山茱萸速溶粉的喷雾干燥工艺研究

崔春利，杨范莉，曾凯竹，朱宝杰，王恒昌，吴景涛，葛秋萍(.陕西中医药大学，西安 7046；.西安交通大学药学院，西安 7006；.咸阳市实验中学，咸阳，7000)



山茱萸速溶粉的喷雾干燥工艺研究

崔春利1，杨范莉2，曾凯竹1，朱宝杰1，王恒昌3，吴景涛3，葛秋萍3(1.陕西中医药大学，西安 712046；2.西安交通大学药学院，西安 710061；3.咸阳市实验中学，咸阳，712000)

摘要：目的探究山茱萸速溶粉的最佳喷雾干燥工艺条件。方法以山茱萸速溶粉的出粉率和水分活度为指标，以进风温度、进样流量和总固形物含量3个因素进行单因素实验结合正交设计实验优化最佳干燥工艺，并进行验证。结果山茱萸速溶粉的喷雾干燥最佳条件为：进风温度为170 ℃，进样转速为20 r·min-1，总固形物含量为17.62%时，出粉率约为46%，水分活度为0.098。结论优选的山茱萸速溶粉喷雾干燥工艺符合实际,可用于生产。

关键词：山茱萸；喷雾干燥；出粉率；水分活度；速溶粉

中药山茱萸为山茱萸科植物山茱萸(CornusofficinalisSieb.etZucc.)的干燥成熟果肉，为我国传统名贵中药之一，也是我省大宗道地中药材，具有补肝肾、涩精气、固虚脱之功效。山茱萸主要含有苷类、有机酸及其酯类、鞣质类、微量元素等成分。现代研究表明，山茱萸总苷类物质具有明显的免疫抑制活性和抗类风湿性关节炎的作用[1]，对肾阳虚动物模型生命质量及多个脏器具有保护作用[2]，还可保护血管内皮细胞，防治糖尿病微血管并发症[3-4]，同时还具有祛痰、止咳、抑菌、抗癌、解热等功效。

喷雾干燥是用喷雾将料液喷成雾滴分散于高温中，使料液所含水分快速蒸发的一种干燥方法，具有传热快、水分蒸发迅速和干燥时间短的特点，且制品质量好，质地松脆，溶解性能也好，能改善某些制剂的溶出速率，适用于热敏性药物。此外，喷雾干燥还可用于制备微囊。近年来的研究表明，喷雾干燥技术被应用于全藕粉[5]、香蕉粉[6]、番木瓜粉[7]等方面均有研究。本实验通过正交实验设计法对山茱萸提取液的喷雾干燥工艺进行研究，以期将其开发成满足临床治疗糖尿病需求的速溶产品。

1仪器与试药

1.1仪器YZN50超高速真空低温(浓缩)抽出机(北京东华医疗设备有限责任公司)；AR1140型电子天平(梅特勒-托利多仪器上海有限公司)；HH-2数显恒温水浴箱(国华电器有限公司)；YC-1800型实验室喷雾干燥机(上海雅程仪器设备有限公司)；78-1磁力加热搅拌器(丹瑞仪器)；MA-30型快速水分测定仪(德国赛多利斯)；DHG-9140型电热恒温鼓风干燥箱(上海精密实验设备有限公司)。

1.2试药山茱萸,由宝鸡市科兴药业有限公司提供。山茱萸速溶粉提取液的制备：取山茱萸4.95 kg，以8倍量的水煎煮2次，滤液合并，200目筛过滤，浓缩至生药含量0.5 g·mL-1。

2实验方法

2.1主要工艺流程山茱萸水提液→浓缩→喷雾干燥→山茱萸速溶粉

2.2 不同质量浓度下总固形物含量的测定 精密移取药液25 mL，置于已干燥至恒质量的蒸发皿中，在65 ℃水浴上蒸干，在105 ℃烘箱中干燥3 h，置于干燥器中冷却30 min，迅速称定质量，根据药典规定算出总固形物的含量(%)。结果，药液质量浓度为0.5，0.4，0.3，0.2，0.1 g·mL-1的总固形物含量依次为22.24%，17.62%，12.94%，8.54%和4.31%。

2.3出粉率计算出粉率=m/m1×100%，公式中，m为喷雾干燥后山茱萸速溶粉质量，m1为喷雾干燥前山茱萸速溶粉浓缩液中总固形物含量。

2.4 水分活度的检测 用水分活度仪器自动检测。

3 实验结果

3.1 单因素实验以不同的进风温度、进料流量和总固形物含量3个因素来考察3个不同条件下山茱萸速溶粉的出粉率和水分活度为指标， 考察山茱萸速溶粉喷雾干燥的条件。

3.1.1 进风温度对山茱萸速溶粉喷雾干燥的影响根据以前对山茱萸提取液的喷雾干燥的实验基础以及机器的条件，将进料转速为15 r·min-1、总固形物含量为22.21%作为固定条件，分别取5份100 mL药液研究不同温度对山茱萸速溶粉的影响。结果，进风温度在140，150，160，170和180 ℃条件下，出粉率依次为42.12%，43.85%，44.02%，47.85%和43.85%；水分活度依次为0.172，0.156，0.177，0.152和0.125。

结果显示：随着温度的上升，山茱萸速溶粉的出粉率逐渐上升，到达180 ℃时下降，水分活度逐渐降低，到达180 ℃时达到最低状态。在140和150 ℃时吸潮现象明显，但在180 ℃时粉末有轻微的炭化。综合来看， 进风温度在160～180 ℃时，山茱萸速溶粉的喷雾干燥效果较好。

3.1.2 进料流量对山茱萸速溶粉喷雾干燥的影响结合生产实际选择进风温度170 ℃、总固形物含量22.21%为固定条件，分别取5份100 mL药液研究10～30 r·min-1进料转速时，不同进料流量对喷雾干燥的影响。结果，进料转速在10，15，20，25和30 r·min-1条件下，出粉率依次为43.39%，47.85%，39.86%，37.26%和36.64%；水分活度依次为0.135，0.141，0.122，0.133和0.145。

结果显示：进料转速在15 r·min-1后山茱萸速溶粉的出粉率逐渐降低，水分活度逐渐增加。这是由于在低转速的条件下，药液在雾化器中被雾化成较小的液滴，在空气中能迅速干燥成粉，由于雾化压力始终不变，随着转速的增大，进入雾化器的药液增多，在雾化器里的水滴增大，降低了药液的干燥度，同时，进料转速越快，还可能导致部分雾滴来不及干燥就直接黏在壁上，从实验过程中能明显地看到， 进料转速加快后玻璃壁的附着物越来越多，所以导致了出粉率明显下降。综合来看，选择10～20 r·min-1时，药液的出粉率和水分活度在较佳范围。

3.1.3 总固形物含量对山茱萸速溶粉喷雾干燥的影响 选择进风温度170 ℃、进料转速15 r·min-1为固定条件，研究不同总固形物含量的物料药液对山茱萸速溶粉喷雾干燥效果的影响。结果，总固形物含量分别为4.31%，8.54%，12.94%，17.62%和22.21%时，出粉率依次为6.70%，15.18%，27.68%，34.28%和47.84%，水分活度依次为0.092，0.141，0.128，0.125和0.152。

结果显示，随着总固形物含量的增加，药液的出粉率逐渐增加，含水量也逐渐降低。设备规定的进药生药质量浓度应该在0.1～0.4g·mL-1范围内，选取生药质量浓度为0.1～0.5 g·mL-1范围来进行考察。在喷雾干燥过程中，由于预热器供给的能量主要用于药液中水分的蒸发，即降低整个干燥器的热负荷[8]。所以，在喷雾干燥过程中，在所给的范围内增加总固形物的含量，可以增加药液的出粉率，降低其含水量。综合来看，总固形物含量为12.94%，17.62%和22.21%为喷雾干燥的较优条件。

3.2 正交设计实验

3.2.1 正交表选择 为了进一步优化山茱萸速溶粉的干燥工艺条件，选用进风温度、进料转速和总固形物含量3个因素进行L9(34)正交实验设计，见表1。

表1L9(34)正交实验设计的因素及水平

Tab.1 L9(34) orthogonal experiment design

水平A，进风温度/℃B，进料流量/r·min-1C，总固形物含量/%11601022．2121701517．6231802012．94

通过单因素实验的结果和喷雾干燥设备的条件，确定正交实验因素的水平范围：进风温度为160～180 ℃，进料转速为10～20 r·min-1，总固形物含量为22.21%，17.62%和12.94%， 进行正交实验。根据表1的排列进行9组实验，每组的进料总量均为500 mL。

3.2.2 正交实验结果分析 正交实验设计与结果见表2，方差分析结果见表3~4。

表2 山茱萸速溶粉正交实验设计与结果

Tab.2 Orthogonal experiment design and results ofCornifructusinstant powder

实验号A，进风温度/℃B，进液转速/g·mL-1C，总固形物含量/%空白出粉率/%水分活度1111141．910．1752122245．650．1893133345．270．1424212347．960．1155223152．980．1336231239．840．1067313240．870．1598321339．190．1199332153．060．135出k144．27743．58040．31349．317最优组合条件A2B3C2粉k246．92745．94048．89042．120因素影响主次CAB率k344．37346．05746．37344．140R2．6502．4778．5777．197水k10．1690．1500．1330．148最优组合条件A1B1C2分k20．1180．1470．1460．151因素影响主次ACB活k30．1380．1280．1450．125度R0．0510．0220．0130．026

表3山茱萸速溶粉出粉率方差分析结果

Tab.3 The orthogonal analyticalresults ofCornifructusinstant powderextraction rate

因素偏差平方和自由度F比F临界值显著性进风温度/℃13．55121．1579．000进液转速/r·min-111．71721．0009．000总固形物含量/%116．61629．9539．000*误差11．722

注：*P<0.1。

表4山茱萸速溶粉水分活度正交分析结果

Tab.4 The orthogonal analyticalresults ofCornifructusinstant powder water activity

因素偏差平方和自由度F比F临界值显著性进风温度/℃0．00420．0039．000进液转速/r·min-10．00120．0019．000总固形物含量/%0．00020．0009．000误差1．2702

由表2~4可知，对于不同的指标而言，因素影响的主次顺序不一样。对于水分活度来说，其极差的显著性不明显，所以综合考虑3个因素对2个指标的影响顺序为CAB，即总固形物含量>进风温度>进料转速。此外，不同指标对应的最优组合条件也不同，A为最末位的次要因素，选择任何一个水平都影响较小，根据上述表格选择A2为最佳水平；B为较次要因素，则选取B3；C为最主要因素，在确定优选水平时考虑出粉率指标，因为从出粉率和水分活度的正交分析来看， 水分活度无显著性，考虑出粉率选择C2为最佳条件。

3.2.3验证实验 根据正交实验优选的最佳组合为A2B3C2，即进风温度为170 ℃，进料转速为20 r·min-1和总固形物含量为17.62%，在此条件下进行3组平行实验，出粉率结果依次为46.43%，46.71%和46.57%；水分活度结果依次为0.098，0.097和0.098。正交实验验证结果相差不大，所得的出粉率约为46%，水分活度约为0.098。结果表明，此正交实验得出的最优组合符合实际。

3.3 山茱萸速溶粉溶化性的考察 根据正交优选平行实验得到的3组粉末，各取 5 g，分别加入热水200 mL，搅拌5 min，观察， 粉末能全溶于水(在此过程中会出现轻微的粉末聚集成团状的现象，但稍微搅拌后即溶)。

4 结论

本研究通过单因素实验，首先分析了进风温度、进料流量和总固形物含量3个因素对山茱萸速溶粉喷雾干燥的影响范围，进而通过正交实验出粉率和含水量指标分析，结果表明进风温度、进料流量和总固形物含量对山茱萸速溶粉喷雾干燥的影响显著，其中以总固形物含量影响最为显著。故确定山茱萸速溶粉最佳喷雾干燥工艺条件：进风温度为170 ℃，进料转速为20 r·min-1，总固形物含量为17.62%。

本实验除了从这3个因素方面考虑外，设备自身的条件也有一定的局限性，黏壁现象较严重，导致得到的粉末损失率较高，根据设备的介绍，损失率大约在30%～50%，因此，在考虑工艺生产时，还应该考察解决黏壁的问题。本实验对此没有进行考察，在以后的实验中还应该更进一步的优化，同时还应根据药物中的伴生物质[9-11]情况，对加助形剂进行考察，以延长其保质期。本实验速溶粉保持了它原有的口味，较涩，所以还可以加入矫味剂进行矫味，更方便于其服用。

参考文献：

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Study on the spray drying process ofCornifructusinstant powder

CUI Chunli1，YANG Fanli2，ZENG Kaizhu1，ZHU Baojie1，WANG Hengchang3，WU Jingtao3，GE Qiuping3(1.Shaanxi University of Chinese Medicine，Xi′an 712046，China；2.School of Pharmacy，Xi′an Jiaotong University，Xi′an 710061，China；3.Xianyang Shiyan Middle School，Xianyang 712000，China)

Abstract:ObjectiveTo optimize the spray drying conditions of Corni fructus. Methods Instant powder flour yield and water activity as the evaluation index，single factor experiment andorthogonal experiment were used to optimize thedrying process.Results The optimal inlet air temperature of spray drying was 170 ℃，the feed speed was20 r·min-1，the total solid content was 17.62%，and the resulted flour extraction rate was 46%and the water activity was 0.098.Conclusion The optimal conditions could be used for production.

Key words:Corni fructus；spray drying；flour extraction rate；water activity；instant powder

(收稿日期：2015-07-09)

基金项目：陕西省科技厅社发攻关项目(编号：2015SF246)；陕西省教育厅“春笋计划”项目(编号：2011K16-03-02)。

中图分类号：R944

文献标志码：A

文章编号：1004-2407(2016)02-0180-04

doi:10.3969/j.issn.1004-2407.2016.02.020