清肺平喘顆粒制備工藝研究

劉冬菊，孟凡志，劉新豐，郭情情

作者單位：豐縣中醫(yī)醫(yī)院藥劑科，江蘇 徐州221700

支氣管哮喘（哮喘）臨床表現(xiàn)為喘息、氣促、胸悶及呼吸困難，已成為中老年人群中的常見病、多發(fā)?。?-2］。中醫(yī)理論認(rèn)為哮喘的主要病位在肺。清肺平喘顆粒來源于豐縣中醫(yī)醫(yī)院的協(xié)定方（清肺平喘湯），主要是由黃芩、桔梗、甘草、五味子、葶藶子、柴胡、白芍、陳皮、牽牛子、西洋參10味中藥材組成，具有清熱化痰、止咳平喘，降氣行瘀、扶正祛邪，主要用于各類型哮喘、肺氣腫、肺心病、急慢性氣管炎、支氣管炎等病癥的治療，臨床療效確切［3］。

干法制粒是通過滾輪連續(xù)不斷地將物料壓緊成塊狀或條帶狀，再用制粒機(jī)粉碎成顆粒的一種制粒技術(shù)［4-5］。該技術(shù)適用于對(duì)濕熱不穩(wěn)定藥物制劑成型，尤其不宜采用濕法制粒的中藥浸膏可使用該技術(shù)制粒。本研究于2017年7月至2018年3月評(píng)價(jià)了干法制粒工藝中送料速度、軋輪壓力、軋輪轉(zhuǎn)速對(duì)中藥顆粒成型性的影響［6-8］，為清肺平喘顆粒的工藝生產(chǎn)放大奠定實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)。

1 儀器與試劑

1.1儀器GL2-25型實(shí)驗(yàn)用干法制粒機(jī)（張家港開創(chuàng)機(jī)械制造有限公司）；FW135型高速萬能粉碎機(jī)（上海析域儀器設(shè)備有限公司）；DZF-6020-L型真空干燥箱（上海丙林電子科技有限公司）；XHRE-5000型旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀（廣州市予華儀器有限公司）。

1.2試劑黃芩、桔梗、甘草、五味子、葶藶子、柴胡、白芍、陳皮、牽牛子、西洋參均購于徐州彭祖中藥飲片有限公司；乳糖、甘露醇、微晶纖維素、糊精均購于山東聊城魯西藥用輔料有限公司。

2 方法與結(jié)果

2.1清肺平喘顆粒浸膏粉的制備分別將干燥的黃芩、桔梗、甘草、五味子、葶藶子、柴胡、白芍、陳皮、牽牛子、西洋參10味中藥材干燥、粉碎，過80目篩備用；按處方稱依次取100 g黃芩、90 g桔梗、45 g甘草、60 g五味子、32 g柴胡、50 g白芍加入5 L圓底燒瓶中，加入8倍量水，煎煮3次，每次各1 h，煎煮液趁熱過濾，合并煎煮液，濃縮至體積約為200 mL。按處方依次稱取72 g葶藶子、70 g陳皮、24 g牽牛子和44 g西洋參，加入5 L圓底燒瓶中，加入8倍量60%乙醇回流提取3次，每次各1 h，合并煎煮液，濃縮至體積約為200 mL。將上述兩份濃縮液混合，加入乙醇至體積為2 L，混合均勻，過濾，真空干燥，浸膏粉碎，即得到清肺平喘浸膏粉，備用。

2.2清肺平喘顆粒的制備工藝與評(píng)價(jià)

2.2.1制備工藝 稱取清肺平喘浸膏粉加入一定量輔料，混合均勻后轉(zhuǎn)移至干法制粒機(jī)中制粒，通過調(diào)節(jié)送料速度、軋輪壓力、軋輪轉(zhuǎn)速3個(gè)制粒工藝參數(shù)制備質(zhì)量符合要求的清肺平喘顆粒。

2.2.2溶化時(shí)間評(píng)價(jià) 取制備好的清肺平喘顆粒20 g，加入到200 mL溫水（溫度約為40～50℃）中，用玻璃棒輕輕攪拌，記錄清肺平喘顆粒溶化所需時(shí)間，每份樣品重復(fù)測(cè)定3次，計(jì)算平均溶化時(shí)間。

2.2.3一次成型率評(píng)價(jià)方法 取制備好的清肺平喘顆粒約100 g，準(zhǔn)確稱重（W總），放入到裝有1號(hào)和5號(hào)篩網(wǎng)的震蕩篩上進(jìn)行篩分，震蕩篩分5 min，收集截留在5號(hào)篩網(wǎng)上的顆粒，精密稱重（W截留），計(jì)算清肺平喘顆粒一次成型率，一次成型率（%）＝W截留/W總×100%。

2.3清肺平喘顆粒處方與制備工藝考察

2.3.1填充劑種類、用量篩選 清肺平喘浸膏粉，需要對(duì)填充劑種類及用量進(jìn)行篩選、優(yōu)化［9-10］。本研究分別選擇清肺平喘浸膏粉用量與4種填充劑質(zhì)量比均為1∶1，結(jié)果見表1。

表1 清肺平喘顆粒填充劑種類篩選結(jié)果（n＝3）/±s

表1 清肺平喘顆粒填充劑種類篩選結(jié)果（n＝3）/±s

溶化性/s 65±3 33±1 30±2 46±1填充劑微晶纖維素乳糖甘露醇糊精顆粒狀態(tài)緊實(shí)緊實(shí)粘滾輪/團(tuán)聚緊實(shí)一次成型率/%56.7±2.2 74.5±2.9 12.5±1.4 45.5±2.6

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，采用乳糖作為清肺平喘顆粒填充劑，制備的顆粒緊實(shí)，性狀良好，一次成型率較高，顆粒溶化時(shí)間也較短，因此本研究選擇乳糖作為清肺平喘顆粒的填充劑。其乳糖用量研究結(jié)果見表2。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，乳糖用量較小時(shí)，物料在滾輪上大量粘連，一次成型率較低，溶化時(shí)間較長(zhǎng)；而當(dāng)浸膏粉∶乳糖為1∶3，制備的顆粒較為疏松，一次成型率顯著降低，溶化時(shí)間較短。本研究最終確定清肺平喘顆粒處方中清肺平喘浸膏粉與乳糖質(zhì)量比為1∶1。

2.3.2送料速度篩選 本研究固定軋輪壓力為10 MPa、軋輪速度為12 r/min，考察送料速度對(duì)清肺平喘顆粒一次成型率和溶化時(shí)間的影響，結(jié)果見表3。

表2 清肺平喘顆粒填充劑用量篩選結(jié)果（n＝3）/±s

表2 清肺平喘顆粒填充劑用量篩選結(jié)果（n＝3）/±s

浸膏粉∶乳糖3∶1 2∶1 1∶1 1∶2 1∶3顆粒狀態(tài)粘滾輪/團(tuán)聚緊實(shí)緊實(shí)緊實(shí)松散一次成型率/%15.9±0.6 44.1±1.9 73.9±3.1 66.3±2.1 32.1±1.6溶化時(shí)間/s 126±3 86±1 32±2 21±1 15±3

表3 送料速度對(duì)清肺平喘顆粒性質(zhì)影響（n＝3）/±s

表3 送料速度對(duì)清肺平喘顆粒性質(zhì)影響（n＝3）/±s

送料速度16 r/min 18 r/min 20 r/min 22 r/min 24 r/min一次成型率/%67.5±1.5 72.7±2.1 68.1±1.9 75.4±2.4 78.2±3.1溶化時(shí)間/s 23±2 20±1 26±2 31±3 33±2

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，清肺平喘顆粒的一次成型率隨著送料速度增加變化不顯著，溶化時(shí)間隨著送料速度的增加而延長(zhǎng)，需要對(duì)送料速度進(jìn)一步優(yōu)化。

2.3.3軋輪壓力篩選 固定軋輪轉(zhuǎn)速為12 r/min、加料速度為22 r/min，考察軋輪壓力分別為4、6、8、10、12 MPa對(duì)清肺平喘顆粒一次成型率和溶化時(shí)間的影響，結(jié)果見表4。

表4 軋輪壓力對(duì)清肺平喘顆粒性質(zhì)影響（n＝3）/±s

表4 軋輪壓力對(duì)清肺平喘顆粒性質(zhì)影響（n＝3）/±s

軋輪壓力4 MPa 6 MPa 8 MPa 10 MPa 12 MPa一次成型率/%23.5±0.9 45.4±1.1 66.1±2.0 75.4±2.4 80.8±1.5溶化時(shí)間/s 15±1 20±2 26±1 31±3 34±2

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，清肺平喘顆粒的一次成型率隨著軋輪壓力增加而增大，溶化時(shí)間隨著軋輪壓力的增加而延長(zhǎng)，需要對(duì)軋輪壓力進(jìn)一步優(yōu)化。

2.3.4軋輪轉(zhuǎn)速篩選 固定軋輪壓力為10 MPa、加料速度為22 r/min，考察軋輪轉(zhuǎn)速分別為10、12、14、16、18、20 r/min對(duì)清肺平喘顆粒一次成型率和溶化時(shí)間的影響，結(jié)果見表5。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，清肺平喘顆粒的一次成型率隨著軋輪轉(zhuǎn)速增加先增大后減小，溶化時(shí)間隨著軋輪轉(zhuǎn)速的增加先增加后縮短，需要對(duì)軋輪壓力進(jìn)一步優(yōu)化。

表5 軋輪轉(zhuǎn)速對(duì)清肺平喘顆粒性質(zhì)影響（n＝3）/±s

表5 軋輪轉(zhuǎn)速對(duì)清肺平喘顆粒性質(zhì)影響（n＝3）/±s

一次成型率/%68.4±1.9 75.4±2.4 78.2±1.5 66.1±2.1 52.8±1.3 46.8±1.5軋輪轉(zhuǎn)速10 r/min 12 r/min 14 r/min 16 r/min 18 r/min 20 r/min溶化時(shí)間/s 19±2 22±3 25±2 30±2 18±2 15±2

2.4Box-Behnken實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)優(yōu)化干法制粒工藝參數(shù)

2.4.1實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì) 通過清肺平喘顆粒干法制粒制工藝參數(shù)實(shí)驗(yàn)篩選結(jié)果，確定以送料速度（X1）、軋輪壓力（X2）、軋輪轉(zhuǎn)速（X3）作為考察對(duì)象（變量水平見表6），以顆粒一次成型率（Y1）和溶化時(shí)間（Y2）作為評(píng)價(jià)指標(biāo)，利用Box-Behnken實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)優(yōu)化干法制粒工藝參數(shù)，根據(jù)表7給出的實(shí)驗(yàn)計(jì)劃進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作，并通過“Design Expert 10.0”實(shí)驗(yàn)軟件對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，結(jié)果見表8。

表6 清肺平喘顆粒Box-Behnken效應(yīng)面法優(yōu)化輥壓干法制粒工藝參數(shù)

表7 清肺平喘顆粒干法制粒實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中的自變量（X）和因變量（Y）

統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果顯示Y1和Y2模型P值分別為0.000 2和0.005 2，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，說明兩個(gè)模型擬合均較好；失擬項(xiàng)P值分別為0.100 1和0.130 4，差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，說明殘差和純誤差之間不存在差異性，進(jìn)一步說明模型擬合具有足夠高的可信度，模型擬合方程分別為：

另外，統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果顯示軋輪壓力（X2）、軋輪轉(zhuǎn)速（X3）、二次項(xiàng)（X22）對(duì)清肺平喘顆粒一次成型率具有顯著影響（P＜0.05）；送料速度（X1）、軋輪壓力（X2）、軋輪轉(zhuǎn)速（X3）、二次項(xiàng)（X22）對(duì)清肺平喘顆粒溶化時(shí)間具有顯著影響（P＜0.05）。由于干法制粒制工藝參數(shù)之間關(guān)系復(fù)雜，僅通過統(tǒng)計(jì)方差分析不能夠完全了解各工藝參數(shù)對(duì)顆粒性質(zhì)的影響，需要通過3D效應(yīng)曲面圖直觀、全面理解送料速度、軋輪壓力、軋輪轉(zhuǎn)速之間的相互作用，見圖1，2。

表8 清肺平喘顆粒干法制粒統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果

由3D效應(yīng)面圖可知，隨著軋輪壓力的增加，清肺平喘顆粒一次成型率顯著增加，隨著軋輪轉(zhuǎn)速的增加，顆粒一次成型率先增加后降低，送料速度對(duì)顆粒一次成型率影響不顯著。

由3D效應(yīng)面圖可知，隨著送料速度和軋輪壓力的增加，清肺平喘顆粒溶化時(shí)間顯著延長(zhǎng)，隨著軋輪轉(zhuǎn)速的增加，顆粒溶化時(shí)間出現(xiàn)先增加后縮短趨勢(shì)。

2.4.2設(shè)計(jì)空間與驗(yàn)證 以清肺平喘顆粒一次成型率最大，溶化時(shí)間最短作為目標(biāo)，通過“Design Expert 10.0”實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)軟件擬合，得到清肺平喘顆粒的制粒工藝參數(shù)設(shè)計(jì)空間，在設(shè)計(jì)空間內(nèi)任取一點(diǎn)：送料速度為22 r/min、軋輪壓力為10 MPa、軋輪轉(zhuǎn)速為15 r/min，結(jié)果見圖3。

按照該制粒工藝參數(shù)連續(xù)制備3批清肺平喘顆粒，分別測(cè)定一次成型率和溶化時(shí)間，并與模型給出的預(yù)測(cè)值進(jìn)行比較，結(jié)果見表9。由結(jié)果可知，實(shí)驗(yàn)觀察值和模型預(yù)測(cè)值比較接近，偏差的絕對(duì)值均小于10%，說明模型預(yù)測(cè)性良好。

表9 清肺平喘顆粒各指標(biāo)預(yù)測(cè)值和觀察值

3 討論

均勻設(shè)計(jì)［11-12］和正交設(shè)計(jì)［13-14］由于實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)次數(shù)較少，數(shù)據(jù)處理方便，國(guó)內(nèi)研究者通常還是習(xí)慣使用這兩種試驗(yàn)設(shè)計(jì)來優(yōu)化實(shí)驗(yàn)，但是兩種試驗(yàn)設(shè)計(jì)是基于線性模型，只能夠分析出單因素對(duì)評(píng)價(jià)指標(biāo)的影響，而不能夠分析出兩種因素交互作用對(duì)評(píng)價(jià)指標(biāo)的影響。因此，均勻設(shè)計(jì)和正交設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)確度不高，建立的模型預(yù)測(cè)性較差。Box-Behnken實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能夠同時(shí)考察幾種因素間相互作用的一種實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方法，具有實(shí)驗(yàn)次數(shù)少，模型建立準(zhǔn)確，實(shí)驗(yàn)預(yù)測(cè)準(zhǔn)確度高等優(yōu)點(diǎn)，并可以通過響應(yīng)面圖分析各個(gè)因素以及兩種因素對(duì)評(píng)價(jià)指標(biāo)的影響，近年來國(guó)內(nèi)外學(xué)者已廣泛采用該實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)［15-18］。

本研究首先通過單因素考察確定了清肺平喘顆粒的處方組成以及干法制粒工藝參數(shù)范圍值，并通過Box-Behnken實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)優(yōu)化了清肺平喘顆粒干法制粒工藝參數(shù)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，軋輪壓力、軋輪轉(zhuǎn)速對(duì)清肺平喘顆粒一次成型率具有顯著影響（P＜0.05），而送料速度、軋輪壓力、軋輪轉(zhuǎn)速顆粒溶化時(shí)間具有顯著影響（P＜0.05）。通過實(shí)驗(yàn)優(yōu)化得到清肺平喘顆粒的制粒工藝參數(shù)設(shè)計(jì)空間，在設(shè)計(jì)空間內(nèi)任取一點(diǎn)：送料速度為22 r/min、軋輪壓力為10 MPa、軋輪轉(zhuǎn)速為15 r/min，并經(jīng)連續(xù)3批生產(chǎn)驗(yàn)證，制備的清肺平喘顆粒一次成型率為（75.8±2.8）%，溶化時(shí)間為（25±2）s，說明實(shí)驗(yàn)軟件預(yù)測(cè)準(zhǔn)確性高。本研究通過Box-Behnken實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)優(yōu)化清肺平喘顆粒干法制粒工藝，生產(chǎn)工藝穩(wěn)健，制備的清肺平喘顆粒一次成型率高、溶化時(shí)間短，質(zhì)量可控，有望進(jìn)一步放大生產(chǎn)。

（本文圖1～3見插圖6-3）

圖1 清肺平喘顆粒干法制粒送料速度（X1）、軋輪壓力（X2）、軋輪轉(zhuǎn)速（X3）對(duì)顆粒一次成型率（Y1）的3D效應(yīng)面圖：A為送料速度（X1）、軋輪壓力（X2）；B為軋輪壓力（X2）、軋輪轉(zhuǎn)速（X3）

圖2 清肺平喘顆粒干法制粒送料速度（X1）、軋輪壓力（X2）、軋輪轉(zhuǎn)速（X3）對(duì)顆粒溶化性（Y2）的3D效應(yīng)面圖：A為送料速度（X1）、軋輪壓力（X2）；B為軋輪壓力（X2）、軋輪轉(zhuǎn)速（X3）

圖3 清肺平喘顆粒干法制粒送料速度（X1）、軋輪壓力（X2）、軋輪轉(zhuǎn)速（X3）對(duì)顆粒一次成型率（Y1）和溶化時(shí)間（Y2）的疊加圖