权法客观赋权降低了主观赋权的人为影响，通过对辅料种类、药辅比、润湿剂用量、干燥温度、干燥时间等客观存在的不确定性数据进行整合，来表征复杂的原始数据的信息量[8—9]，具体步骤为：

（1）建立原始数据矩阵：现有m个样本、n个评价指标，原始数据矩阵R＝（Xij）m×n，以总黄酮保留率（Y1）、吸湿率（Y2）、溶化率（Y3）、α（Y4）和成型率（Y5）为评价指标，建立原始数据矩阵R。Xij表示第i个样本的第j个指标的测量值。

（2）将原始数据转化为概率矩阵：根据“公式（1）”将原始数据矩阵R转化为概率矩阵P，Pij表示在第j个指标下第i个样本的概率。

（3）计算各指标的信息熵和权重系数：根据“公式（2）”求得各指标的信息熵（Hj）依次为0.99、0.98、0.98、0.97、0.98，Hj越小代表该指标数据的离散程度越高，所提供的信息量就越大，按“公式（3）”求得各指标的权重系数（Wj）依次为0.13、0.23、0.16、0.30、0.18。

（4）综合评分的计算：综合评分为各指标归一化值与相应指标权重系数（Wj）乘积的和。

2.5 双叶枇杷颗粒成型工艺的单因素实验

本研究考察了辅料种类（可溶性淀粉、微晶纤维素、甲基纤维素、麦芽糊精、可溶性淀粉+麦芽糊精、可溶性淀粉+甘露醇、麦芽糊精+甘露醇、可溶性淀粉+麦芽糊精+甘露醇等）、药辅比（1∶0.5、1∶0.8、1∶1.0、1∶1.2、1∶1.5，m/m）、润湿剂（乙醇）质量分数（80%、85%、90%、95%、100%）、润湿剂用量（占药和辅料总量的26%、30%、34%、38%、42%）、干燥温度（45、55、65、75、85 ℃）、干燥时间（10、20、30、40、50、60 min）等的影响，通过信息熵客观赋权法进行赋权和综合评分的计算，最后优选辅料种类为可溶性淀粉+麦芽糊精+甘露醇（质量比为1∶1∶1）、药辅比为1∶1、润湿剂质量分数为95%、润湿剂用量为药和辅料总量的38%、干燥温度为65 ℃、干燥时间为30 min。

2.6 Box-Behnken响应面实验设计优化成型工艺参数

2.6.1 实验设计

根据单因素实验结果，进行Box-Behnken响应面实验设计，固定辅料为可溶性淀粉+麦芽糊精+甘露醇，润湿剂（乙醇）质量分数为95%，以综合评分为响应值，考察药辅比（X1）、润湿剂用量（X2）、干燥温度（X3）、干燥时间（X4）对双叶枇杷颗粒成型工艺的影响。具体因素与水平见表1，实验设计及评价结果见表2。

表1 因素与水平表

表2 Box-Behnken响应面实验设计及评价结果

2.6.2 模型建立及显著性分析

采用Design-Expert 12.0.3.0软件对上述综合评分数据进行多元回归和二项式分析，建立综合评分对X1、X2、X3、X4的二次回归模型方程，得综合评分（Y）＝0.865 4-0.080 1X1+0.016 7X2-0.000 6X3-0.002 4X4+0.129 7X1X2+0.074 6X1X3-0.041 7X1X4+0.128 5X2X3-0.021 7X2X4+0.139 5X3X4-0.160 2X12-0.218 0X22-0.087 3X32-0.124 7X42，方差分析结果见表3。结果显示，拟合模型F＝6.880，P＝0.000 4；失拟项F＝5.230，P＝0.062 5（P＞0.05）。这表明所建模型可靠，可用于工艺影响因素的预测与优化。其中，一次项X1，交互项X1X2、X2X3、X3X4，二次项X12、、X32、X42对成型工艺具有显著影响（P＜0.05），其他项影响不显著。由此可知，4个因素对双叶枇杷颗粒成型工艺影响程度依次为X1＞X2＞X4＞X3。

表3 Box-Behnken响应面实验设计的方差分析结果

2.6.3 响应面交互作用影响

根据回归方程绘制响应面图和其投影的等高线图，投影形状由圆趋向椭圆并依次降低则表示交互作用由弱变强，具体见图1。由图1可知，X1X2、X2X3、X3X4趋向椭圆，交互作用强弱依次为X3X4＞X1X2＞X2X3。该结果表明，药辅比与95%乙醇用量、干燥温度与干燥时间的交互作用明显；其余各交互组未趋向椭圆，交互作用不明显。预测的最优成型工艺为药辅比为1∶0.77、润湿剂用量为37%、干燥温度为59.38 ℃、干燥时间为27.74 min，综合评分为0.881 9分。

图1 交互作用对成型工艺综合评分影响的响应面图和等高线图

2.6.4 成型工艺参数验证

为便于实际操作并结合实际生产条件，将成型工艺参数调整为药辅比1∶0.8、润湿剂（95%乙醇）用量37%、干燥温度59 ℃、干燥时间28 min。按上述最优条件制备10批（编号S1～S10）双叶枇杷颗粒，取其中3批进行验证实验。结果显示，验证实验的平均综合得分为0.879 6分，与模型预测值（0.881 9分）的RSD为1.97%（n＝3），可见所建立的模型可用于双叶枇杷颗粒成型工艺优选，模型准确可靠，成型工艺重现性好。

2.7 双叶枇杷颗粒的物理指纹图谱分析

2.7.1 物理质量指标转换

取10批双叶枇杷颗粒，测定其8个二级物理指标，将测量值进行标准化转换，转换方法参考文献[10—11]，选择5个批次样品（S1～S5）进行转换结果展示，见表4。

表4 物理指纹图谱测定指标的转换结果（部分）

2.7.2 物理指纹图谱的建立及相似度分析

以“2.7.1”项下测量值标准化转换结果绘制雷达图，展示各批次双叶枇杷颗粒的物理指纹图谱，并以二级物理指标标准值的平均值绘制雷达图，作为双叶枇杷颗粒的对照物理指纹图谱，结果见图2。进一步采用夹角余弦法对10批双叶枇杷颗粒的物理指纹图谱及其均值进行相似度分析，结果发现，10批双叶枇杷颗粒的物理指纹图谱与对照物理指纹图谱的相似度均在0.99以上，表明该颗粒的物理性状稳定、可控。

图2 10批双叶枇杷颗粒的物理指纹图谱

3 讨论

本研究基于QbD理念，以总黄酮保留率、成型率、H、α等为评价指标，采用熵权法结合Box-Behnken响应面设计优化双叶枇杷颗粒的成型工艺。单因素实验时，笔者对辅料种类、药辅比、润湿剂（乙醇）质量分数及用量、干燥温度和干燥时间进行了考察，确定辅料为可溶性淀粉+麦芽糊精+甘露醇，润湿剂（乙醇）质量分数为95%。进一步采用Box-Behnken响应面实验设计优化药辅比、润湿剂用量、干燥温度、干燥时间。结果显示，最优成型工艺为药辅比1∶0.8，95%乙醇用量37%，干燥温度59 ℃，干燥时间28 min。

中药颗粒物理指纹图谱是对颗粒物理属性更深层次的挖掘，通常基于均一性、稳定性、流动性、堆积性等4个一级物理指标（对应的二级物理指标为Iθ、HR、H、IH、α、Da、Dc、Ie）建立指级图谱，并与实际生产工艺相结合用于评价不同批次的颗粒质量，是基于QbD理念更深层次的表征。结果显示，10批双叶枇杷颗粒的物理指纹图谱与对照物理指纹图谱的相似度均在0.99以上。

综上所述，本研究所优化的成型工艺稳定可行，以此工艺制得的双叶枇杷颗粒的物理性状稳定、可控。