Box-Behnken法设计优化热毒宁栀子浸膏干燥工艺

1、响应面法设计优化热毒宁注射液栀子浸膏带式干燥工艺黄道省1,3，石伟2,3，韩蕾1,2,3，孙科3,4 ,吴建雄1,3，徐桂红1,3 ，毕宇安1,3，王振中1,3，萧伟1,3*1. 江苏康缘药业股份有限公司，江苏 连云港 2220012. 南京中医药大学，江苏 南京 2100003. 中药制药过程新技术国家重点实验室，江苏 连云港 2220014. 西北大学，陕西 西安 710069摘 要： 目的 优化热毒宁栀子浸膏的干燥工艺。方法 在单因素实验基础上，采用 Box-Behnken效应面法，以栀子苷含量为响应值，建立数学模型，获得干燥最佳工艺。结果 通过二次回归模型响应面分析得出最佳干燥工艺参数

2、共有2 个，其一为干燥温度98.51 ， 干燥时间 89.23 min， 进料速度99.75 r·min-1， 其二是干燥温度98.49 ， 干燥时间89.19 min， 进料速度为99.77 r·min-1。在此最佳工艺条件下，栀子苷含量为563.307 mg·g-1。 考虑到设备本身的参数，故将工艺定为干燥温度98.5 ， 干燥时间89 min， 进料速度99.8 r·min-1。 按照该工艺参数进行3 次验证试验；结果显示,在此最佳工艺条件下干燥,栀子苷的含量为564.108 mg·g-1， RSD2 %， 与预测值相对偏差0.14 %。

3、 结论 建立的模型可靠，具有良好的预测性，由响应面法优化得到的热毒宁栀子浸膏的干燥工艺切实可行，具有良好的指导作用。关键词：栀子浸膏；真空带式干燥；单因素；响应面法；栀子苷Optimization of vacuum belt drying process of Gardenia Jasminoides Ellis which is the middle material of ReDuNing by Response Surface MethodologyHUANG Daosheng 1, 3, SHI Wei 2, 3, Han Lei1,2, 3,Sun Ke 3,4,WU Jianxi

4、ong i1, 3,XU Guihong i1, 3, BI Yuan i1, 3, WANG Zhengzhong2, 3, XIAO Wei 1, 3 *1. Jangsu Kanion Pharmaceutical Co., Ltd., Lianyungang 222001, China2. Nanjing University of Chinese Medicine, Nanjing 210000, China3. State Key Laboratory of New-tech for Chinese Medicine Pharmaceutical Process, Lianyung

5、ang 222001, China4. North West University ，Northwest University, Xian,Shaanxi 710069, ChinaAbstract: Objective:To optimalize conditions of the vacuum belt drying process of Gardenia Jasminoides Ellis which is the middle material of reduning injection. .Methods:Response surface method(RSM) was used t

6、o establish the mathematical model of the determination of gardenoside to obtain the optimum drying conditions based on Single factor experiments.Results:The optimum drying conditions obtained through RSM analysis were as follows: firstly ,drying tempreture 98.51, drying time 89.23min, feeding speed

7、 99.75r·min-1; secondly ,drying tempreture 98.49, drying time 89.19min, feeding speed 99.77 r·min-1. Under the optimal drying condition, the determination of gardenoside was 563.307 mg·g-1. Considering the parameters of the equipment ,We put the drying conditions as follows:drying tem

8、preture 98.5, dryingtime89min,feeding speed 99.8 r·min-1.Conclusion:According to the process parameters for three validation tests,the results showed that under the optimal drying condition,the determination of gardenoside experimental value was 564.108 mg·g-1. The relative standard deviat

9、ion less than 2% and the experimental values agree with the predicted from the regression model with a relative error less than 0.14%. Conclusion: The Model is reliable and has good predictive, Optimization vacuum belt drying process by RSMGardenia Jasminoides Ellis which is the middle material of r

10、eduning injection is feasible and it has good guidance function. keywords: Gardenia Jasminoides Ellis;vacuum belt drying ; Single factor experiments ;Response Surface Methodology; gardenoside 【基金项目】国家科技部，计划名称：国家重大新药创制，项目名称：现代中药创新集群与数字制药技术平台项目编号：2014DSG（YX）140901*通信作者 萧 伟，男，博士生导师，研究员。研究方向为中药新剂型的研究与开发

11、。Tel: (0518)81152337 E-mail: wzhzh-nj163.ne 作者简介：黄道省，男，江苏连云港人，主要从事中药新药及中药制药新技术研发，TelE-mail: 852441871热毒宁注射液临床上用于治疗上呼吸道感染1（外感风热证）所致的高热、微恶风寒、头身痛、咳嗽、痰黄等症。其由栀子、金银花、青蒿三味药组成，其中栀子单独提取，处理后的栀子浸膏采用真空干燥箱进行干燥，主要存在干燥时间长、干燥后的干膏较硬，难粉碎，栀子苷含量偏低的缺陷。而带式真空干燥机是一种连续进料、连续出料形式的接触式真空干燥设备，对比其他干燥方法，其具备自动化程度高、干燥温度

12、低、环境密闭、连续化生产等优点2-3。本实验采用带式干燥新技术及Box-Behnken法设计实验对热毒宁栀子浸膏的干燥工艺进行优化，为进一步提升热毒宁注射液的质量提供技术参考。1 仪器与试药戴安3000高效液相色谱仪，XP6电子天平（METTLER TOLEDO）； BP211D型电子分析天平（METTLER TOLEDO）； MTVBD-1-4-1真空带式干燥机（上海朗逸节能有限公司）。栀子苷对照品（中国食品药品检定研究院，批号110708-200506，纯度：99%?；乙腈（色谱纯）；水为自制超纯水，其余均为分析纯。栀子中间体（江苏康缘药业股份有限公司；批号141101）。2 方法与结果2

13、.1 干燥工艺设定好真空带式干燥机的温度、真空度、干燥时间；待各参数到达设定值后将栀子中间体吸入真空带式干燥机中干燥，干燥后取出样品即可。2.2 栀子苷的测定方法2.2.1色谱条件色谱柱：Agilent TC-C18 （4.6 mm×250 mm，5 m）；流动相为：乙腈（A）-水（B），15：85洗脱）；流速为 1.0 mL·min-1；检测波长为 238 nm；进样体积为 10 L。图1 对照品与样品色谱图2.2.2 对照品溶液的制备精密称取栀子苷对照品适量，精密称定，置棕色量瓶中，加甲醇制成每含栀子苷0.6572 mg·mL-1的对照品溶液。2.2.3 供试

14、品溶液的制备精密称取栀子干膏0.1g， 加50% 甲醇定容至50mL， 超声至完全溶解，放冷，取5mL定容至10mL即得。2.2.4 线性关系考察取栀子苷对照品适量，精密称定，加50% 甲醇制成所需浓度的对照品溶液，作为储备液（4.212 mg·mL-1）。取储备液0.1, 0.2, 0.4, 0.8, 1.6, 3.2 mL， 分别用50% 甲醇定容至5mL， 摇匀，分别进样，测定，以峰面积为纵坐标（Y），对照品浓度（mg·mL-1）为横坐标（X），绘制标准曲线得回归方程为：栀子苷： Y=319.7688X+0.7994 (r=1.0000), 栀子苷在0.084242.

15、69568 mg·mL-1 范围内具有良好的线性关系。2.2.5 精密度试验精密吸取混合对照品溶液10 L，按“2.2.1”色谱条件，进样，测定，连续6次。以栀子苷的峰面积计算，RSD为1.15%，结果表明，仪器精密度良好。2.2.6 稳定性试验精密吸取“2.2.3”项供试品溶液，分别于制备后0、2、6、4、8、10、12、24 h分别进样，按“2.2.1”项色谱条件测定，以栀子苷峰面积计算，结果RSD为1.04%，结果表明供试品溶液放置24 h稳定。2.3 单因素实验影响带式干燥机干燥效果的主要因素有干燥温度、干燥时间、进料速度、浸膏相对密度、真空度等，通过预实验得知，将栀子浸膏相

16、对密度固定为1.25（40），其余可控且影响较大的因素为干燥温度、干燥时间、进料速度三个因素。故先以单因素实验研究干燥温度、干燥时间、浸膏相对密度三个因素对栀子苷含量的影响。2.3.1 干燥温度对栀子苷含量的影响确定干燥时间为90 min，进料速度为100 rmin-1，分别以70、80、90、100、110的干燥温度进行干燥实验，以2.2.1项下条件测定当中栀子苷的含量见图2。由图2可知，随着干燥温度的升高，栀子干膏中栀子苷的含量增大，当干燥温度高于于 100时，栀子苷的含量开始下降。因此，确定干燥温度选择100。图2干燥温度单因素考察结果2.3.2 干燥时间对栀子苷含量的影响确定干燥温度为

17、100， 浸膏进料速度为100 r·min-1， 干燥时间分别为60、70、80、90、100 min，进行试验以2.2.1项下条件测定当中当中栀子苷的含量变化情况见图3。由图3可知，随着干燥时间的增加，栀子干膏中栀子苷的含量逐渐增大，当时间超过 90min 时，栀子苷的含量趋于下降状态。因此，确定干燥时间为 90 min。图3 干燥时间单因素考察结果2.3.3 浸膏进料速度对栀子苷含量的影响确定干燥温度为100， 干燥时间为90 min， 栀子中间体浸膏进料速度在70、80、90、100 110 r·min-1， 进行试验以2.2.1项下条件测定当中栀子苷的转移率见图4。

18、 由图4 可知，随浸膏进料速度的增大，栀子中间体中栀子苷的含量逐渐增大，当进料速度大于100 r·min-1时，栀子苷的含量趋于下降状态。因此，确定栀子浸膏进料速度为100 r·min-1。图4 进料速度单因素考察结果2.4 干燥工艺优选2.4.1 设计方案 在单因素实验的基础上应用响应面法对栀子浸膏的干燥工艺进行优化。以干燥温度（A）、干燥时间（B）、进料速度（C）为考察因素，根据Box-Behnken效应面法设计原理，每因素设3 个水平，用代码值-1，0，1表示，因素水平见表1。 以干膏中栀子苷的含量为评价指标，采用Design-Exoect V8.0.6 软件进行多元

19、线性回归和二项式方程拟合，得回归方程：R1=-4194.74632+32.84405A+32.10588B+34.24705C+1.94375E-003AB-1.61000E-004AC-0.061132BC-0.16751C2-0.14682B2-0.14424C2，以栀子苷的含量为分析指标进行方差分析，结果见表3.表明建立的二次项模型具有高度的显著性，模型决定系数R2=0.9122，表面模型拟合度良好。通过求解回归方程，得最佳干燥工艺,共有两组最佳参数，其一为干燥温度98.51， 干燥时间89.23min， 进料速度99.75 r·min-1； 另其二为干燥温度98.49， 干燥

20、时间89.19min， 进料速度为99.77 r·min-1, 此时栀子苷含量预测值均为563.307mg·g-1。 根据回归方程，对试验结果进行响应面和等高线分析见图4， 结果显示：自变量A和C的交互作用对栀子苷的含量影响最大且极显著，其次是A与B；B和C的交互作用对栀子苷的含量几乎无影响。表1 Box-Behnken试验设计因素与水平的编码水平因素A干燥温度（）B干燥时间（min）C进料速度（ rmin-1）-19080900100901001110100110表2 Box-Behnken试验设计与结果stdrun温度()时间（min）速度（ rmin-1）含量（mg/

21、g）2111080100531.92788211090110526.214016310090100570.732914410090100562.374645110100100 521.2221961008090528.9996127100100110526.2140189080100541.9531691109090526.748231090100100530.4699131110090100571.5657512909090537.05487139090110536.5850171410090100555.4405111510080110536.9417101610010090542.724

22、7151710090100554.0163表3栀子苷含量方差分析方差来源SSdfMSFP模型3718.299413.148.080.0058A 199.511199.513.90.0888B 46.04146.040.90.3743C 11.45111.450.220.6504AB0.1510.152.96E-030.9582AC1.04E-0311.04E-032.03E-050.9965BC149.481149.482.920.1311A21181.4811181.4823.10.002B2907.581907.5817.750.004C2876.051876.0517.130.0044残

23、差357.95751.14失拟项86.69328.90.430.7453误差271.26467.82总离差4076.24162.5 验证实验 考虑到设备本身的参数，故将工艺定为干燥温度98.5，干燥时间89min，进料速度99.8 r·min-1， 按照该参数进行3 次验证试验；结果显示,采用该工艺参数进行干燥,栀子苷的含量为564.108 mg·g-1， RSD2%， 与预测值相对偏差0.14%， 说明建立的模型可靠，具有良好的预测性，故带式干燥方法可以应用于栀子浸膏的干燥。图5 干燥温度、干燥时间、进料速度对栀子苷含量（R1）的响应面和等高线3 讨论目前，中药浸膏干燥多

24、采用真空干燥箱或者喷雾干燥的方式进行干燥，真空干燥箱干燥的弊端为干燥时间长，有效成分损失大，或因操作不当导致干燥后的干膏互相粘连，难粉碎；喷雾干燥存在粉体过细易吸湿或因操作问题会导致喷干粉黏壁使得实际得率偏低等缺陷3-4。而我国在微波干燥技术的应用研究起步较晚，存在干燥过程难控制的缺点5，而真空带式干燥机是一种连续进料、连续出料形式的接触式真空干燥设备，具有干燥温度低，干燥过全封闭的优点，适用于热敏性、易氧化的中药浸膏干燥6-7。Box-Behnken法作为函数估算的工具，将各因素与试验结果的关系函数化，解决了目前正交实验只能给出最佳因素水平组合却无法找出整体因素中的最佳组合和响应值的缺陷，由于其具有设计方法较简单，实验周期短，回归方程精度高等优点，在中药领域的应用愈加广泛8-11。本研究在预实验的基础上，从影响带式干燥机干燥效果的主要因素如干燥温度、干燥时间、进料速度、浸膏相对密度、真空度等因素中，将栀子浸膏相对密度固定为1.25（40），以栀子苷