中心復(fù)合設(shè)計優(yōu)化玉竹多糖口含片制備工藝

彭瀟波， 劉佳佳， 徐 寬， 劉 雄

(中南大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院，湖南長沙410083)

玉竹Polygonatum odoratum(Mill.)Druce是黃精屬百合科多年生草本植物，既是食用的佳蔬，又是良好的藥材，常被中醫(yī)用做補(bǔ)陰藥，可食用其幼苗和根莖，營養(yǎng)豐富［1-2］。大量研究發(fā)現(xiàn)，玉竹多糖能降血糖、降血脂、提高機(jī)體免疫力、抗癌、抗衰老等作用。

口含片有劑量準(zhǔn)確、便于攜帶、質(zhì)量穩(wěn)定、服用方便、適合人群廣泛等優(yōu)點，被廣泛使用在臨床中?？诤蠖嗍怯迷谥委熆谇患膊∩希谄渌矫嬉灿幸欢ǖ闹委熥饔?，如雪蓮果葉提取物降血糖含片有降低血糖，治療糖尿病的作用;海帶多糖口含片也有降低血糖，治療糖尿病的作用;螺旋藻口含片可以增強(qiáng)機(jī)體免疫功能等等多種作用［3-11］。

玉竹的加工現(xiàn)在大多采用曬制或蒸制成玉竹條或玉竹片的干制品，主要是以原藥材、初加工飲片和食品的形式銷售，商品的附加值相對較低，所以研究開發(fā)玉竹多糖口含片的制備工藝，提高其商品附加值，并推廣其應(yīng)用是很有藥用前景和經(jīng)濟(jì)價值的。

本實驗根據(jù)單因素實驗結(jié)果，以微晶纖維素 (MCC)、甘露醇的用量以及矯味劑阿斯巴甜與檸檬酸的加入比例為考察因素。以口感和相對累積溶出百分率為評級指標(biāo)，采用綜合評分法，通過中心復(fù)合設(shè)計優(yōu)化制劑處方。

1 儀器與材料

YK160搖擺式顆粒機(jī) (南京彩途機(jī)械設(shè)備有限公司);TP1400實驗型單沖壓片機(jī) (上海天風(fēng)藥機(jī)制造廠);RCZ—8A智能藥物溶出儀 (天津大學(xué)精密儀器廠);GZX—9140 MB電熱恒溫干燥箱 (上海博迅實業(yè)有限公司);AR3130電子天平 (OHAUS COPR Florham NJ USA);756 MC紫外可見分光光度計 (上海精密科學(xué)儀器有限公司)。

玉竹多糖 (實驗室自制);95%乙醇 (分析純，廣東光華化學(xué)廠有限公司);微晶纖維素 (國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司);其他輔料均為藥用級。

2 方法與結(jié)果

2.1 口含片制備工藝 稱取處方量的主藥和輔料，將主藥和輔料過100目篩，混合均勻 (阿斯巴甜與檸檬酸的加入量占總質(zhì)量的1.25%)，加黏合劑 (95%乙醇)后60目篩濕法制粒，顆粒于50℃烘干，烘干后顆粒經(jīng)60目篩整粒，壓片。

2.2 相對累積溶出百分率測定 按溶出度測定法第二法(《中國藥典》2010年版二部附錄XC第二法)分別測定其溶出度。玉竹多糖定量測定采用紫外分光光度法測定［12］。

2.3 綜合評分法 近年來綜合評分法屢見于片劑的評價中［13-14］。本實驗以口感評分和藥物相對累積溶出百分率權(quán)重加和的綜合評價作為指標(biāo)，綜合本片劑的特點和有關(guān)文獻(xiàn)［15］，最終指標(biāo)1(即口感評分)的權(quán)重定為24.70%，指標(biāo)2(即相對累積溶出百分率)的權(quán)重定為75.30%。溶出度的最大值和最小值分別為0.999 3和0，口感的最大值和最小值分別為1和0。

因此，綜合評分=(口感評分×24.7)/1+(相對累積溶出百分率×75.3)/0.999 3。

2.4 中心復(fù)合設(shè)計 (Central Composite Design，CCD) 中心復(fù)合設(shè)計是在響應(yīng)曲面研究 (ResponseSurface Methodology，RSM)中最常用的二階設(shè)計。具有靈活性和作為序貫試驗設(shè)計的有用性，靈活性來自于對軸向距離α和中心點數(shù)目n的選擇。根據(jù)一定要求 (如正交性、旋轉(zhuǎn)性)調(diào)節(jié)α，就可以得到各種具有很好性質(zhì)的設(shè)計 (如正交中心復(fù)合設(shè)計、旋轉(zhuǎn)中心復(fù)合設(shè)計、二階旋轉(zhuǎn)中心復(fù)合設(shè)計)。本實驗采用二階旋轉(zhuǎn)中心復(fù)合設(shè)計，因為其在基本保留回歸正交設(shè)計試驗次數(shù)的情況下，通過犧牲部分正交性而獲得旋轉(zhuǎn)性，能簡化計算以及部分消除回歸系數(shù)之間的相關(guān)性;同時，它有助于克服在回歸正交設(shè)計中二次回歸預(yù)測值的方差過分依賴于試驗點在因子空間中的位置這個缺點。因此，它能有效地克服二次回歸正交設(shè)計的無旋轉(zhuǎn)性，能根據(jù)預(yù)測值直接尋求最優(yōu)區(qū)域。

2.5 實驗設(shè)計 為了得到具有酸甜味的玉竹多糖口含片，根據(jù)單因素實驗結(jié)果，主要考察因素X1［微晶纖維素(MCC)的用量］、因素X2(甘露醇的用量)、因素X3(阿斯巴甜質(zhì)量∶檸檬酸質(zhì)量)對玉竹多糖口含片的影響。根據(jù)中心復(fù)合設(shè)計法的原理安排因素水平見表1、實驗見表2。

表1 中心復(fù)合設(shè)計實驗因素和水平

表2 中心復(fù)合設(shè)計實驗

2.6 模型擬合 應(yīng)用SAS9.2軟件進(jìn)行多元回歸擬合分析，該軟件可以對數(shù)據(jù)分別進(jìn)行線性、兩因素相互作用、二次多項式或更高次項的模型擬合，分析結(jié)果見表3。

表3 方差分析

得到的玉竹多糖得率與各因素變量的二次方程模型:

對上述方程中 X1，X2，X3求偏導(dǎo)，得出如下 3個方程:

解出得，即X1=0.61，X2=-0.70，X3=0.35，對應(yīng)的各因素水平為微晶纖維素的用量為60.8 g、甘露醇的用量為75.0 g、阿斯巴甜 ∶檸檬酸為5∶4.4。

對表3中的試驗結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計分析，得到的方差分析結(jié)果如表3所示。由表3可知，微晶纖維素 (MCC)的用量的一次項達(dá)到極顯著水平 (P＜0.01)，甘露醇的用量和阿斯巴甜:檸檬酸的影響也比較顯著 (P＜0.01)，由F值可知，各因素對綜合評分的影響順序為:微晶纖維素(MCC)的用量＞甘露醇的用量＞阿斯巴甜∶檸檬酸。X2X3項比較顯著 (P＜0.05)，說明甘露醇的用量和阿斯巴甜 ∶檸檬酸這兩個因素存在著交互作用。

根據(jù)二次方程模型做出響應(yīng)面和等高線，通過考察擬合的響應(yīng)曲面和等高線形狀，分析微晶纖維素 (MCC)的用量、甘露醇的用量及阿斯巴甜 ∶檸檬酸對玉竹多糖口含片綜合評分的影響，見圖1～3。

等高線圖能直觀地反映出各因素交互作用對響應(yīng)值的影響，圓形表示兩因素?zé)o交互作用，橢圓形表示兩因素交互作用顯著。由圖1～3可以看出，圖1中的等高線明顯呈橢圓形，因此說明甘露醇的用量和阿斯巴甜 ∶檸檬酸這兩個因素存在著交互作用，且比較顯著 (P＜0.05);而圖2和圖3中的等溫線都呈圓形，因此說明微晶纖維素 (MCC)的用量和甘露醇的用量，微晶纖維素 (MCC)的用量和阿斯巴甜∶檸檬酸之間不存在交互作用。

2.7 實驗驗證 為驗證優(yōu)化模型，根據(jù)模型優(yōu)化的試驗條件進(jìn)行試驗，玉竹多糖口含片的綜合評分最高，達(dá)到94.56。為檢驗響應(yīng)曲面法所得結(jié)果的可靠性，采用上述優(yōu)化條件制備玉竹口含片，實際測得的平均綜合評分為96.42，與理論預(yù)測值相比，其相對誤差約為1.97%。因此，基于中心復(fù)合設(shè)計所得的優(yōu)化制備玉竹多糖口含片工藝參數(shù)準(zhǔn)確可靠，具有實用價值。

圖1 甘露醇的用量和阿斯巴甜∶檸檬酸對綜合評分的影響

圖2 微晶纖維素和甘露醇的用量對綜合評分的影響

圖3 微晶纖維素的用量和阿斯巴甜∶檸檬酸對綜合評分的影響

3 結(jié)果和討論

3.1 本實驗采用中心復(fù)合設(shè)計法是由于在預(yù)實驗中發(fā)現(xiàn)因素之間存在交互作用，因正交設(shè)計及均勻設(shè)計雖均可以考察交互作用，但其試驗次數(shù)較少，模型預(yù)測的精度相對較低。采用中心復(fù)合設(shè)計法進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，結(jié)果顯示甘露醇的用量和阿斯巴甜∶檸檬酸這兩個因素存在著交互作用。

3.2 根據(jù)擬合方程易得出玉竹多糖口含制備工藝條件，即X1=0.61，X2=-0.70，X3=0.35，代入模型方程得出Y的預(yù)測值為94.56，即當(dāng)玉竹多糖粉末質(zhì)量為6.0 g，微晶纖維素 (MCC)的用量為3.04 g，甘露醇的用量為3.75 g，阿斯巴甜∶檸檬酸為5∶4.4進(jìn)行壓片時，玉竹多糖口含片的綜合評分最高，經(jīng)實驗驗證，綜合評分為96.42，與理論預(yù)測值相比，其相對誤差約為1.97%。

3.3 實驗結(jié)果與實驗預(yù)測非常接近，就單個因素而言，微晶纖維素 (MCC)對玉竹多糖口含片影響最大，各因素對綜合評分的影響順序為微晶纖維素的用量＞甘露醇的用量＞阿斯巴甜∶檸檬酸。

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