CJI (Traditional Chinese Medicine)
Box-Behnken 设计-效应面法优选蒲黄干法制粒工艺
范凌云，余琰，高建德，金辉甘肃中医药大学，甘肃省高校中（藏）药化学与质量研究省级重点实验室，甘肃 兰州 730000摘要：目的 优选蒲黄干法制粒工艺。方法 以颗粒得率和脆碎度为评价指标，以药粉含水量、压片变频、制粒变频为考察因素，采用单因素试验考察各因素对指标的影响程度，采用 Box-Behnken 设计考察各因素对评价指标总评OD值的影响，并采用效应面法预测、分析、优化最佳工艺。结果 最佳干法制粒工艺为药粉含水量 35.0%，压片变频 27 Hz，制粒变频 15 Hz。结论 所选工艺稳定、可行、重现性好，可用于蒲黄的制粒。关键词：蒲黄；Box-Behnken 设计-效应面法；干法制粒
DOI：10.3969/j.issn.1005-5304.2018.01.018
中图分类号：R283.5 文献标识码：A 文章编号：1005-5304(2018)01-0084-05
Optimization of Dry Granulation Technology of Typha Pollen Granules by Box-Behnken Design and Response Surface Method
FAN Ling-yun, YU Yan, GAO Jian-de, JIN Hui
Gansu University of Chinese Medicine, Key Laboratory of Chemistry and Quality for Traditional Chinese and Tibetan
Medicines of the University of Gansu Province, Lanzhou 730000, China
Abstract: Objective To optimize the dry granules process of Typha Pollen. Methods The particle size and particle friability were selected as evaluation indexes. The inspect factors were water content, compression frequency, and granulation frequency. Influence of inspect factors on evaluation indexes was investigated by single factor test, the influence of inspect factors on OD value was investigated by Box-Behnken design, and response surface method was adopted to predict, analyze and choose optimal process. Results The optimal dry granulation technology was as follows: the water content was 35.0%; the frequency of tabletting was 27 Hz; the granulating frequency was 15 Hz. Conclusion The selected process is stable, feasible and reproducible, which can be used for granulation of Typha Pollen granules.
Keywords: Typhae Pollen; Box-Behnken design-response surface method; dry granulation
蒲黄为香蒲科植物水烛香蒲Typha angustifolia L.、东方香蒲 Typha orientalis Presl 或同属植物的干燥花
粉[1]，其味甘、性平，归肝、心包经，具有止血、化瘀、通淋之功效，主治吐血、衄血、咯血、崩漏、外
伤出血、经闭痛经、胸腹刺痛、血淋涩痛等症[2]。蒲黄作为可用于保健品开发的中药材，应用日益广泛。但蒲黄为花粉类药物，分散度高，流动性差，易吸湿，携带和服用不便。采用干法制粒工艺，将蒲黄药材原粉直接制成颗粒状产品，较传统湿法制粒工艺更为简便易行，且所得蒲黄颗粒流动性好，不易吸湿，性质更稳定，方便保存，又可作为片剂、胶囊剂等剂型的中间体直接应用。本研究采用Box-Behnken 设计-效应面法优化蒲黄干法制粒工艺，为蒲黄药材原粉的开发
利用提供新的思路和依据。
1 仪器与试药
GLB-25 干法制粒机（张家港市荣华机械制造有
限公司），CSD-2 型脆碎度检测仪（天津市贝斯特科
技公司），BS124S型分析天平（德国赛多利斯）。
蒲黄（Typhae Pollen）购自甘肃中医药大学附属医院中药房，经甘肃中医药大学附属医院药剂科杨锡仓主任药师鉴定，符合 2015 年版《中华人民共和国药典》（一部）相关要求。
2 方法与结果2.1 干法制粒方法及颗粒质量评价2.1.1 蒲黄颗粒的制备
蒲黄过 80 目筛，得细粉，均匀喷适量水使细粉润湿，调节干法制粒机压片变频及制粒变频，将药粉加入干法制粒机中压成片状物，再经制粒系统粉碎得
颗粒，取出颗粒，整粒[3]，备用。
2.1.2颗粒得率测定取制得颗粒适量，精密称定质量，过 24 目筛，再过 60 目筛，收集能通过 24 目筛但不能通过 65 目筛的颗粒，精密称定质量，计算 24～60 目之间颗粒所占百分比，即颗粒得率（为一次制粒得率）。颗粒
得率（%）＝24～65目颗粒质量÷颗粒总质量×100%[4]。
2.1.3 颗粒脆碎度测定取制得颗粒适量，先过24目筛，再过65 目筛，称取通过 24目筛但未通过65目筛的颗粒适量，精密称定其质量，置于脆碎度测定仪中，转动4 min。取出，置于 65 目筛中过筛，精密称定剩余颗粒质量，计算颗粒脆碎度。颗粒脆碎度（%）＝（测定前颗粒
质量－测定后颗粒质量）÷测定前颗粒质量×100%[4]。
2.2 蒲黄干法制粒影响因素考察
2.2.1 压片变频对干法制粒的影响取蒲黄药粉适量，喷水润湿，将制粒变频固定为 15 Hz，分别设定压片变频为 24、25、26、27、28 Hz，考察压片变频对颗粒得率及颗粒脆碎度的影响。结果显示，压片变频从24 Hz 上升到 27 Hz时，颗粒得率逐渐提高，颗粒硬度增加，脆碎度减小，原因可能是随着压力变频的增加，压轮间隙减小，漏粉量减小，胚片受压增大，故所得颗粒具有更高的硬度，颗粒得率提高；压片变频为27～28 Hz时，颗粒得率减少，且硬度下降，颗粒脆碎度呈上升趋势，原因可能是压力增大到这一范围后，胚片受压过大，脆性增加，弹性形变加剧，导致脆碎度上升，颗粒得率下降。所以，蒲黄颗粒在成型过程中所受压力不宜过大。压力变频对颗粒得率、颗粒脆碎度的影响见图 1、图 2。经统计学分析，压力变频对颗粒得率及颗粒脆碎度的影响
有统计学意义（P＜0.05）。
2.2.2 制粒变频对干法制粒的影响取蒲黄适量，喷水润湿，压片变频固定为26 Hz，分别设定制粒变频为 15、18、21、24、27 Hz，考察制粒变频对颗粒得率及颗粒脆碎度的影响。结果显示，当制粒变频由15 Hz 增加到 18 Hz时，颗粒得率增加，且所得颗粒的脆碎度小，说明此时制粒速度增加对颗粒成型有帮助作用，原因可能是轧轮转动加速与压力配合适宜。试验中观察发现，当制粒变频设置在较低值时，轧轮压力难以体现；当制粒变频由18 Hz继续增加后，颗粒得率下降，且所得颗粒脆碎度增大，颗粒质量不佳，说明此时制粒速度增加对颗粒成型有不利影响，原因可能是随着轧轮转速的增加，胚片受压时间缩短，难以保证充分受压，颗粒质地松散，脆碎度增加，颗粒得率降低。制粒变频对颗粒得率及颗 粒脆碎度的影响见图 3、图 4。经统计学分析，制粒变频对颗粒得率及颗粒脆碎度的影响有统计学意义
P＜0.05）。
图 4制粒变频对颗粒脆碎度的影响
2.2.3药粉含水量对干法制粒的影响取蒲黄适量，分别喷以粉体质量 24.5%、28.0%、
31.5%、35.0%、38.5%的水分，充分拌匀，压片变频固定为 26 Hz，制粒变频固定为15 Hz，考察药粉含水量对颗粒得率及颗粒脆碎度的影响。结果显示，药
粉含水量增加，颗粒得率提高，且所得颗粒的脆碎度降低，说明含水量的增加对颗粒成型有帮助作用，但含水量增加到一定程度后，这种作用趋于平缓。原因可能是，当含水量增加时，胚片中的水分能够较好地诱发物质产生黏性，颗粒间的“固体桥”作用较明显，故颗粒得率提高，脆碎度降低；水分增加到一定程度，物料因水分而产生的黏性已经相对达到最大程，这种作用渐渐趋于平缓，继续增加水分反而使颗疏松变软，得率下降，脆碎度增大。药粉含水量对颗粒得率及脆碎度的影响见图 5、图 6。经统计学分析，药粉含水量对颗粒得率及颗粒脆碎度的影响有统计学意义（P＜0.05）。
图 6药粉含水量对颗粒脆碎度的影响
2.3 Box-Behnken 设计-效应面法优化蒲黄颗粒制粒工艺
参考预试验结果，确定影响蒲黄颗粒干法制粒工艺的主要因素为药粉含水量、压片变频、制粒变频。采用效应面法结合Box-Behnken设计对蒲黄干法制粒工艺进行优化，通过三维效应面和二维等高线图反映各因素之间的交互影响及各因素对结果的影响，从而
优化蒲黄干法制粒工艺[5-7]。
2.3.1 Box-Behnken 设计在单因素考察的基础上，以药粉含水量（A）、压片变频（B）、制粒变频（C）为自变量，进行3因素
3 水平 Box-Behnken 设计。以-1、0、1对各自变量的低、中、高水平进行编码，以颗粒得率、颗粒脆碎度的综合指标作为响应值，反映总体效应结果。颗粒得 率为优先考虑的指标，其权重系数为 0.7，颗粒脆碎度权重系数为 0.3。总评 OD 值＝颗粒得率×0.7＋颗粒脆碎度×0.3。Box-Behnken 试验因素水平见表1， Box-Behnken 试验安排及结果见表2。
2.3.2模型拟合与数据分析
利用 ANOVA 分析效应面的回归参数，采用
Design-Expert8.0 软件对表 2 的数据进行二项式回归拟合分析。经F检验显示，总评OD值回归总模型有
统计学意义（P＜0.05）。二项式回归模型方程 Y＝
75.54 ＋ 6.48A ＋ 3.18B ＋ 0.93C － 0.28AB ＋ 0.49AC －
5.84BC－1.01A2－2.49B2－0.31C2，r2＝0.9142，表明该二次方程模型拟合程度较好，失拟项不显著（P＝
0.123 7），可以对不同条件下的蒲黄干制粒进行预测。此外，模型变异系数为3.83%，在可接受的范围内。总评OD值回归模型系数显著性检验见表3。
由表3可以看出，各因素对工艺影响的大小顺序为A＞B＞C，即药粉含水量、压片变频对总评OD 值的影响具有统计学意义，其中药粉含水量对结果具有
极显著影响（P＜0.001），制粒变频对总评 OD值影较小。
2.3.3三维效应面和二维等高线图的绘制与分析
采用 Design-Expert8.0 软件，根据回归方程分析结果，绘制总评OD值与压片变频、制粒变频、药粉含水量的二维等高线图和三维曲面图，见图7～图 9。结果显示，药粉含水量较压片变频影响更大，二者比较差异有统计学意义；药粉含水量及制粒变频的交互作用对总评OD值的影响差异无统计学意义，三维效应面的坡度已经较为平缓，说明总评OD值对压片变频的改变不够敏感，等高线也非常稀疏，说明此交互作用不是影响效应面的主要方面；而压片变频与制粒变频存在交互影响，等高线为椭圆，说明两因素交互作用显著。 OD 2.3.4 最佳工艺的计算与验证
经分析可知，蒲黄干法制粒的最佳工艺条件为：药粉含水量 35.0%，压片变频 27 Hz，制粒变频 15 Hz。在此条件下，总评OD值为 85.529 1。按此条件进行验证试验，结果蒲黄颗粒平均得率为82.966%，平均脆碎度为 9.141%，综合评分为 85.333 9，与理论值相符，表明所建立的模型可靠，具有良好的预测性，所选工艺条件重现性好。工艺验证结果见表4。
讨论目前研究多以轧轮压力、轧轮转速作为影响因素，本研究中的压力变频、制粒变频与之意义相同。试验用干法制粒机控制面板中没有轧轮压力、轧轮转速项目，均以压力变频、制粒变频显示。该设备的压力及轧轮转速均通过变频器调节，运行稳定性更好，轧轮压力在压力表中显示，而压力表为机械显示，人工读数误差大，故本研究以压力变频、制粒变频为影响因素。
Box-Behnken 设计充分考虑到各因素的交互作用，设计方法简单，试验次数少，在中心点进行重复试验以提高试验精度，同时采用非线性模型拟合，复相关系数较高，可信度较好，预测值更接近真实值，与正交及均匀设计相比，此方法所得结果更加直观，便于分析。
蒲黄为花粉，分散度高，流动性差，易吸湿，直接应用局限性大，传统方法多对其进行醇提，难免造成有效成分的浪费，且提取纯化过程增加了制剂生产周期和成本，工艺过程复杂。本研究通过对蒲黄干法制粒工艺的优化，制备得到蒲黄颗粒，其流动性、吸湿性、可压性均较药粉本身有很大改善，可用于压片、填充胶囊等。干法制粒工艺过程简单可行，后续试验将所得蒲黄颗粒进行压片，成型性明显优于原药粉[8]。这种将药材原粉进行干法制粒的工艺，避免了有效成 分的损失，简便可行，特别适用于贵细药料及具有滋补保健作用的药食两用药材，可为其产业化应用提供科学依据。
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（收稿日期：2017-02-27）
（修回日期：2017-05-23；编辑：陈静）