健胃消食片浸膏真空带式干燥工艺与粉体物性相关性分析

乔 培，杨凌宇，李诒光，马晓娟，张 民，吴志峰，白 乐

（江中药业股份有限公司，江西 南昌 330000）

真空带式干燥具有自动化程度高，干燥温度低、连续化生产等优点[4-5]，有关真空带式干燥与中药浸膏粉的研究报道主要表现在真空带式干燥工艺与中药浸膏及其制剂质量等方面研究[6-11]，而关于真空带式干燥与中药浸膏粉体物性指标之间关系的报道尚不多见[12-13]，尤其关于真空带式干燥与中药浸膏粉的物性指标相关性及主成分分析的研究尚未见报道。本研究以健胃消食片原药材提取浓缩液为模型药物，通过Plackeet-Burmann 实验设计（简称PBD）研究真空带式干燥关键工艺参数，探讨分析浸膏粉体物性指标特性及干燥工艺与浸膏粉物性质量的相关性，旨在为真空带式干燥制备中药浸膏粉的研究提供参考和依据。

1 材料与方法

1.1 材料

1.1.1 仪器 篮式提取设备（楚天科技股份有限公司）；MJ-NS-3 型超低温浓缩机（上海敏杰制药机械有限公司）；MJY5-2 型真空带式干燥机（上海敏杰制药机械有限公司）；CEM SMART 6 型微波水分测量仪（培安中国技术公司）；BT-1000 型粉体综合特性测定仪（丹东百特仪器有限公司）；Mastersizer 3000型激光粒度仪（英国马尔文仪器有限公司）；TA.XT Plus 型物性测试仪（英国Stable Micro Systems 公司）。

1.1.2 材料 太子参、山楂、陈皮、炒麦芽均购于亳州市中信中药饮片厂，经江中药业股份有限公司谌瑞林主任中药师鉴定均符合《中国药典》2020 年版（一部）相关项下要求。

1.2 方法

1.2.1 健胃消食片原药材提取浓缩液制备及干燥

根据《中国药典》2020 年版（一部）健胃消食片处方称取各药材，加入提取设备中提取，提取液于60℃下减压浓缩至相对密度为1.15（60℃）的样品，保存备用。

设定好真空带式干燥机的各加热区温度、进料速度、真空度、干燥时间等参数，待各参数达到设定值后，将浸膏经加料泵吸入设备，由布料机将物料均匀的涂布在传送带上，加热介质(饱和蒸汽或过热水)通过加热板将热量传递给履带上的物料，使物料中的水分直接汽化为水蒸气，物料依次经过各加热区，物料中的水分被蒸发，物料在冷却区内冷却，通过冷却区后物料温度降低，变脆，干燥后的产品从输送带上剥落，经铡断后落入粉碎装置，粉碎后即得到干燥松脆的产品。

①炎症因子水平：超敏C反应蛋白（hs-CRP）。②治疗前后检测两组患者的24 h尿微量白蛋白和24 h尿蛋白定量。

1.2.2 Plackeet-Burmann 实验 采用Minitab 17 软件，以进料速度（A）、履带速度（B）、1 区加热温度（C）、药液相对密度（D）、2 区加热温度（E）、3 区加热温度（F）为自变量，采用PBD 实验，实验由六因素，高水平（＋1）和低水平（－1）组成，共12 组实验，各因素水平见表1。对浸膏粉得率（R）［计算方法如公式（1）］和含水量（MC）采用归一化法处理[14]，通过多元数据回归分析，筛选真空带式干燥的关键工艺参数。

表1 PBD 实验与结果Tab. 1 Experiment and results of PBD

1.2.3 物性指标测定方法 根据粉体的物理特性，选取均一性、填充性、流动性和稳定性4 个一级指标考察中药浸膏粉物性[15-16]，包括12 个二级物性指标，具体见表2。

表2 浸膏粉物性指标构成Tab. 2 Composition of physical indexes of extract powder

（1） 粒径分布测定方法 取待测浸膏粉约1.0 g，置于 Mastersizer 3000 激光粒度仪干法测定器中，以空气为分散媒介，测定粉体的粒径及粒径分布。以 d0.1、d0.5、 d0.9表征粉体的粒径，并计算粒径分布宽度（Span）和范围（Width），Span ＝ （d0.9-d0.1）/d0.5，Width ＝ d0.9- d0.1。

（2） 含水量（MC）和休止角（θr）测定方法

取待测浸膏粉约2.0 g，置于微波水分测定仪中测定含水量；采用BT-1000 型粉体综合特性测定仪按照休止角θr的测定方法测定浸膏粉的休止角θr。

（3） 密度、压缩度、豪斯纳比率及粉体间孔隙率测定方法 采用BT-1000 型粉体综合特性测定仪，按照松装密度和振实密度测定方法分别测定浸膏粉的松密度（ρb）和振实密度（ρt）。压缩度（Cp）、豪斯纳比率（HR）、粉体间孔隙率（Ie）均由松密度（ρb）和振实密度（ρt）计算而得。压缩度的计算公式为Cp＝（ρt－ρb）/ρt；豪斯纳比率（HR）的计算公式为HR ＝ρt/ ρb；粉体间孔隙率（Ie）的计算公式为Ie＝（ρt－ρb）/（ρt× ρb）。

（4） 吸湿率（H） 取干燥具塞玻璃称量瓶，置于温度（25 ± 1）℃、相对湿度（80 ± 2）%的干燥器中饱和24 h，精密称定质量m1。取适量粉体，平铺于上述称量瓶中，厚度约为1 mm，称定质量m2。将称量瓶敞口与瓶盖同置于上述恒温条件下，待吸湿达到平衡，称定质量m3。计算平衡吸湿率（H），H ＝（m3－m2）×100% /（m2－m1）。

（5） 内聚力指数（CI） 取待测浸膏粉约20.0 g，置于TA.XT Plus 型物性测试仪中，测定粉体的内聚力指数，内聚力指数可以反映物料的黏性。

1.2.4 数据处理 采用IBM. SPSS Statistics 21.0 软件对制备的12 组浸膏粉的8 个物性指标进行Pearson相关性分析，P ＜0.05 表示差异显著，P ＜0.01 表示差异极显著，P ＞0.05 表示无显著性差异；对12个物性指标进行主成分分析，通过分析浸膏粉物性指标主成分的特征值和贡献率，对浸膏粉粉体的物性质量进行综合评价[17]。

2 结果与分析

2.1 真空带式干燥关键工艺参数

采用Minitab 17 软件设计实验，记录各组浸膏粉的得粉率（R）和含水量（MC），采用归一化法计算OD 值，作为其响应值，结果见表1。通过多元回归分析进行相应的数据分析，其回归模型如公式（2）所示，该模型的P 值是0.015，小于0.05，结果见表3，决定系数是0.914 0，表明响应值的实际值与预测值具有较好的拟合度。通过方差分析，进料速度、1 区加热温度和3 区加热温度的P 值分别为0.006、0.022、0.012，均小于0.05，而其它因素的P 值均大于0.05，表明进料速度、1 区加热温度和3 区加热温度对OD值影响显著，而其它因素对其影响不显著。

表3 PBD 实验方差分析结果Tab. 3 Variance analysis results of PBD experiment

2.2 真空带式干燥关键工艺参数与浸膏粉物性指标的相关性

结合PBD 实验方差分析的3 个干燥工艺的关键因素（进料速度、1 区加热温度和3 区加热温度），通过SPSS 21.0 软件对真空带式干燥制成的12 组浸膏粉的物性指标数据按照高水平和低水平2 组参数水平进行t 检验统计分析，结果见表4。由表4 可知，从进料速度因素考察，2 组参数水平的物性指标Width、ρb和ρt比较，差异具有统计学意义（P ＜0.05）；物性指标d0.5、MC 和H 比较，差异具有统计学意义（P ＜0.05），表明进料速度对物性指标Width、ρb、ρt、d0.5、MC 和H 均存在较大影响。从1区加热温度因素考察，2 组参数水平的12 个物性指标比较，差异无统计学意义（P ＞0.05）。从3 区加热温度因素考察，2 组参数水平的12 个物性指标比较，差异无统计学意义（P ＞0.05）。

表4 关键因素参数的浸膏粉物性指标t 检验结果Tab. 4 t test results of physical properties of extract powder with key factor parameters PBD experiment

2.3 浸膏粉物性指标相关性分析

对带式干燥不同参数条件下制成的12 组浸膏粉的直接测定的8 个物性指标进行Pearson 相关性分析，结果见表5。MC 与θr、ρt、CI 及d0.5呈显著正相关，与H 呈极显著负相关，表明浸膏粉MC 影响浸膏粉的θr、ρt、CI、d0.5和H ；d0.5与ρb、ρt、Width呈极显著正相关，与H 呈极显著负相关，表明浸膏粉d0.5影 响 浸 膏 粉 的ρb、ρt、Width 和H ；Width 与ρb、ρt呈极显著正相关，与H 呈显著负相关，表明浸膏粉Width 影响浸膏粉的ρb、ρt和H。

表5 不同干燥参数制成的浸膏粉物性指标的相关性分析Tab. 5 Correlation analysis of physical properties of extract powder with different drying parameters

2.4 浸膏粉物性指标主成分分析

对不同干燥参数制成的12 组浸膏粉的12 个物性指标原始数值经标准化处理后进行主成分分析。由表6 可知，初始特征值大于1 的主成分有三个，且这三个主成分的方差贡献率之和在85%以上，即代表性较大，其余成分的初始特征值均趋于平坦且数值小于1，即代表性较小。粉体物性指标前三个主成分的方差贡献率分别为53.503%、24.210%、10.930%，累积方差贡献率为88.643%，也可看出三个主成分具有显著代表性。

表6 浸膏粉物性指标主成分的方差贡献率Tab. 6 Variance contribution rate of principal components of physical properties of extract powder

浸膏粉物性指标的主成分载荷矩阵结果见表7，可反映各主成分对浸膏粉物性指标的影响程度。由表7 可知，对第一主成分产生正向影响的物性指标主要有MC、ρb、ρt、d0.5和Width。其中d0.5的载荷数最大，数值为0.966，其次为ρb，数值为0.949。Ie的载荷数较高，但对第一主成分产生负向影响。结合表5相关性分析，d0.5可作为第一主成分的代表指标，是评价浸膏粉物性质量的核心指标。

对第二主成分产生正向影响的物性指标主要有MC、θr和CI，对第二主成分正向影响最大的是θr，载荷数为0.861。第三主成分正向影响的指标主要有Span 和d0.5，以Span 的载荷数最大，载荷数为0.948。

由表7 可知，对三个主成分均产生负向影响的物性指标是H，表明H 越小越好。而MC 在3 个主成分中则产生不同程度的正影响，表明浸膏粉的MC与H 存在一定制约性和平衡性。由表5 可知，MC 与H 呈极显著负相关，与θr、ρt、CI、d0.5呈显著正相关，表明MC 在一定程度上对浸膏粉的θr、ρt、CI、d0.5产生正影响。因此，MC 也是评价浸膏粉物性质量的核心指标。

表7 浸膏粉物性指标的主成分载荷矩阵Tab. 7 Principal component load matrix of physical properties of extract powder

图1 浸膏粉物性指标的主成分载荷图Fig. 1 Principal component loading diagram of physical properties of extract powder

载荷图表示原始变量的空间关系，由图1 可知，部分物性指标呈现一定聚类趋势，如粒径指标d0.5、Width 与密度指标ρb、ρt较为聚集， 物性指标Cp、HR、Ie与Span 距离较近，且该 2 类指标第一主成分方向上呈负相关性， 说明粒径小或细粉含量多的浸膏粉的压缩性较差。对于流动性指标而言，θr、CI 与MC 聚集，与ρb、H 在第二主成分方向呈负相关，说明ρb和H 越大的浸膏粉流动性较差。

2.5 浸膏粉物性指标综合评价

通过求特征向量系数值构建三个主成分的函数表达式，可得三个函数表达式：

Z1、Z2、Z3分别代表第一、第二、第三，三个主成分的特征向量权重值。

三个表达式中，X1为MC、X2为θr、X3为ρb、X4为ρt、X5为Cp、X6为HR、X7为Ie，X8为CI、X9为d0.5、X10为Span、X11为Width、X12为H，由方差贡献率和主成分函数表达式求综合评价函数可得：F ＝0.550Z1＋0.215Z2＋0.119Z3。

根据主成分综合评价函数值可知不同干燥参数制成的12 组浸膏粉的物性指标综合得分和排序结果（表8），综合得分在前二位的是第10 组和第5 组浸膏粉。

表8 不同干燥参数制成的浸膏粉主成分因子得分Tab. 8 Principal component factor score of extract powder with different drying parameters

根据表7 可知，对第一主成分的正向影响最为显著的指标有d0.5和ρb，结合表8 可知，d0.5和ρb均排在前二位的浸膏粉是第10 组和第5 组。因此，第10组和第5 组浸膏粉在第一主成分上得分最高。综合表8，可知第10 组浸膏粉及第5 组浸膏粉得分排前二位且第一主成分的方差贡献率最大，因此，这两组浸膏粉的物性指标综合评价也在前两位，表明两组浸膏粉的物性质量整体较好。

由PBD 试验设计分析可知，1 区加热温度和3 区加热温度对得粉率（R）和含水量（MC）具有显著影响（P ＜0.05），进料速度对二者呈极显著影响（P ＜0.01）；结合表8 可知，主成分得分排名前三的第10组、第5 组和第7 组的浸膏粉，其进料速度均为13 Hz，表明进料速度对浸膏粉的物性指标影响较大；结合表4 可知，进料速度对物性指标Width、ρb、ρt、d0.5、MC 和H 均存在较大影响，两者结果较为一致。

3 讨论

影响真空带式干燥效果的主要工艺参数包括加热系统温度（分3 个加热区）、履带速度、进料速度、浸膏初始含水率、真空度、浸膏进料温度和冷却段温度等。不同的设备、不同的研究模型及不同的评价指标研究所得出的关键工艺因素存在差异，如采用真空带式干燥对地黄叶总苷浸膏干燥产物进行研究，对含水率的影响程度最大的关键因素为履带速度[4]。本研究通过Plackeet-Burmann 设计分析得出影响浸膏粉得率和含水量的真空带式干燥的3 个关键因素为进料速度、1 区加热温度和3 区加热温度，其中具有明显影响的关键因素为进料速度。

中药浸膏粉是一类含有多种化学成分、构成体系复杂的特殊粉体，其浓缩液干燥过程影响浸膏粉的性状指标、理化指标和物性指标等。本研究从物性指标考虑，选取了表征浸膏粉的均一性、流动性、填充性和稳定性的12 个物性指标，通过对物性指标相关性分析可知，表征不同特性的物性指标之间存在相关性，间接说明浸膏粉粉体均一性、填充性和流动性和稳定性之间也存在相关性，同一物性指标可以影响浸膏粉粉体多种物性特性。

4 结论

通过Plackeet-Burmann 设计分析，进料速度、1 区加热温度和3 区加热温度为处方提取浓缩液真空带式干燥的关键影响因素。通过浸膏粉物性指标相关性和主成分分析，进料速度对浸膏粉的物性指标影响较大，d0.5和MC 是评价浸膏粉物性质量的核心指标。真空带式干燥工艺对中药浸膏粉物性质量具有较大影响，本研究在干燥工艺关键影响因素层面研究浸膏粉物性指标可能存在局限性，后期应增加不同模型药物，结合干燥工艺及参数范围优化对浸膏粉物性指标进行深入分析研究。