黄芪多糖的真空带式干燥工艺研究

神威药业集团有限公司（051400）蔡向杰 屈云萍 冯玉康 李哲

中药注射剂新药技术开发国家地方联合工程实验室（051430）姜国志

黄芪不仅是一味常用的补气药材，而且是一种功效显著的食疗药材，具有药食两用的功效。黄芪多糖是黄芪中的主要成分，具有降血脂、降血糖、抗肿瘤等功能[1]，其性状特别黏稠，所以黄芪多糖的干燥过程一直是生产中的难题。真空带式干燥作为新兴起的干燥技术，已逐渐应用于粘度大、难干燥物料的工业生产。

目前黄芪多糖的带式干燥工艺还未见报道。本实验采用响应曲面法，选择水分、干燥速率和含量作为考察指标，以干燥温度、干燥时间、进料速率、履带速率为影响因素，通过多指标综合评分法确定黄芪多糖的真空带式干燥工艺参数，为其工业化生产提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂 黄芪多糖提取液由神威药业集团有限公司研究室提供。水为蒸馏水，乙醇等其他试剂均为分析纯。

1.2 仪器与设备 MJY60-6型真空带式干燥机（上海敏杰制药机械有限公司）；METTLER-ALC-210.4电子分析天平（上海梅特勒托利多仪器有限公司）；DZF-6051型真空干燥箱；HH-SB型电热恒温水浴锅（科伟仪器）；紫外可见分光光度计。

1.3 生产工艺

1.3.1 黄芪多糖制备流程 将黄芪药材粉碎，加入5～8倍量蒸馏水中，在适当温度下浸提1～3h，过滤得提取液，滤渣二次提取。将提取液冷却至室温或更低温度后，以适当的速度在搅拌下倾入2倍体积的95%乙醇中，黄芪多糖沉淀出来。离心分离，得黄芪多糖，用95%乙醇洗涤，干燥得粗多糖，将其溶于约10倍量的蒸馏水中，加热到100℃，保持5～8min，冷却后，过滤除去沉淀，用AB-8吸附树脂对滤液脱色。然后重复醇沉过程，得到纯化的黄芪多糖[2]。

1.3.2 干燥工艺 将真空带式干燥机的各参数设定好，将黄芪多糖提取液经吸料泵吸入设备，干燥结束后取出即可。

1.4 方法

1.4.1 水分的检测方法[3]精密称定样品于洁净干燥的称量皿中，样品厚度约2mm，称重后置于真空烘箱中在80℃温度下干燥5～8h，直至样品恒重，计算即得。

1.5 黄芪多糖含量的测定

1.6 真空带式干燥工艺条件的筛选 以水分、干燥速率和含量为指标，采用单因素试验研究干燥温度、干燥时间、进料速率、履带速率4个影响因素对黄芪多糖的真空带式干燥效果的影响。

1.7 综合评分法评估 以干燥温度、干燥时间、进料速率、履带速率为考察因素，以水分、干燥速率和黄芪多糖含量的综合评分为评价指标，三者权重为4∶3∶3。其中，水分采用否决制，低于5%得分为40分，高于5%为0分。综合评分=水分得分+（干燥速率/干燥速率最高值）×30+（黄芪多糖含量/黄芪多糖含量最高值）×30。

2 结果与分析

2.1 单因素试验结果

2.1.1 干燥温度的影响 真空带式干燥机组有3个加热区和一个冷却区。物料通过1区时因水分较高，不能设置太高的温度，因过高的温度会使料液溅出；而物料到达3区时水分已较低，若温度很高会破坏其热敏性成分。所以3个区域的温度应按照低-高-低的规律设置。根据经验值及预实验结论，每个区域间隔5℃。将3个加热区的平均温度称为干燥温度，分别取50℃、60℃、70℃、80℃、90℃、100℃，干燥时间为90min，进料速率为80r·min-1，履带速率10cm·min-1。干燥温度对3个指标的影响以综合评分计，90℃结果最佳。

2.1.2 干燥时间的影响 将3个加热区温度分别设为85℃、90℃、95℃，进料速率为80r·min-1，履带速率10cm·min-1，考察干燥时间分别为60min、80min、100min、120min、150min为对各指标的影响。试验结果表明，干燥120min时结果最优，当继续干燥至150min时，含量下降，导致最终结果呈下降趋势。

2.1.3 进料速率的影响 将3个加热区温度分别设为85℃、90℃、95℃，履带速率为10cm·min-1，干燥时间为120min，考察进料速率分别为50r·min-1、60r·min-1、70r·min-1、80r·min-1对各指标的影响。试验结果表明，进料速率为60r·min-1时，3个指标均达到最优，综合评分最高。

2.1.4 履带速率的影响 将3个加热区温度分别设为85℃、90℃、95℃，干燥时间为120min，进料速率为60r·min-1，考察履带速率分别3cm·min-1、4cm·min-1、5cm·min-1、6cm·min-1对各指标的影响。试验结果表明，当履带速率为4cm·min-1时能得到较好的结果。

2.2 真空带式干燥工艺优选 在单因素试验的基础上，应用响应曲面法对黄芪多糖的真空带式干燥工艺进行优化。以干燥温度（A）、干燥时间（B）、进料速率（C）、履带速率（D）为考察因素，每个因素选择3个水平。

2.3 响应曲面试验结果分析 利用Design-Expert8.0.6软件进行试验设计，本试验共含有29个试验点，其中24个为析因点，5个为零点。析因点为自变量取值在所构成的三维顶点，零点为区域的中心点，其中零点试验重复5次，用以估算试验误差。

采用Design-Expert8.0.6软件对综合评分结果进行二次多元回归拟合，回归方程Y=9 2.1 5-7.54A+4.57B+4.93C+10.35D+5.34AB-2.33AC-18.33AD-1.93BC-8.50BD-13.42CD-25.96A2-3.86B2-10.82C2-12.92D2，相关系数R2=0.9679，接近1，说明所建模型与试验拟合较好。

对该回归方程进行方差分析，该模型具有极显著水平足以拟合试验数据。对回归方程进行检验，R2=0.9679，说明回归方程回归效果好，R2Adj为0.9358，说明此模型能解释93.58%响应值的变化。失拟项不显著（P＞0.05），说明实测数据和理论数据拟合度很高，试验误差小，可信度高，因此可以用于黄芪多糖真空带式干燥工艺的分析和预测。

2.4 各因素间相互作用对结果的影响 当进料速率为60r·min-1，履带速率为4cm·min-1时，干燥温度和干燥时间之间存在交互作用。当干燥时间为120min，进料速率为60r·min-1时，干燥温度和履带速率相关作用。在干燥温度一定时，随着履带速率的增加，物料水分及干燥速率含量均增加，但履带速率过大，使物料干燥不充分，水分不达标，含量因含水也有所降低，影响最终结果。当干燥温度90℃，进料速率为60r·min-1时，履带速率和干燥时间也存在交互作用。履带速率一定时，干燥时间使最终评分先高后低，因为随着干燥时间增加，水分和含量及干燥速率均升高，但干燥时间过长，含量、水分和干燥速率都会达到饱和状态，甚至过长干燥，干燥速率会降低，影响最终结果。软件最终筛选出的最佳干燥工艺参数为：干燥温度84.26℃，干燥时间103.19min，进料速率为57.44r·min-1，履带速率为5cm·min-1，此状态综合得分为99.7451。

2.5 最佳工艺参数的验证 为了更方便操作，将工艺参数确定为干燥温度85℃，干燥时间105min，进料速率为55r·min-1，履带速率为5cm·min-1。在此工艺条件下进行验证试验（n=3），得到水分为4.15%，干燥速率为3.42Kg·h-1，含量为72.75%，综合得分为95.2742，RSD=1.1%，实践结果与模型预测值基本一致，所以认为利用响应曲面法得到的黄芪多糖的带式干燥工艺参数稳定可靠，具有一定的应用价值。

3 讨论

本文通过单因素试验和响应曲面分析对黄芪多糖的带式工艺进行优化，得到干燥温度、干燥时间、进料速率和履带速率对水分、干燥速率和含量的回归模型，经检验分析所建模型合理有效。由该模型确定的最优干燥工艺条件为干燥温度85℃，干燥时间105min，进料速率为55r·min-1，履带速率为5cm·min-1，在此条件下，得到水分为4.56%，干燥速率为2.92Kg·h-1，含量为71.55%，综合评分为98.7062与理论值98.7915基本一致。

本实验虽兼顾了产品的关键指标，但未考虑干燥产品的色泽、孔隙率等其他指标，还需要结合下一步制剂工艺进行补充研究。