Box-Behnken效应面法优化黄芩汤颗粒剂成型工艺

★ 王静 王玉 李梅梅（1.成都市温江区中医医院药剂科 成都 611130；.四川百草精工生物科技有限公司 成都 611138）

黄芩汤颗粒剂源于1800年前张仲景所著《伤寒杂病论》中的“黄芩汤”，由黄芩、大枣、芍药和甘草组成，古籍记载功效为清热止血，和中止痛，主要用于治疗伤寒，太阳与少阳合病，身热口苦，腹痛下利。现代药理研究表明，黄芩汤有明显的抗炎镇痛、镇静解痉、抑菌抗炎等作用，临床常用于急性胃肠炎、细菌性痢疾、腹泻以及慢性结肠炎等疾病的治疗［1］。近年来，来自耶鲁大学的郑永奇团队发现了黄芩汤（代号PHY906）对于肿瘤患者放疗或化疗引起腹泻的显著改善作用，并对其作用机制进行了深入研究［2-6］，目前该项目已处于临床Ⅱ期阶段［7］。由于汤剂使用过程中口服剂量大，服用疗程长，易滋生微生物导致霉变，并且在携带、储存、运输过程中多有不便，因此，本研究拟将黄芩汤剂改为颗粒剂以克服上述缺点。

在剂型改变过程中，涉及到工艺优化和处方筛选等环节，需要同时考察多因素对实验指标的影响，并对所得结果进行优化。常用的考察方法包括单因素实验、析因设计、均匀设计和正交设计等。单因素考察法条件优选凭经验，且无法考察各因素间的相互作用，优化效果局限性较大，通常需要与其他方法结合对工艺进行优化；当需要考察的因素水平较多时，不适用析因设计，而使用较多的均匀设计、正交设计，也存在实验精度较低，建立的数学模型预测功能差等问题。近年来，Box-Behnken效应面法（response surface methodology，RSM）由于适用于多因素多水平试验设计，使用方便，优选条件预测性好等优点，国内外关注度很高，许多药学工作者利用该法对制剂处方工艺进行优化［8-11］。因此，本文利用单因素实验结合Box-Behnken效应面法对黄芩汤颗粒剂成型工艺进行优化。

1 仪器与材料

黄芩汤干浸膏（自制三批，批号：20160911、20160920、20160929）；糊精（天津博迪化工股份有限公司）；淀粉（国药集团化学试剂有限公司）；蔗糖（天津市福晨化学试剂厂）；乙醇（天津市科密欧化学试剂有限公司）。

BT125D分析天平（sartorius，德国赛多利斯）；FA61001C电子精密天平（上海精科天美）；PharmX®高剪切制粒机（Fluid Air，德国GEA集团）；Magnaflo®流化床系统（德国GEA集团）；BT100-2J精密蠕动泵（保定兰格恒流泵有限公司）。

2 实验方法

2.1 黄芩汤颗粒剂的制备精密称取黄芩汤干浸膏适量，粉碎后过80目筛，备用；淀粉、糊精、蔗糖等辅料也过80目筛。按处方用量称取黄芩汤浸膏细粉和淀粉、糊精，采用等量递加法混合均匀，加入适量蔗糖矫味，混匀。将混合粉末置于高剪切制粒机中，在适当剪切速度下喷入一定量75%乙醇溶液制备湿软材，软材过20目筛制粒，流化床系统干燥，即得黄芩汤颗粒剂。

2.2 各考察指标的测定

2.2.1 颗粒溶化性测定按照《中国药典》2015年版四部制剂通则0104颗粒剂项下“溶化性”检查方法，测定颗粒剂溶化性。称取供试品10g，加热水200mL，搅拌，记录完全溶解时间。规定颗粒剂应在5min内全部溶化，允许有轻微浑浊。

2.2.2 颗粒粒度测定按照《中国药典》2015年版四部制剂通则0982第二法“双筛分法”测定粒度分布。通过1号筛（10目）以及不能通过5号筛（80目）的颗粒判定为合格颗粒，计算合格颗粒收率。收率计算公式为：

合格颗粒收率（%）=合格颗粒（g）/总颗粒（g）×100

2.2.3 颗粒吸湿率的测定［8］取黄芩汤颗粒适量M1，置于已干燥恒重的称量瓶中，精密称定M2，放入含有饱氯化钠溶液的干燥器中（RH=75±5%，温度25℃），48h后，取出称重M3，计算吸湿百分率，并观察其外观性状的变化。

吸湿百分率（%）=（M3-M2）/M1×100

3 实验结果

3.1 单因素实验

3.1.1 辅料配比对黄芩汤颗粒剂质量的影响准确称取黄芩汤浸膏400g，加入不同配比的辅料400g，辅料比例设定为糊精：淀粉分别为1∶1、2∶1、3∶1、4∶1、5∶1，固定乙醇浓度、剪切制软材时间和流化床干燥时间，考察不同糊精/淀粉配比条件下对颗粒剂质量的影响。由图1A可知，随着糊精/淀粉配比的增加，颗粒剂溶化时间明显缩短，吸湿率也有下降趋势，但颗粒合格率也逐渐降低，综合考虑，确定糊精：淀粉为3∶1，此时，颗粒剂的各项指标处于相对较优水平。

3.1.2 辅料用量对黄芩汤颗粒剂质量的影响准确称取黄芩汤浸膏200g，糊精/淀粉配比为3∶1，固定乙醇浓度、剪切制软材时间和流化床干燥时间，分别加入浸膏1、2、3、4、5倍量的辅料，考察不同辅料用量对颗粒剂质量的影响。由图1B可知，随着辅料用量的增加，颗粒剂溶化时间开始处于下降阶段，但辅料用量超过4倍时，溶化时间明显上升，且已超过5min；颗粒吸湿性也伴随辅料用量的增加而升高，合格率未受明显影响。后续工艺优化重点考察1～4倍辅料用量范围内对颗粒剂质量的影响。

3.1.3 乙醇浓度对黄芩汤颗粒剂质量的影响准确称取黄芩汤浸膏200g，固定辅料配比及用量、剪切制软材时间和流化床干燥时间，分别加入50%、60%、70%、80%、90%浓度的乙醇制软材，考察不同乙醇浓度对颗粒剂质量的影响。由图1C可知，颗粒剂溶化时间、合格率随乙醇浓度的增加，表现出先增加后降低的变化趋势，吸湿率无明显改变。后续工艺优化重点考察60%～80%乙醇浓度对颗粒剂质量的影响。

3.1.4 剪切制软材时间对颗粒剂质量的影响准确称取黄芩汤浸膏200g，固定辅料配比及用量、乙醇浓度和流化床干燥时间，分别剪切10、20、40、60、80min制备颗粒，考察不同剪切时间对颗粒剂质量的影响。由图1D可知，随着剪切时间的增加，颗粒剂合格率先增加后降低，且伴随着溶化时间的增加，表明长时间的剪切作用增加了颗粒内部的粘合性；吸湿率未表现出明显变化。后续工艺优化重点考察20～60min剪切时间对颗粒质量的影响。

3.1.5 流化床干燥温度对颗粒剂质量的影响准确称取黄芩汤浸膏200g，固定辅料配比及用量、乙醇浓度和剪切时间，分别于流化床中60、80、100、120、140℃烘干颗粒，考察不同干燥时间对颗粒剂质量的影响。由图1E可知，随着干燥温度的增加，颗粒剂合格率有所增加，同时伴有溶化时间的延长，吸湿率未受明显影响。后续工艺优化重点考察80℃～120℃干燥条件下对颗粒质量的影响。

图1 辅料配比（A）、辅料用量（B）、乙醇浓度（C）、剪切制软材时间（D）、和流化床干燥温度（E）、对颗粒剂质量影响的单因素试验结果

3.2 Box-Behnken效应面法优化黄芩汤颗粒剂处方工艺在文献［9-13］调研基础上，通过预实验和单因素考察实验，发现处方组成和制备工艺均为影响黄芩汤颗粒质量标准的重要影响因素。Box-Behnken效应面优化过程中，以辅料/浸膏（X1）、乙醇浓度（X2）、剪切时间（X3），流化床干燥温度（X4）为考察对象，以黄芩汤颗粒合格率（Y1/%）、溶化时间（Y2/min））及吸湿性（Y3/%）的“总评归一值”（OD）Y为评价指标，进行4因素3水平的Box-Behnken效应面优化，以确定黄芩汤颗粒剂的最优成型工艺。

根据Hassan公式对各个指标进行均一化处理：

计算公式：对于越大越好的指标取值di=（Yi-Ymin）/（Ymax-Ymin）

对于越小越好的指标取值di=（Ymax-Yi）/（Ymax-Ymin）

其中，Yi为实测值，Ymin和Ymax系指每一指标在不同次实验中测得的所有值中的最小和最大值。

计算出各指标的di值后，OD=（d1×d2…×dk）1/k，k为指标数。

因素水平见表1，实验结果见表2。

表1 实验设计水平表

表2 Box-Behnken实验设计表与效应值

3.2.1 二次回归模型的建立以总评归一值（OD）为因变量Y，利用Box-Behnken效应面法实验软件Design-Expert 8.0.6对影响因素进行回归分析，得二次多元回归模型为：

方差分析结果见表3。度为100.0℃。

表3 方差分析结果

按此成型工艺制备了3批黄芩汤颗粒剂，结果显示3次样品的OD值分别为0.8830、0.9706、0.9585，预测OD值为0.9033，偏差为-2.25%、7.45%、6.11%，验证数据与预测结果较为接近，提示该模型具备较高的准确性和精密性，所优选的工艺稳定可行。

由表3可知，回归方程P＜0.01，表明方差显著，模型确定系数R2=0.9430，说明OD值与该方程的所包含的自变量之间呈显著的多元回归关系，实验所建立的回归方程能较好的对真实的曲面进行模拟，所用实验方法比较可靠。模型

R-Squared=0.8993，说明该方程能解释该实验数据89.93%的变异性。总体看来，该模型拟合度良好，误差小。所以可以用该回归方程分析和预测不同制粒工艺下对黄芩汤颗粒剂质量的影响。从表3可知，辅料/浸膏、乙醇浓度、剪切时间和干燥温度均对颗粒剂质量影响显著；且辅料/浸膏、乙醇浓度和干燥温度三者的交互作用对颗粒质量的影响也显著，由此可知各实验因素对实验指标的影响不是单一的线性关系，而是呈曲面关系。

3.2.2 效应面预测与验证应用Design-Expert 8.0.6实验设计软件绘制各指标与影响较显著的2个自变量的等高线图（另2个自变量设为中心点值，图2所示），设计指标权重并以OD值对最佳工艺进行优化：辅料/浸膏为2.5，乙醇浓度为70.0%，剪切制软材时间为40.0min，流化床进口干燥空气温

图2 辅料/浸膏、乙醇浓度、剪切时间和干燥温度对颗粒剂质量影响的等高线（A1、B1、C1、D1、E1、F1）和效应面（A2、B2、C2、D2、E2、F2）

4 讨论

中药经典名方复方制剂的研究对整个中医药产业的发展具有重要的推动作用。2015年国务院44号文《关于改革药品医疗器械审批审评制度的意见》明确提出“简化来源于古典经典名方的复方制剂的审批”，2017年7月1日实施的《中医药法》以立法的形式明确来源于古代经典名方的中药复方制剂简化注册审批。国家食品药品监督管理局药化注册司主导的《中药经典名方复方制剂简化注册审批管理规定（征求意见稿）》及相关申报资料要求已于2017年10月9日对外公开征求意见。表明酝酿已久的中药经典名方复方制剂简化审批管理终于“落地”，为中药制剂的开发提供了政策保障。

本研究在单因素试验的基础上，结合Box-Behnken效应面优化法确定了黄芩汤颗粒剂成型工艺：辅料/浸膏比例为2.5，乙醇浓度为70.0%，剪切制软材时间为40.0min，流化床干燥温度为100.0℃。且三批验证实验发现观察值和模型预测值之间的偏差小10%，表明该工艺稳定可行。对实验所得黄芩汤颗粒剂进行质量考察，该颗粒粒度适中，外观均匀、美观，溶化时间、水分、鉴别、醇浸出物、有效成分含量等均符合现行《中国药典》相关要求，体现了Box-Behnken效应面法在优化黄芩汤颗粒剂成型工艺应用中的可行性。