益肾健骨丸制备工艺的优化

王宝才， 闫治攀， 李喜香， 王雪梅， 张志瑞

(甘肃省中医院，甘肃 兰州 730050)

益肾健骨丸由当归、延胡索、枸杞子、苏木、丹参、生地黄等17味药材组成，具有固本强筋、壮骨蠲痹功效，用于治疗肝肾亏虚型骨性关节病、滑膜炎、风湿性关节炎等疾病，该制剂以水蜜丸的形式在临床应用多年，作用显著，但原制备工艺关键参数主要依靠主观经验，导致成品质量不稳定，从而影响疗效。因此，本实验采用误差反向传播人工神经网络(BP-ANN)结合星点设计-效应面法优化益肾健骨丸制备工艺，以期得到工艺成熟、质量稳定、疗效显著的制剂成品。

1 材料

1.1 仪器 Agilent 1260型高效液相色谱仪(美国安捷伦科技公司) ；360EP型、125SM型电子天平(德国赛多利斯公司)；WSX-400型水冷吸尘粉碎机(天津世纪茂源机械有限公司)；LM-600型炼蜜锅(富阳康华制药机械有限公司)；CHJ-2000型混合机、GHL-30C型炼药机、YUJ-10A型中药制丸机、GWM-80B-5型隧道式微波干燥灭菌机(天水华圆制药设备科技有限责任公司)；DHG-9145A型电热鼓风干燥箱(上海一恒科学仪器有限公司)；ZB-1E型智能崩解仪(天津市天大天发科技有限公司)；自制相对圆整度测定仪(斜面长度10 cm，斜面倾角40°，带计量标尺、挡板)。

1.2 试剂与药物 当归、延胡索、枸杞子、苏木、丹参、生地黄、锁阳、蛤蚧、牡蛎等中药饮片均购自兰州安泰堂中药饮片有限公司或甘肃壅合堂药业有限公司，经甘肃省中医院李喜香主任中药师鉴定为正品，符合2020年版《中国药典》一部要求。龙胆苦苷(批号10770-201716)、马钱苷(批号111640-201706)、芍药苷(110736-201337)、阿魏酸(批号110773-20614)、毛蕊花糖苷(111530-201310)对照品均购自中国食品药品检定研究院。蜂蜜购自天水西联蜂业有限责任公司，经甘肃省中医院科研制剂中心质量管理部专家按2020年版《中国药典》一部专项检验，符合规定。甲醇为色谱纯；其余试剂均为分析纯；水为双蒸水。

2 方法与结果

2.1 益肾健骨丸制备 将17味药材粉碎成最细粉，加入适量炼蜜和纯化水，混合均匀，制丸，干燥，即得。

2.2 有效成分含量测定 参照课题组前期建立的HPLC-DAD法[1]，同时对龙胆苦苷、马钱苷、芍药苷、阿魏酸、毛蕊花糖苷含量进行测定。

2.3 蜂蜜炼制 采用夹层炼蜜锅，以蒸气为热源，将蜂蜜加水稀释溶化，滤过，常压加热炼制，当温度为116～118 ℃，含水量为14%～16%，相对密度约为1.37时，即得中蜜(亦称炼蜜)[2]。

2.4 评价指标测定

2.4.1 保留率 取本品适量，研细，精密称取5 g，置于具塞锥形瓶中，精密加入25 mL甲醇，称定质量，超声处理30 min，放冷，甲醇补足减失的质量，摇匀，取续滤液，按“2.2”项下方法测定5种有效成分含量，计算保留率，公式为保留率=(干丸中有效成分总含量/湿丸中有效成分总含量)×100%，其中湿丸中有效成分总含量测定方法为将湿丸切碎后在通风处自然晾干，取碎丸块适量，研细，精密称取5 g，其余操作同上。

2.4.2 水分 按照2020年版《中国药典》水分测定法(通则0832)第二法测定[3]。

2.4.3 溶散时限 取本品6丸，选择适当孔径筛网的吊篮，按照2020年版《中国药典》崩解时限检査法(通则0921)片剂项下的方法(加挡板)测定[4]。

2.4.4 相对圆整度 称取本品1 000 g，依次通过孔径6.6、6.1 mm的筛网，选择近于正球体者30粒作为标准样，再另外随机选择30粒作为待测样[5]，计算相对圆整度R，公式为R=(Lr/Ls)×100%，其中Lr为待测样在平面上滚动距离的平均值，Ls为标准样在平面上滚动距离的平均值。

2.4.5 粘附系数 向被测物容器中装满制备好的本品软材，将杠杆一端金属叶插入其中，敲击容器壁，使软材在自重力的作用下振实并与叶片充分接触，再通过杠杆测力装置向杠杆另一端吊桶中缓慢加入细沙，至叶片开始从软材中拔出时停止[6-7]，计算粘附系数K，公式为K=(G-G0)×9.8/S，其中G为拔出叶片时吊桶与细沙的质量总和，G0为叶片质量，S为叶片与软材的接触面积。

2.5 单因素试验

2.5.1 粒度 按处方比例称取药材，分别将其粉碎成中粉、细粉、最细粉[8]，每份加入等量蜜水制丸，干燥，测定丸条拉伸长度(10 cm丸条的最大拉伸长度)[5]、粘附系数、平均丸重、相对圆整度，考察药粉粒度对成型性的影响，结果见表1。由此可知，随着药粉粒度减小，软材粘附性、拉伸长度、相对圆整度逐渐增加，有利于软材和丸条制备；丸条韧性越强，在制丸过程中越不易被拉断，制丸难度越小；丸剂表面光滑度随着粒度减小而增加，故选择最细粉作为粒度。

表1 粒度对成型性的影响

2.5.2 药粉与粘合剂比例 丸剂在制备过程中常用的粘合剂为水和蜂蜜[6]，故本实验考察不同用量水、蜜水(中蜜-水=1.7∶1)、蜜(中蜜，含水量15%)对成型性的影响，结果见表2。由此可知，当粘附系数在160～195 Pa之间时，软材柔韧性适中，具有一定的拉伸度，制丸过程较顺利，成丸效果较好，丸剂表面光滑，圆整度高；以蜜水和药时，软材总体黏性更优，可塑性较好，丸条均匀光滑，丸粒大小均匀，圆整度高，故选择蜜水作为粘合剂，药粉与其比例为1.1∶1～1.7∶1。

表2 药粉与粘合剂比例对成型性的影响

2.5.3 蜜水比例 称取最细粉5份，加入不同比例蜜水，合坨，制丸，干燥，考察蜜水比例对成型性的影响，结果见表3。由此可知，蜜水比例在1.5∶1～1.9∶1之间时，软材黏性适中，圆整度较高，丸重适宜，故选择其作为蜜水比例。

表3 蜜水比例对成型性的影响

2.5.4 干燥带速 本实验在综合考虑湿丸传送能力、湿丸厚度、微波灭菌效果等因素的情况下，固定微波干燥功率和湿丸厚度(2～3层)，通过调节微波干燥时传送带的带速来控制丸剂干燥温度与干燥时间。称取最细粉8份，每份按药粉-蜜水1.5∶1比例加入蜜水(中蜜-水=1.5∶1)，合坨，制丸，干燥，考察干燥带速对水分的影响(带速上下限为0.30～1.00 m/min)，结果见表4。由此可知，干燥带速大于0.90 m/min时，丸粒水分超过药典规定(不得超过12.0%)；为0.30 m/min时，丸粒水分过低，部分碳化，并有焦糊味，故选择0.4～0.8 m/min作为干燥带速。

表4 干燥带速对水分的影响

2.6 星点设计-效应面法 在单因素试验基础上，根据星点设计-效应面法设计原理[9]，以水分(Y1)、溶散时限(Y2)、相对圆整度(Y3)及龙胆苦苷(Y4)、马钱苷(Y5)、芍药苷(Y6)、阿魏酸(Y7)、毛蕊花糖苷(Y8)含量为评价指标，干燥带速(A)、蜜水比例(B)、药粉与粘合剂比例(C)为影响因素，因素水平见表5，结果见表6。

表5 因素水平

表6 试验设计与结果

采用Design-expert.V8.0软件对表6数据进行二次多元回归拟合，得方程为M=70.71+5.86A-0.63B+0.54C+2.67AB+1.77AC+1.56BC+1.23A2-3.67B2-5.26C2(R2=0.970 8，P<0.000 1),方差分析见表7。由此可知，模型P<0.000 1，具有高度显著性；失拟项P>0.05，表明模型拟合程度较好；因素A、AB、B2、C2有极显著影响(P<0.01)，AC、BC、A2有显著影响(P<0.05)，而B、C无显著影响(P>0.05)。

响应面分析见图1，可知最优工艺为干燥带速0.70 m/min，蜜水比例1.73∶1，药粉与粘合剂比例1.44∶1，综合评分为77.19分。

2.7 BP-ANN模型建立及预测分析

2.7.1 训练样本 以表6数据来训练人工神经网络。

表7 方差分析

图1 各因素响应面图

图2 BP-ANN训练过程

2.7.3 仿真模拟预测 固定3个因素中的任意2个的水平值，以适宜梯度改变剩余因素水平值，采用y=sim(net,x)(式中y为预测值，x为上述3个因素不同水平值的组合)代码进行仿真模拟预测，寻找最佳工艺参数。结果，最优制备工艺为干燥带速0.74 m/min，蜜水比例1.72∶1，药粉与粘合剂比例1.28∶1，综合评分为85.80分。

2.8 验证试验 按星点设计-效应面法、BP-ANN优化的制备工艺分别进行3批验证试验，结果见表8，可知后者所得综合评分高于前者。最终确定，最优制备工艺为饮片粉碎成最细粉，过筛，混匀，按中蜜-水1.72∶1比例混合均匀制成蜜水，按药粉-蜜水1.28∶1比例加入蜜水，制丸，干燥，即得。

表8 验证试验结果(n=3)

3 讨论

3.1 优化方法选择 本实验采用BP-ANN对现有实验数据进行训练，对工艺参数和综合评分进行了非线性拟合，所得模型的相关系数为0.979 21，表明拟合度良好，而且仿真模拟预测结果优于星点设计-效应面法，既降低了实验成本，又提高了预测精度。另外，该方法克服了丸剂日常生产中通过各阶段物料性质的主观判断来调节物料比例、工艺参数的弊端，更具有科学性。

3.2 评价指标选择 本实验采用不同操作单元、评价指标对益肾健骨丸制丸过程中的各项工艺参数进行优化，将软材粘附性、可塑性等主观性指标进行数据化处理，更科学合理。丸剂水分高低直接反映制备过程中干燥单元操作合理与否，同时也影响成品贮存稳定性；溶散时限是评价中药丸剂质量、药物生物利用度、临床疗效的重要指标之一；2020年版《中国药典》对丸剂的外观要求为“外观应圆整均匀”，故将上述3个物理参数作为指标，能保证丸剂质量基本达到要求。另外，龙胆苦苷、马钱苷、芍药苷、阿魏酸、毛蕊花糖苷作为益肾健骨丸有效成分，是该制剂发挥临床疗效的物质基础，将其保留率作为指标时，可最大程度地保留有效成分，从而保证了临床疗效。

3.3 干燥参数选择 预实验发现，带速主要影响产品干燥周期和水分，其过慢时干燥时间延长，物料出现焦糊现象；过快时物料干燥时间短，难以控制水分。因此，本实验固定微波功率，控制适宜带速，在提高干燥效率、保证干燥效果的同时，可最大程度地保留有效成分。