中心复合设计优化玉竹多糖口含片制备工艺

彭潇波， 刘佳佳， 徐 宽， 刘 雄

(中南大学化学化工学院，湖南长沙410083)

玉竹Polygonatum odoratum(Mill.)Druce是黄精属百合科多年生草本植物，既是食用的佳蔬，又是良好的药材，常被中医用做补阴药，可食用其幼苗和根茎，营养丰富［1-2］。大量研究发现，玉竹多糖能降血糖、降血脂、提高机体免疫力、抗癌、抗衰老等作用。

口含片有剂量准确、便于携带、质量稳定、服用方便、适合人群广泛等优点，被广泛使用在临床中。口含片大多是用在治疗口腔疾病上，但在其他方面也有一定的治疗作用，如雪莲果叶提取物降血糖含片有降低血糖，治疗糖尿病的作用;海带多糖口含片也有降低血糖，治疗糖尿病的作用;螺旋藻口含片可以增强机体免疫功能等等多种作用［3-11］。

玉竹的加工现在大多采用晒制或蒸制成玉竹条或玉竹片的干制品，主要是以原药材、初加工饮片和食品的形式销售，商品的附加值相对较低，所以研究开发玉竹多糖口含片的制备工艺，提高其商品附加值，并推广其应用是很有药用前景和经济价值的。

本实验根据单因素实验结果，以微晶纤维素 (MCC)、甘露醇的用量以及矫味剂阿斯巴甜与柠檬酸的加入比例为考察因素。以口感和相对累积溶出百分率为评级指标，采用综合评分法，通过中心复合设计优化制剂处方。

1 仪器与材料

YK160摇摆式颗粒机 (南京彩途机械设备有限公司);TP1400实验型单冲压片机 (上海天风药机制造厂);RCZ—8A智能药物溶出仪 (天津大学精密仪器厂);GZX—9140 MB电热恒温干燥箱 (上海博迅实业有限公司);AR3130电子天平 (OHAUS COPR Florham NJ USA);756 MC紫外可见分光光度计 (上海精密科学仪器有限公司)。

玉竹多糖 (实验室自制);95%乙醇 (分析纯，广东光华化学厂有限公司);微晶纤维素 (国药集团化学试剂有限公司);其他辅料均为药用级。

2 方法与结果

2.1 口含片制备工艺 称取处方量的主药和辅料，将主药和辅料过100目筛，混合均匀 (阿斯巴甜与柠檬酸的加入量占总质量的1.25%)，加黏合剂 (95%乙醇)后60目筛湿法制粒，颗粒于50℃烘干，烘干后颗粒经60目筛整粒，压片。

2.2 相对累积溶出百分率测定 按溶出度测定法第二法(《中国药典》2010年版二部附录XC第二法)分别测定其溶出度。玉竹多糖定量测定采用紫外分光光度法测定［12］。

2.3 综合评分法 近年来综合评分法屡见于片剂的评价中［13-14］。本实验以口感评分和药物相对累积溶出百分率权重加和的综合评价作为指标，综合本片剂的特点和有关文献［15］，最终指标1(即口感评分)的权重定为24.70%，指标2(即相对累积溶出百分率)的权重定为75.30%。溶出度的最大值和最小值分别为0.999 3和0，口感的最大值和最小值分别为1和0。

因此，综合评分=(口感评分×24.7)/1+(相对累积溶出百分率×75.3)/0.999 3。

2.4 中心复合设计 (Central Composite Design，CCD) 中心复合设计是在响应曲面研究 (ResponseSurface Methodology，RSM)中最常用的二阶设计。具有灵活性和作为序贯试验设计的有用性，灵活性来自于对轴向距离α和中心点数目n的选择。根据一定要求 (如正交性、旋转性)调节α，就可以得到各种具有很好性质的设计 (如正交中心复合设计、旋转中心复合设计、二阶旋转中心复合设计)。本实验采用二阶旋转中心复合设计，因为其在基本保留回归正交设计试验次数的情况下，通过牺牲部分正交性而获得旋转性，能简化计算以及部分消除回归系数之间的相关性;同时，它有助于克服在回归正交设计中二次回归预测值的方差过分依赖于试验点在因子空间中的位置这个缺点。因此，它能有效地克服二次回归正交设计的无旋转性，能根据预测值直接寻求最优区域。

2.5 实验设计 为了得到具有酸甜味的玉竹多糖口含片，根据单因素实验结果，主要考察因素X1［微晶纤维素(MCC)的用量］、因素X2(甘露醇的用量)、因素X3(阿斯巴甜质量∶柠檬酸质量)对玉竹多糖口含片的影响。根据中心复合设计法的原理安排因素水平见表1、实验见表2。

表1 中心复合设计实验因素和水平

表2 中心复合设计实验

2.6 模型拟合 应用SAS9.2软件进行多元回归拟合分析，该软件可以对数据分别进行线性、两因素相互作用、二次多项式或更高次项的模型拟合，分析结果见表3。

表3 方差分析

得到的玉竹多糖得率与各因素变量的二次方程模型:

对上述方程中 X1，X2，X3求偏导，得出如下 3个方程:

解出得，即X1=0.61，X2=-0.70，X3=0.35，对应的各因素水平为微晶纤维素的用量为60.8 g、甘露醇的用量为75.0 g、阿斯巴甜 ∶柠檬酸为5∶4.4。

对表3中的试验结果进行统计分析，得到的方差分析结果如表3所示。由表3可知，微晶纤维素 (MCC)的用量的一次项达到极显著水平 (P＜0.01)，甘露醇的用量和阿斯巴甜:柠檬酸的影响也比较显著 (P＜0.01)，由F值可知，各因素对综合评分的影响顺序为:微晶纤维素(MCC)的用量＞甘露醇的用量＞阿斯巴甜∶柠檬酸。X2X3项比较显著 (P＜0.05)，说明甘露醇的用量和阿斯巴甜 ∶柠檬酸这两个因素存在着交互作用。

根据二次方程模型做出响应面和等高线，通过考察拟合的响应曲面和等高线形状，分析微晶纤维素 (MCC)的用量、甘露醇的用量及阿斯巴甜 ∶柠檬酸对玉竹多糖口含片综合评分的影响，见图1～3。

等高线图能直观地反映出各因素交互作用对响应值的影响，圆形表示两因素无交互作用，椭圆形表示两因素交互作用显著。由图1～3可以看出，图1中的等高线明显呈椭圆形，因此说明甘露醇的用量和阿斯巴甜 ∶柠檬酸这两个因素存在着交互作用，且比较显著 (P＜0.05);而图2和图3中的等温线都呈圆形，因此说明微晶纤维素 (MCC)的用量和甘露醇的用量，微晶纤维素 (MCC)的用量和阿斯巴甜∶柠檬酸之间不存在交互作用。

2.7 实验验证 为验证优化模型，根据模型优化的试验条件进行试验，玉竹多糖口含片的综合评分最高，达到94.56。为检验响应曲面法所得结果的可靠性，采用上述优化条件制备玉竹口含片，实际测得的平均综合评分为96.42，与理论预测值相比，其相对误差约为1.97%。因此，基于中心复合设计所得的优化制备玉竹多糖口含片工艺参数准确可靠，具有实用价值。

图1 甘露醇的用量和阿斯巴甜∶柠檬酸对综合评分的影响

图2 微晶纤维素和甘露醇的用量对综合评分的影响

图3 微晶纤维素的用量和阿斯巴甜∶柠檬酸对综合评分的影响

3 结果和讨论

3.1 本实验采用中心复合设计法是由于在预实验中发现因素之间存在交互作用，因正交设计及均匀设计虽均可以考察交互作用，但其试验次数较少，模型预测的精度相对较低。采用中心复合设计法进行数据分析，结果显示甘露醇的用量和阿斯巴甜∶柠檬酸这两个因素存在着交互作用。

3.2 根据拟合方程易得出玉竹多糖口含制备工艺条件，即X1=0.61，X2=-0.70，X3=0.35，代入模型方程得出Y的预测值为94.56，即当玉竹多糖粉末质量为6.0 g，微晶纤维素 (MCC)的用量为3.04 g，甘露醇的用量为3.75 g，阿斯巴甜∶柠檬酸为5∶4.4进行压片时，玉竹多糖口含片的综合评分最高，经实验验证，综合评分为96.42，与理论预测值相比，其相对误差约为1.97%。

3.3 实验结果与实验预测非常接近，就单个因素而言，微晶纤维素 (MCC)对玉竹多糖口含片影响最大，各因素对综合评分的影响顺序为微晶纤维素的用量＞甘露醇的用量＞阿斯巴甜∶柠檬酸。

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