秸秆微晶纤维素用作片剂崩解剂的初步评价

卫婷婷 ，纵秋瑾 ，姚日生 ，徐 鹏

（1.合肥工业大学化学化工学院，安徽合肥230009；2.合肥工业大学医学工程学院，安徽合肥230009）

1 引言

微晶纤维素（Microcrystalline Cellulose，MCC）[1]是天然植物纤维素经稀酸水解以及多种后处理制得的具有极限聚合度的产物。微晶纤维素的特性主要表现在晶粒尺寸、结晶度、吸水值、聚合度、比表面积以及反应性能等方面。根据《中国药典》记载，微晶纤维素的标准包括结晶度不低于60%，纤维素含量不低于97.0%，灼烧残渣不超过0.2%，pH值应为5.0～7.5等[2]。

由于具有较低的聚合度、较大的比表面积等特殊性质，微晶纤维素已经在医药、轻化工、食品等行业广泛应用[3-4]。医药行业中，微晶纤维素主要作为药用辅料使用。微晶纤维素的独特性质使其可以作为填充剂、崩解剂、分散剂等辅料。片剂中经常使用到微晶纤维素，加入微晶纤维素可以不采用湿法造粒而直接压片，避免了湿法造粒过程中主药成分被破坏，同时由于微晶纤维素良好的吸湿性，使片剂的崩解性能也得到极大改善。另外，微晶纤维素在水中经过强力搅拌会生成凝胶，可以用来作为增稠剂和悬浮剂，从而制造出悬浮液型或膏状的医用制剂[5-6]。

目前用来制备微晶纤维素的原料大多是棉绒和木材，其价格高昂，且来源有限。而生物质稻草秸秆中含有35%～40%的纤维素[7]，来源丰富，价格低廉，有着潜在的利用价值。但稻草植物细胞壁结构复杂，其三大组分纤维素、半纤维素和木质素之间交联紧密，并且木质素含量接近20%，很大程度上限制了稻草秸秆在微晶纤维素上的应用[8]。本实验以稻草秸秆为原料，经SO3/NH3联合微热爆处理，再经稀碱、稀酸和漂白步骤，成功制备出微晶纤维素[9]。本文首先按《中国药典》（2010版）规定的方法对自制秸秆微晶纤维素的质量指标进行了测定；在此基础上测定了其溶胀性，同时以阿司匹林为模型药物测定了其崩解度，并与市售微晶纤维素（PH-101）进行了对比研究。

2 实验部分

2.1 仪器与材料

市售微晶纤维素（PH-101）（国药集团化学试剂有限公司）；阿司匹林（AR级，湖北中料化工有限公司）；单冲压片机（TDP-1.5型，上海天丰制药设备有限公司）；智能崩解仪（ZB-1C型，上海双旭电子有限公司）；片剂硬度仪（YPD-200C型，上海润晋机电有限公司）。

2.2 质量指标的测定

按《中国药典》（2010版）规定的方法[2]对自制秸秆微晶纤维素的pH值、氯化物含量、淀粉含量、灼烧残渣量、干燥失重量、重金属含量、砷含量等指标进行测定。

2.3 溶胀性的测定

称取干燥至恒重的样品粉末2.0g，置于带塞试管中，测定粉末的初始高度h1。加水10mL振摇，10min后再重复振摇一次。静置48小时后测定粉末高度h2，计算粉末的溶胀体积比h2/h1。

2.4 崩解度的测定

以阿司匹林为模型药物，分别以秸秆微晶纤维素和市售微晶纤维素（PH-101）为崩解剂，采用湿法制粒压片，压力控制为5kg，压成片径5mm的片剂供试。按《中国药典》（2010版）规定的方法测定片剂的崩解时间。

2.5 微晶纤维素结构表征

2.5.1 SEM表征

使用日本电子制造公司的扫描电子显微镜，型号为JSM-6490LV。

2.5.2 BET表征

BET法即BET比表面积检测法，纤维素比表面积在MicromeriticsASAP-2020物理吸附测试仪上进行。吸附测定前，在350℃条件下将秸秆微晶纤维素和市售微晶纤维素（PH-101）真空下脱气约8h，然后在-196℃下进行氮气吸附，氮气分子横截面取0.162m2，比表面积作图采用BET方程计算，通过N2吸附等温线求得被测纤维素的比表面积。

3 结果与讨论

3.1 秸秆微晶纤维素质量评估

微晶纤维素作为药用辅料，《中国药典》（2010版）对其pH值、氯化物含量等指标作了明确规定。本实验室自制秸秆微晶纤维素与之比较结果见表1。

表1 秸秆微晶纤维素药典检查项考查结果

由表1可知，实验室自制秸秆微晶纤维素各项指标均符合《中国药典》（2010版）的相关规定。这表明本实验室对稻草秸秆的有效处理成功获得了一种药用秸秆微晶纤维素，不仅将秸秆变废为宝，还扩充了药用秸秆微晶纤维素的种类和来源。

3.2 秸秆微晶纤维素用作片剂崩解剂的考查

内服片剂需要在一定介质和时间里破裂成小粒子，从而溶解在体液中被机体吸收以发挥药效。因此考查微晶纤维素作为片剂崩解剂的性能，需要综合考虑微晶纤维素的溶胀性、制成片剂的硬度和崩解时限的测定结果[10]。

3.2.1 溶胀性

微晶纤维素作为崩解剂的机理是片剂遇到体液后，水分迅速进入片剂内部，断裂微晶纤维素内部氢键，从而造成片剂的崩解。表2显示了秸秆微晶纤维素和市售微晶纤维素（PH-101）的溶胀性测定结果。从表2我们可以看出相较于市售微晶纤维素（PH-101），秸秆微晶纤维素的溶胀速度更快。这个结果表明，秸秆微晶纤维素的结构更利于水分子快速进入片剂内部，使得片剂快速溶胀，从而更快地崩解。

表2 溶胀性测定结果

3.2.2 硬度及崩解性

崩解剂含量通常会对片剂的硬度和崩解时间产生一定的影响，为此，本研究设计了以下四组处方（见表3），所得结果见图1和图2。

表3 实验处方

图1是MCC含量对崩解时间的影响曲线。随着秸秆微晶纤维素含量的增加，片剂的崩解时间呈现先缩短后增加的趋势。在秸秆微晶纤维素含量小于20%时，崩解时间随着含量的增加而下降；在含量从20%增加到40%时，崩解时间由9.42min上升至11.48min；随后缓慢增加。对照组中，随着市售微晶纤维素（PH-101）含量从10%增加到40%时，片剂的崩解时间从14.60min降至12.47min；随后缓慢减少，但是，始终高于使用秸秆微晶纤维素的片剂。结果表明，秸秆微晶纤维素的崩解性能优于市售微晶纤维素（PH-101），片剂的崩解时间随纤维素添加量的变化趋势是相反的。

图2是MCC含量对硬度的影响曲线。随着秸秆微晶纤维素含量的增加，片剂硬度呈现先降低后升高的趋势，最小硬度对应的微晶纤维素含量为20%。在相同压片条件下，用市售微晶纤维素（PH-101）所加工的片剂硬度随着含量的增加而增加，且略高于使用秸秆微晶纤维素的片剂。

造成上述结果的原因可能是来自秸秆的微晶纤维素去除木质素及后续去除半纤维素后有较大的比表面而有强的吸湿膨胀能力所致，也因此比市售微晶纤维素的崩解时间短；同样，因为有高的吸湿性因而有较高的粘合性，故而崩解时间随着量的增加而增加。在含量低于20%时，增加微晶纤维素含量，片剂的溶胀率随之增加，因此，崩解速度随之增加。

3.3 MCC的结构分析

根据BET比表面积法测得的结果为：秸秆微晶纤维素的比表面积为3.0760m2/g；市售微晶纤维素（PH-101）的比表面积为2.6161m2/g，证明秸秆微晶纤维素的比表面积确实较大，更有利于物质的吸附和水分子与纤维素结合，从而使得秸秆微晶纤维素片剂具有较快的崩解速度。

对比分析秸秆微晶纤维素和市售微晶纤维素（PH-101）的SEM图（见图3），可以看出，市售微晶纤维素（PH-101）呈光滑紧密的短棒状结构，而秸秆微晶纤维素结构呈镂空状，存在倒钩，压片时易产生空隙，利于水分子进入片剂内部。

4 结论

微晶纤维素作为崩解剂使用时，利用自身很强的吸水膨胀性，可以瓦解片剂的结合力。秸秆微晶纤维素的表面由于SO3/NH3联合微热爆的处理存在沟槽，且由于秸秆中含有一定量的半纤维素和木质素，经处理去除半纤维素和木质素的秸秆纤维素裸露的面积更大，能够达到理想的引湿效果，从而具有部分淀粉作为崩解剂时的性能。又因为稻草秸秆微晶纤维素作为纤维素衍生物，本身具有吸水膨胀性，加之兼具淀粉的崩解性能，因此具有良好的崩解性能。

秸秆微晶纤维素作为崩解剂，在处方中含量为20%时片剂崩解速度最快。另外，在相同压片条件下，片剂的硬度也较小。

[1]Ardizzone S.，Dioguardi F.，Mussini T.，et al.Microcrystalline cellulose powders:structure，surface features and water sorption capability[J].Cellulose，1999，6（1）:57-69.

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[3]YasumasaOkuda.JP 62328，1979.

[4]杨维生，侯永发.电焊条用微晶纤维素的研制与应用[J].精细化工，1995，12（1）：44-46．

[5]姚日生.药用高分子材料[M].北京：化学工业出版社，2008：127-130.

[6]林钧柱，张汝华，李鸿滨，等.国产微晶纤维素的物理化学性能测定[J].沈阳药学院学报，1989，6（4）：245.

[7]Zhao X.，Zhang L.，Liu D.Biomass recalcitrance.Part I:the chemical compositions and physical structures affecting the enzymatic hydrolysis of lignocelluloses[J].Biofuels，Bioproducts and Biorefining，2012，6（4）:465-482.

[8]秦利军.稻草秸秆/聚乳酸复合材料的制备及其界面改性[D].兰州：兰州大学高分子化学与物理，2011.

[9]姚日生，张波，王淮，等.氨联合稀碱常压处理木质纤维素类生物质的方法[P].中国：CN103255659A，2013-08-21.

[10]温瑾，郑洲，缪锦来，等.利用海带渣制备药用辅料微晶纤维素的研究[J].中国海洋药物杂志，2012，31（1）：15-19.□