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[關鍵詞]高速攪拌濕法制粒;粉體;物理特性參數;逐步回歸分析;顆粒
在制藥行業中,制粒是固體制劑的重要環節,已成為提高顆粒劑、片劑及膠囊劑等產品質量、性能和簡化生產工藝的重要技術手段之一[1]。高速攪拌濕法制粒具有混合效果好、生產效率高、顆粒流動性好等優點,并可提高物料的可壓性和流動性,便于藥物的分劑量和控制藥物的釋放,是近年來發展較快、應用較廣泛的制粒技術[2]。制粒較多采用試錯法與經驗法,不僅操作繁瑣,且缺乏精確性的控制,導致工業生產制粒具有3~5∶1的高回收率(不合格產品/合格產品)[3-6]。對過程參數的研究報道證實過程參數對制粒結果具有顯著的影響,控制過程參數能夠制備理想粒徑的顆粒[1],但鮮有探討不同的物理特性參數引起處方性質差異對制粒結果的影響,而物料的物理特性參數對顆粒性質具有較大影響,會影響顆粒粒徑和藥物的分布等[7]。本研究以穿心蓮為模型藥物,采用高速攪拌濕法制粒,運用逐步回歸分析方法,探究粉體物理特性參數對中藥浸膏粉體顆粒成型和顆粒性質的影響。
1 材料
OPD-8噴霧干燥設備(上海大川原干燥設備有限公司),YF-118高速粉碎機(瑞安永歷制藥機械有限公司),VH-5混合器(吉林市中誠機械廠),HLSH2-6型濕法混合制粒機(北京航空制造研究所),標準篩(長沙市思科儀器紗篩廠),BT-1000型粉末綜合特性測定儀(丹東百特儀器有限公司),TriStar3000全自動比表面積及孔隙度測定儀(美國Micromeritics公司),GTB粉末和顆粒流動性測試儀(德國Erweka公司),液壓機及壓片磨具(英國Graseby Specac公司),OCA20視頻光學接觸角測量儀(德國Dataphysics公司)。
穿心蓮藥材(江西樟樹天齊堂中藥飲片有限公司,批號1302001),微晶纖維素(MCC)PH101(安徽山河藥用輔料股份有限公司),可溶性淀粉(安徽山河藥用輔料股份有限公司),水為雙蒸水,其余試劑為分析純。
2 方法
2.1 穿心蓮提取液的制備
穿心蓮藥材加10倍量85%乙醇回流提取2次,每次2 h,合并濾液,85 ℃減壓濃縮至相對密度為1.05(85 ℃),真空干燥(85 ℃,-0.1 MPa),即每1 g干膏相當于15.3 g生藥。
2.2 穿心蓮混合粉體的制備。
工藝1:取濃縮至密度為1.05(85 ℃測定)的濃縮液噴霧干燥(進風溫度110 ℃,出風溫度85 ℃,流速1.5 L?h-1);干燥產物按質量比1∶0.5,1∶1,1∶2分別與MCC和可溶性淀粉混合30 min。與MCC混合得到的混合粉體分別記為A1,A2,A3;與可溶性淀粉混合得到的混合粉體分別記為B1,B2,B3。
工藝2:取濃縮至密度為1.05(85 ℃測定)的濃縮液置于真空干燥箱內干燥(溫度85 ℃,相對真空度-0.1 MPa ),干燥產物按質量比1∶0.5,1∶1,1∶2分別與MCC和可溶性淀粉混合后粉碎過5號篩。所得混合粉體分別記為C1,C2,C3和D1,D2,D3。
工藝3:取工藝2的干燥產物粉碎過5號篩,粉碎產物按質量比1∶0.5,1∶1,1∶2分別與MCC和可溶性淀粉混合30 min。所得混合粉體分別記為E1,E2,E3和F1,F2,F3。
工藝4:按工藝2計算每1 g濃縮液相當干燥產物的量,取濃縮液按換算成干燥產物的量,以質量比1∶0.5,1∶1,1∶2分別與MCC和可溶性淀粉混合均勻,置于真空干燥箱中干燥后粉碎過5號篩。所得混合粉體分別記為G1,G2,G3和H1,H2,H3。
2.3 混合粉體相關性質測定
2.3.1 水分測定 按2010年版《中國藥典》水分測定法第一法[8]測定各混合粉體含水量(MC)。
2.3.2 休止角測定 采用GTB粉末和顆粒流動性測試儀測定混合粉體的休止角(AOR)。
2.3.3 Carr指數測定 采用BT-1000型粉末綜合特性測定儀測定混合粉體的松密度ρb和振實密度ρt,按下式計算Carr指數(CI)和Hausner ratio(HR)[9]。CI=(ρt-ρb)/ρt×100%;HR=ρt/ρb。
2.3.4 臨界相對濕度(CRH)測定 采用乙酸鉀、氯化鎂、碳酸鉀、溴化鈉、氯化鈉、氯化鉀、硝酸鉀、硫酸鉀過飽和溶液,相對濕度分別為22.5%,32.8%,43.2%,57.6%,75.3%,84.2%, 92.5%,97.3%。置物料于不同過飽和鹽溶液環境中至吸濕平衡,計算CRH。
2.3.5 比表面積及孔體積測定 稱取適量待測粉體于45 ℃流通氮氣干燥12 h,用全自動比表面積及孔隙度測定儀測定樣品在-196.5 ℃,比壓0.009~0.99下氮氣的吸附等溫線,采用BET公式求算物料的比表面積(SSA),通過BJH模型求算孔徑在1.7~300 nm的累積孔體積(PV)。
2.3.6 粒徑分布測定 采用Mastersizer 2000激光粒度儀干法模型Scrocco模塊測定粒徑及其粒徑分布,以d50表征粉體粒徑分布情況。
2.3.7 潤濕性測定 精密稱取120 mg粉體,在2 t壓力下壓60 s,取出放置24 h后,用水作為探測液測定物料壓實后與水的接觸角(CA)[10]。
2.4 顆粒的制備
分別取混合粉體150 g置于高速攪拌濕法制粒機中,以85%乙醇為潤濕劑,液固比為9%,8 mL?min-1蠕動泵加入,攪拌速率與剪切速率分別為505,525 r?min-1,制粒時間120 s。將濕顆粒60 ℃常壓干燥10 h后振動篩分1 min,計算顆粒收率、團塊比例、細粉比例。細粉比例(Fine)=5號篩下質量/混合粉體質量×100%;顆粒收率(Granule yield)=1號篩下及5號篩上質量/混合粉體質量×100%;團塊比例(Lumps)=1號篩上質量/混合粉體質量×100%。
2.5 顆粒相關性質的測定
采用與粉體物理特性參數測定相同的實驗方法測定顆粒的Hausner ratio(Granule-HR)、休止角(Granule-AOR)。
2.6 統計分析
以顆粒收率及顆粒相關性質為因變量,粉體相關性質為自變量,采用SAS JMP 9.0軟件逐步回歸分析法分析影響顆粒成型性及顆粒性質的關鍵粉體物理特性參數。
3 結果與討論
3.1 混合粉體物理特性參數及關鍵顆粒性質測定
本研究重點考察粉體物理特性參數對團塊,細粉比例及顆粒收率,顆粒HR,顆粒AOR的影響。混合粉體物理特性參數及所制備顆粒的關鍵顆粒性質的測定結果見表1,2。
3.2 粉體物理特性參數對顆粒性質的影響
回歸模型結果的分析用杠桿圖和模型擬合結果表示。其中杠桿圖類似于普通的自變量和因變量的簡單線性效應,圖中的點到線性的距離為實際殘差,點到平均值的水平線距離為與模型無關的殘差,即杠桿圖中平均值線代表著模型中自變量的假設值被限制為0[11]。模型擬合結果用R2,RMSE,Mean of response和P表示。其中R2為回歸方程相關系數平方,RMSE為均方根誤差,P為概率,R2越大,RMSE越小,P越小,說明模型擬合精度越高;Mean of response為響應均值,即模型中因變量平均值。參數估計值越大,表明在模型中參數對響應值具有更顯著的意義,參數估計值的正負反應了因變量(Y)隨自變量(X)的方向的變化[12]。
3.2.1 粉體物理特性參數對顆粒收率、細粉比例及團塊比例的影響 物料顆粒收率、細粉和團塊比例的擬合結果見表3~5,圖1~3。由表3及圖1可知,影響顆粒收率的關鍵粉體物理特性參數有休止角、累積孔體積及振實密度,且顆粒收率與粉體的休止角呈正相關性,與粉體的累積孔體積及振實密度呈負相關性。由表4及圖2可知,影響細粉比例的關鍵粉體物理特性參數為累積孔體積,且細粉比例與粉體的累積孔體積呈正相關性。由表5及圖3可知,影響團塊比例的關鍵粉體物理特性參數為含水量,且團塊比例與粉體的含水量呈正相關性。
顆粒收率隨孔體積增大而減小,可能原因是物料孔體積越大,孔隙越多,潤濕劑滲透進入孔隙的量越大,可用于粒子間的潤濕劑減少。因此,不利于粉體粒子間的聚集成粒,導致細粉比例增大,不利于顆粒收率的增加。高剪切制粒過程中,粒子受剪切作用和攪拌作用的影響,較多的粒子處于受剪切力作用成壓實狀態,物料振實密度反應了物料在壓實狀態下的性質。在一定條件下,振實密度越大,表明物料越易于壓實,粒子間孔隙減小,降低了粒子間距離,加入潤濕劑后,有利于潤濕劑在粉體粒子表面的涂布,增加了粒子間聚集的可能性,但振實密度抑制了顆粒收率的增加,可能原因是振實密度的增加易于導致粉體粒子過度聚集形成大的聚集體,而顆粒收率僅反映制粒產物定粒徑段的顆粒。休止角促進顆粒收率的增加,但并沒有顯著性影響,可能原因是制粒過程錯綜復雜,制粒結果受多種因素的影響。
物料孔體積越大,表明粉體粒子內空隙越多,在一定量潤濕劑下,由于毛細管等作用力,孔隙越多,潤濕劑滲透進入空隙的量越大,導致可用于粒子間的潤濕劑減少,不利于粉體粒子間的聚集成粒。因此,孔體積越大,物料較多還是處于部分潤濕的原始核狀態,抑制了粉體聚集成粒,促使細粉比例升高,這與上述物料孔體積抑制顆粒收率增加的結果一致。
物料含水量增大,粒子內孔隙較多被液體填充,會增大顆粒中的液體飽和度S,根據Rumpf理論飽和度的增加會導致顆粒的抗張強度σt的增加,使顆粒能夠經受攪拌槳和剪切槳的機械力的作用,因此增加了粒子聚集合并的可能性[13],同時顆粒較高的液體飽和度也會引起顆粒的形變,使更多的潤濕劑分布其表面,引起粒子過度聚集形成團塊[14]。含水量的增加促進了團塊的產生,但并沒有促進顆粒收率的增加,表明在該階段含水量的變化易于導致粉體粒子聚集成大聚集體。含水量對粒子聚集的影響之間的關系并不是線性的,而是分段的,即在某特定范圍內成正相關,超出了這個范圍則不符合這個規律[15],這個具體的范圍今后的實驗將繼續探索。含水量促進團塊的形成,能夠顯著性的影響高速攪拌濕法制粒過程,主要表現在物料粒徑的增大,這與Shi等的報道是一致的[16]。
σt=SC×(1-ε)ε×(γ×cosθ)/d, 其中C為材料常數,ε為孔隙率,d為粒子表面積平均粒徑,γ為制粒液體的表面張力,θ為液固接觸角。
3.2.2 粉體物理特性參數對顆粒HR的影響 影響顆粒HR的關鍵粉體物理特性參數有粉體與水的接觸角、粉體HR,且顆粒HR與粉體HR呈正相關性,與粉體與水的接觸角呈負相關性,見表6,圖4。
HR反應了物料粒子間的摩擦力,可預測物料的流動性,HR越大,則粒子間的內聚力越大,流動性越差[17]。HR與粒子間的關系為負相關[18]。粉體HR增大促進了顆粒HR,可能原因為粉體HR越大則粉體粒子粒徑越小,比表面積越大,在制粒過程中,需要加入潤濕劑的量越大,在一定量的潤濕劑下,不利于粉體粒子的聚集成粒形成大的顆粒。因此,導致所制備顆粒具有較小的粒徑,增加了顆粒HR。物料粒徑d50本身對顆粒HR并沒有影響,可能原因是d50為物料累積體積達到50%對應的粒徑值,只是反應了粒徑分布的部分性質。顆粒HR隨物料壓實后與水的接觸角增大而減小,可能原因是物料采用85%醇提取,具有較差的水溶性,而制粒潤濕劑采用85%乙醇溶液,與水接觸角越大,則表明具有越好的親脂性,物料粒子越利于溶于高濃度乙醇的潤濕劑中,不利于潤濕劑在粉體床的均勻分布。導致部分聚集成團塊,較多的物料粒子處于細粉或原始核狀態,因此,制粒后顆粒具有較大的HR。
3.2.3 粉體物理特性參數對顆粒休止角的影響 影響顆粒休止角的關鍵粉體物理特性參數有粉體的振實密度,且顆粒休止角與粉體振實密度呈負相關性,即粉體的振實密度越大,顆粒休止角越小,流動性越好,見表7,圖5。原因可能是粉體振實密度反映了粉體在壓實狀態下的性質,在高速攪拌濕法制粒過程中,較多的粉體粒子受攪拌槳和剪切槳的作用處于壓實狀態。在3.2.1項下,關于粉體振實密度抑制顆粒收率增加的討論中可知,物料的振實密度越大,越有利于粉體粒子的聚集成粒,但顆粒收率的擬合結果表明振實密度越大,越不利于顆粒收率的增加。因此,振實密度的增加易于導致粉體粒子過度聚集形成大的聚集體,增加了流動性。
本研究以穿心蓮為模型藥物,通過逐步回歸分析方法研究粉體物理特性參數對顆粒性質的影響,確定了影響顆粒成型及顆粒性質的關鍵粉體物理特性參數并從相應的物理角度進行解釋,為中藥制劑原料高速攪拌濕法制粒研究奠定了實驗基礎。研究表明:在一定條件下,粉體流動性越差,累積孔體積越小,振實密度越小,顆粒收率越高;粉體累積孔體積增加促進制粒產物中細粉比例增加,同時含水量增加促進團塊比例增加。增加粉體HR和降低粉體與水的接觸角可提高顆粒HR。顆粒休止角與粉體振實密度呈負相關性。由于目前對于相關的物理特性參數選擇具有一定的局限性,在后續的工作中還需要針對其他性質對中藥制劑物料高速攪拌濕法制粒成粒原理的影響進一步研究,以達到對高速攪拌濕法制粒技術處方選擇和質量控制提供科學的參考依據和指導目的。
[參考文獻]
[1]廖正根, 明良山, 羅云, 等. 高速攪拌制粒過程參數對穿心蓮提取物混合粉體成粒性的影響[J]. 中國藥學雜志, 2014, 49(7): 6.
[2]王弘, 郭代紅, 劉皈陽. 濕法制粒工序參數的應用進展[J]. 中國新藥雜志, 2007, 16(5): 361.
[3]Shi L M, Feng Y S, Sun C C. Origin of profound changes in powder properties during wetting and nucleation stages of high-shear wet granulation of microcrystalline cellulose[J]. Powder Technol, 2011, 208(3): 663.
[4]Poon J M, Ramachandran R, Sanders C F W, et al. Experimental validation studies on a multi-dimensional and multi-scale population balance model of batch granulation[J]. Chem Eng Sci, 2009, 64(4): 775.
[5]Ramachandran R, Poon J M, Sanders C F W, et al. Experimental studies on distributions of granule size, binder content and porosity in batch drum granulation: inferences on process modelling requirements and process sensitivities[J]. Powder Technol, 2008, 188(2): 89.
[6]Johansson B, Alderborn G. The effect of shape and porosity on the compression behaviour and tablet forming ability of granular materials formed form microcrystalline cellulose[J]. Eur J Pharm Biopharm, 2001, 52(3): 347.
[7]Nguyen T, Shen W, Hapgood K. Effect of formulation hydrophobicity on drug distribution in wet granulatio [J]. Chem Eng Sci, 2010, 164(2-3): 330.
[8]中國藥典. 一部[S]. 2010: 附錄52.
[9]Schüssele A, Brandi A. Note on the measurement of flowability according the European Pharmacopoeia[J]. Int J Pharm, 2003, 257(1/2): 301.
[10]Planinek O, Trojak A, Sri S. The dispersive component of the surface free energy of powders assessed using inverse gas chromatography and contact angle measurements[J]. Int J Pharm, 2001, 221(1/2): 211.
[11]Vemavarapu C, Surapaneni M, Hussain M, et al. Role of drug substance material properties in the processibility and performance of a wet granulated product[J]. Int J Pharm, 2009, 374(1/2): 96.
[12]Badawy S I F, Narang A S, La Marche K, et al. Mechanistic basis for the effects of process parameters on quality attributes in high shear wet granulation[J]. Int J Pharm, 2012, 439(1/2): 324.
[13]Iveson S M, Litster J D, Hapgood K, et al. Nucleation, growth and breakage phenomena in agitated wet granulation processes: a review[J]. Powder Technol, 2001, 117(1/2): 3.
[14]Liu L X, Litster J D, Iveson S M, et al. Coalescence of deformable granules in wet granulation processes[J]. AIChE J, 2000, 46(3): 529.
[15]李潔, 杜若飛, 馮怡, 等. 中藥浸膏粉物理性質與干法制粒工藝的相關性研究[J]. 中國中藥雜志, 2011, 36(12): 1606.
[16]Shi L, Feng Y, Sun C C. Initial moisture content in raw material can profoundly influence high shear wet granulation process[J]. Int J Pharm, 2011, 416(1): 43.
[17]Wan L S C, Heng P W S, Chia C G H. Spray drying as a process for microencapsulation and the effect of different coating polymers[J]. Drug Dev Ind Pharm, 1992, 18(9): 997.
[18]Wong A C. Characterisation of the flowability of glass beads by bulk densities ratio[J]. Chem Eng Sci, 2000, 55(18): 3855.
Study on key physical properties of granulated products of
Andrographis mixed powder by high-speed mixing wet method
LIAO Zheng-gen1, LI Zhe1, MING Liang-shan1,2, LUO Juan1, JIANG Qie-ying3*, ZHAO Guo-wei1, LIANG Xin-li1
(1.Key Laboratory of Modern Preparation of Traditional Chinese Medicine, Ministry of Education,
Jiangxi University of Traditional Chinese Medicine, Nanchang 330004, China;
2. Jiangxi Qingfeng Pharmaceutical Research Co., Ltd., Ganzhou 341000, China;
3. Adult Education College, Jiangxi University of Traditional Chinese Medicine, Nanchang 330006, China)
[Abstract] The impact of key physical properties on granulated products by the high-speed mixing wet method was studied. Andrographis extracts were utilized as the model drug. Four processing methods were adopted to prepare mixed powder of microcrystalline cellulose (MCC) and starch with the mass ratio 1∶0.5, 1∶1 and 1∶2 by the high-speed mixing wet method. The properties of the prepared granules were evaluated with such indexes as granule yield, the ratio of lumps and fine powder, granule-AOR and granule-HR. The impact of key physical properties on granulated products was analyzed through stepwise regression analysis. The results showed that angle of repose, moisture content, pore volume, density and contact angle with water were key physical properties of the powder. The key physical properties of Chinese medical extracts powder are the important factor impacting granulated products made by the high-speed mixing wet method. In this study, the impact of key physical properties on granulated products of Chinese medical extracts was analyzed from the physical angle.