马伏炉炮制结合星点设计-效应面法优选白矾炮制工艺

崔金玉，李瑞海

0 引言

白矾为硫酸盐类矿物明矾石经加工提炼制成，主要成分为含水硫酸铝钾[KAl(SO4)2·12H2O][1]。其炮制品是枯矾，炮制目的是除去其所含有的结晶水，传统炮制工具是铁锅或砂锅。现代实践证明，以下几种炮制方法得到的成品，临床效果更好，主要包括：电热烘干法、远红外线干燥法和微波干燥炮制法等。其中电热烘干法的常用设备是马伏炉。马伏炉是制药企业的主要矿物药的炮制设备，应用其进行炮制更具有广泛性。但其用于炮制白矾的条件不适合(部分制药企业炮制温度为500 ℃)，炮制的白矾具有水中溶解性差、溶液澄清透明差的缺点。本试验采用星点设计结合效应面法炮制白矾，优选白矾的最佳马伏炉炮制工艺，为炮制白矾规范化生产提供依据。

1 材料与仪器

AY120型电子分析天平(上海岛津商贸有限公司)，TC-15型恒温电热套(海宁市华星仪器厂)。HDX-5-14马伏炉(洛阳宏达炉业有限公司)，0.000 01 g电子天平(SARTORIUS CP225D)。白矾(产地：湖北，购买日期：2015年6月28日)，经辽宁中医药大学尹海波教授鉴定均为硫酸盐类矿物明矾石经加工提炼制成。乙二胺四醋酸二钠(EDTA-2Na)醋酸-醋酸铵缓冲液(pH 6.0)[2]；锌滴定液(0.05 mol/L)[2]；二甲酚橙指示剂[2]，所用试剂均为分析纯。

2 方法与结果[3-4]

2.1 含量测定方法 取本品约0.3 g，精密称定，加水20 mL溶解后，加醋酸-醋酸铵缓冲液(pH 6.0) 20 mL，精密加乙二胺四醋酸二钠滴定液(0.05 mol/L) 25 mL，煮沸3～5 min，放冷，加二甲酚橙指示液1 mL，用锌滴定液(0.05 mol/L)滴定至溶液自黄色转变为红色，并将滴定的结果用空白试验校正。每1 mL的乙二胺四醋酸二钠滴定液(0.05 mol/L)相当于12.94 mg的硫酸铝钾KAl(SO4)2。

2.2 白矾炮制工艺优化

2.2.1 星点设计与结果 预试验结果表明，选择炮制温度(A，w)、炮制时间[5](B，m)、白矾质量(C，g)作为考察因素，根据星点设计原理，每个因素设定5个水平，用代码值-α、-1、0、1、α表示(三因素星点设计中，α=1.732)，以加权综合评分OD值为指标。通过3因素5水平的效应面优化分析方法，确定白矾最佳炮制条件。因素水平见表1，实验安排及结果见表2。

表1 因素水平表

表2 试验结果

2.2.2 拟合模型 各组试验的设计见表2，应用Design-Expert 8.0.6.1软件对炮制温度(A)、炮制时间(B)、白矾质量(C)进行回归分析，得回归方程：E=76.42+1.59 A-0.42 B-1.36 C-3.60 AB+0.24 AC+3.64 BC+2.62 A2+3.55 B2+3.33 C2(R2=0.790 5，P<0.01)。结果表明，有79.05%硫酸铝钾含量的变差归因于3个因素变化，有21.95%的变差不被此方程所解释。当P<0.05时，影响因素对响应值影响为差异有统计学意义。对该回归方程进行方差分析，模型组差异有统计学意义(R2=0.790 5)，相关系数R2越大，说明模型拟合度越高，预测性越好，可用此模型对白矾的炮制品枯矾中硫酸铝钾含量测定工艺的可行性进行分析和预测。

方差分析结果见表3，总评OD值的影响有统计学意义(P<0.01)，各具体试验因子对响应值的影响不是简单的线性关系。因此，选择二项式拟合模型为成功模型，实测值和预测值基本吻合，具有较好的预测作用。

2.2.3 效应面优化和预测性评价 对效应面数据结果进行分析，得到的预测模型一般是曲面，即所获得的预测模型是连续的[6]。其优势是在实验条件寻优过程中，可以连续对实验的各个水平进行分析[7-8]。根据回归方程，作效应曲面图(图1～图3)，根据所拟合的回归方程，应用Design-Expert 8.0.6.1软件，分别绘制总评OD值与各个因素的等高线图和效应曲面图，确定最佳工艺区域，筛选出最佳炮制白矾工艺。

用效应面和等高线分析各因素的相互作用，等高线密度大，说明影响因素对响应值贡献大。并且等高线的形状可直观地看出交互效应的大小，椭圆形反映了两因素的交互作用较强，呈圆形则相反，而响应曲线较陡也说明交互作用较强。由图1可见，等高线呈椭圆形，说明影响因素温度(A)与时间(B)交互作用较明显，从图2、图3等高线图可看出，各因素的相互作用的等高线并没有呈现明显的椭圆形，响应曲线较平缓，说明各因素之间交互作用并不显著。回归方程的方差分析(表3)表明，方程的交互项AB对白矾中硫酸铝钾含量影响极其显著，而交互项AC、BC对白矾中硫酸铝钾含量影响不显著，说明只有温度与时间两个因素之间交互作用显著，其他交互项不显著。

表3 回归模型方差分析

图1温度与时间交互作用对枯矾中硫酸铝钾含量影响的等高线图和效应曲面图

2.3 验证试验 根据生产需要，并结合Design-Expert 8.0.6.1软件的计算，基于已建立的数学模型，得出炮制白矾的最佳条件：炮制温度220 ℃，炮制时间22 min，白矾质量14 g。按照筛选出的最佳炮制工艺条件重复3次，得出平均实际值为98.32%，各考察指标与预测值比较，偏差较小，表明所建立的数学模型具有良好的预测性，所筛选的条件重复性良好，验证此星点设计-效应面法得到的白矾炮制工艺准确可靠，重复性好，可用于实际生产。

图2温度与质量交互作用对枯矾中硫酸铝钾含量影响的等高线图和效应曲面图

图3时间与质量交互作用对枯矾中硫酸铝钾含量影响的等高线图和效应曲面图

3 讨论

3.1 预试验中首先对白矾颗粒的粒度大小进行选择，发现白矾粒度在80目以上时，对炮制结果没有太大影响。预试验中发现，用马伏炉炮制时间长，炮制完全，但超过一定时间后，没有太大的变化。温度对于炮制有很大影响，预试验中发现，260 ℃时，硫酸铝钾含量不再增加。最后确定温度、时间、质量3个因素，每个因素5个水平进行考察。

3.2 本次试验选用星点设计-效应面法，运用非线性数学模型对模型进行拟合，用三维效应面进行优化，可以直接看出最佳效应区域。结果表明，火力、时间对白矾炮制有显著影响，期望函数预测值与实验结果一致。验证试验表明，该方法具有较高的可靠性，所得出最佳工艺条件稳定，精密度和重现性均较好。比常用的正交设计更加直观形象，说明其应用于白矾的炮制工艺是有效可行的，具有实际应用价值。

[1] 国家药典委员会.中国药典(Ⅰ部)[S].北京:人民卫生出版社,2015:107.

[2] 国家药典委员会.中国药典(Ⅳ部)[S].北京:人民卫生出版社,2015:325,328,332.

[3] 孟振豪,韩永红,钟凌云.星点设计-效应面法优选蜜糠炒白术的炮制工艺[J].中国实验方剂学杂志,2015,21(15):19.

[4] 蔡宝昌,秦昆明,吴皓,等.中药炮制过程化学机理研究[J].化学进展,2012,24(4):637.

[5] 刘艳杰,项荣武.星点设计效应面法在药学试验设计中的应用[J].中国现代应用药学,2007,24(6):455-457.

[6] 伍鹏兮.清半夏中白矾限量限度研究[J].中医药导报,2014,20(6):82.

[7] 尤淑霞,吴德康,刘圣金,等.白矾的炮制研究概况[J].中药材,2010,33(7):1192-1194.

[8] 徐颖,钟恋,刘玉杰,等.中药饮片炮制规范化研究的思考[J].时珍国医国药,2015,26(2):355.