响应曲面法优化生草乌干热抑菌最佳工艺.pdf

第 1 期2024 年 2 月现代盐化工经验与技术No.1Feb.,2024响应曲面法优化生草乌干热抑菌最佳工艺邹赣昌,俸雅娟,覃语燕,赖奕文,向薇洁(桂林三金药业股份有限公司,广西桂林 541199)作者简介:邹赣昌,男.广西桂林人,工程师,硕士,研究方向,药物化学。通讯作者:俸雅娟,女,广西桂林人,工程师,本科,研究方向:制药工程。摘要:目的:通过响应曲面法优化生草乌干热抑菌工艺条件。方法:以成品制剂微生物(细菌、霉菌)数量和乌头类双酯型生物碱转移率为评价指标,选取加热温度、加热时间、铺盘厚度为考察因素,利用响应曲面法优选生草乌抑菌最佳工艺。结果:生草乌最佳抑菌工艺条件:加热温度为 106,加热时间为 10 h,铺盘厚度为 3 cm。结论:此工艺条件经工艺验证试验,干热后选用生草乌入药的制剂成品微生物指标可达到中国药典2020 年版要求,重复性好,且干热前后乌头类双酯型生物碱转移率较高。关键词:响应面优化;乌头类双酯型生物碱转移率;干热抑菌 草乌属于乌头属植物,具有抗炎、镇痛、镇静、解热等药理作用,作为常用的中药临床用药1。国内外专家学者已从乌头属植物中分离鉴定了许多种生物碱类化 合 物,其 中 乌 头 碱、新 乌 头 碱 和 次 乌 头 碱(hypaconitine),这 3 种生物碱在乌头属植物中最常见,且含量最高,也是该类植物中主要的药效成分2,因此,生药入药在生产工艺中,控制乌头类双酯型生物碱的转化程度就显得尤为重要。1 仪器与材料1.1 仪器CTC2 热风循环烘箱,江苏省范群干燥设备厂有限 公 司;Waters2695 高 效 液 相 色 谱 系 统(配2996PAD 检测器,Empower 3 分析软件),美国 Waters公司,minitab statistical software 2010 版。1.2 试药甲醇,分析纯,太仓沪试试剂有限公司;乙腈,色谱纯,德国默克集团(Merck KGaA);纯化水,屈臣氏集团;其他试剂均为分析纯,太仓沪试试剂有限公司。生草乌:桂林三金药业股份有限公司 211108 批生草乌,水分 7%,粒度1.5 cm。2 方法与结果2.1 干热方法每次将生草乌按设定的不同装量装平铺至设备配套的不锈钢托盘,放置在干燥架上,推入热风循环烘箱中,在设定温度下加热不同时间。2.2 检验方法(1)微生物检测按中国药典2020 年版微生物计数法和控制菌检查法检查。(2)含量检测方法参照中国药典2020 年版高效液相色谱法测定,并计算转移率=灭菌后饮片的含量/灭菌前饮片的含量100%。2.3 干热工艺条件的选择影响生草乌干热抑菌效果的因素有设备循环风量、烘箱热分布均一性、生草乌水分、药材粒径大小、加热温度、加热时长、铺盘厚度。其中设备性能、生草水分和粒径波动不大,故不作为本次实验的考查对象。干热抑菌是通过氧化作用使微生物死亡。有赵斌秀,王妍彦等专家学者研究得出在干热条件下 100 作用 60 min、120 作用 15 min、140 作用 10 min 可使载体上的大肠杆菌全部灭活。当温度超过 120 时会使微生物表面的有机物碳化3。为避免有机成分“碳化”,采用 120 以下的温度作为设计考察;饮片中存在大量的水分、纤维结构、复杂有机物,需要延长加热时间。另根据灭菌柜设备性能确认,满载时物料4 h 方达到 100 稳态温度,最终选择干热温度100、105、110,干热时长 9 h、10 h、11 h 进行响应面工艺优化。铺盘厚度 2 cm、3 cm 和 4 cm 三个水平进行响应面优化。2.4 中心组合设计实验及结果分析2.4.1 因素和水平的筛选响应优化法以乌头类双酯型生物碱转移率为响应值,以铺盘厚度(A)、加热温度(B)、加热时长(C)为考察因素,选择 minitab 软件进行试验设计和数据拟合。2.4.2 Box-Behnken 实验设计与结果根据 Box-Behnken 实验设计原理,设计了 3 因09第 1 期2024 年 2 月现代盐化工Modern Salt and Chemical IndustryNo.1Feb.,2024素 3 水平共 15 次实验点的响应面分析实验,测定双酯型生物碱含量,并计算转移率,同步检测微生物限度。根据前期研究,确认生草乌细菌数、霉菌数在1105 cfu/g 时,就能保证成品微生物限度合格,因此微生物限度为标准。结果见表 1。表 1 干热工艺响应面试验设计及结果序号铺盘厚度/cm加热温度/加热时长/h细菌/(cfug-1)霉菌/(cfug-1)质量分数/(gg-1)转移率/%12105935 0001 1000.1266.2241001036 0007100.1162.134105930 0002500.1370.743110926 0003000.1266.6531051036 0001 2000.1479.9621101022 0003500.1370.1721051134 0003000.1269.4831051034 0001 0000.1480.3931001137 0008000.1161.41021001036 0001 0000.155.41141051125 0001 5000.1374.91231101120 0001800.1266.91341101021 0002300.1370.7143100932 0001 3000.1161.41531051033 0001 6000.1478.7干热前生草乌细菌:3.6105 cfu/g 霉菌:1.6105 cfu/g;乌头类双酯型生物碱含量:0.18%根据实验的结果可知,细菌数和霉菌数均符合1105 cfu/g,符合抑菌设定要求,因此在各因素拟合回归中,将以转移率为响应值,得到回归方程如下:转移率=-5 323+58.2 铺盘厚度+91.0 加热温度+97.0 加热时长-4.42 铺盘厚度铺盘厚度-0.425 7 加热温度加热温度-4.92 加热时长加热时长-0.305 铺盘厚度加热温度+0.25 铺盘厚度加热时长+0.015加热温度加热时长回归决定系数 R-sq=96.2%,回归模型 P=0.0050.05,说明失拟情况可接受。从下表 2 中可以看出加热温度对乌头类双酯型生物碱的转移率有显著影响(P=0.0040.05),铺盘厚度的二次效应、加热温度的二次效应、加热时长的二次效应均对乌头类双酯型生物碱的转移率有显著影响(P0.05)。表 2 Box-Behnken 实验结果分析项系数系数标准误T 值P 值方差膨胀因子常量79.631.3857.830.000/铺盘厚度2.1630.8432.560.0501.00加热温度4.2500.8435.040.0041.00加热时长0.9630.8431.140.3051.00铺盘厚度铺盘厚度-4.421.24-3.560.0161.01加热温度加热温度-10.641.24-8.570.0001.01加热时长加热时长-4.921.24-3.960.0111.01铺盘厚度加热温度-1.521.19-1.280.2571.00铺盘厚度加热时长0.251.190.210.8421.00加热温度加热时长0.081.190.060.9521.00响应曲线面图是响应值针对实验因素铺盘厚度、加热温度、加热时长所构成的响应面图形,可以直观的看出各参数之间的关系。本实验的响应面图形分析如图 1 所示。图 1 响应面优化模型的等值线图和曲面图(下转第 94 页)19第 1 期2024 年 2 月现代盐化工经营与管理No.1Feb.,2024学习氛围。或者可以建立员工交流平台,鼓励员工分享学习心得和经验,这样能够相互学习和成长。3.6 加强环境监测和管理应该建立一个定期的环境监测制度,对化验室的环境进行检测和评估,检测项目应包括空气质量、噪声和温湿度等指标,以确保实验环境符合相关标准。如果发现环境存在问题,应及时采取措施进行改善和修复。应制定一套完善的环境管理制度,明确各项管理职责和操作规范,包括实验室的日常清洁、废物处理和储存管理等方面。对化验过程中可能产生的污染环节进行严格的控制和管理,确保实验操作符合规范,减少污染源的产生。在环境管理中还应加强对化学品的管理和控制,化学品是实验中潜在的污染源,所以我们需要建立一个严格的化学品管理制度,包括化学品的储存、使用和处置等方面的规定,确保化学品的合理使用和安全管理,以减少污染风险。3.7 精确控制试剂用量要达到精确控制试剂使用量,就需要准确填写化工化验单,化工化验单通常应用于记录实验的步骤、试剂的名称和用量等重要信息,通过合理填写和使用化验单,可以有效地避免试剂使用的浪费和环境污染5。可以在化工化验单上详细列出所需试剂的名称和用量,按照实验的要求进行精准测量,在实验过程中,要严格按照化工化验单上的要求使用试剂,避免过量使用,而且化工化验单还可以记录试剂的来源和批次信息,以便追溯和管理。要精准控制试剂用量,应提高实验人员的技术水平和操作规范,所以实验人员应具备良好的实验技术和操作经验,熟练掌握设计的使用方法和计量技巧,在实验过程中严格按照规定遵守实验室的操作规范,确保试剂的准确用量。4 结语化工化验单位在实现无污染化验方面已取得了显著成就,通过借助先进的技术和设备能够成功减少废物的产生和排放,能够有效保护环境和人类健康6。但还应持续不断地进行创新和改进,致力于推动绿色化验的发展,为社会和环境作出更大贡献。参考文献:1 庄俊杰.化工企业水化验分析的质量控制方法J.化工设计通讯,2023,49(10):197 199.2 曲春林.化工化验设备的维修与改造方案J.石化技术,2023,30(7):209 211.3 张丽,刘爱燕.化工企业水化验分析研究J.化工设计通讯,2022,48(7):92 94.4 费咏丽.化工油品化验工作的重要性和安全性J.中国石油和化工标准与质量,2021,41(10):57 58.5 刘娜.化工化验单位实现无污染化验研究J.化工设计通讯,2021,47(4):150 151.6 颜晓棠.化工化验设备的维修与改造方案J.中国石油和化工标准与质量,2020,40(18):20 21.(上接第 91 页)2.4.3 最佳工艺的优化与放大工艺验证试验运用响应曲面分析中的响应优化器,以乌头类双酯型生物碱转移率最大为目标,模型给出的最佳参数为:铺盘厚度 3.2 cm,加热温度 105.9,加热时长10.1 h。为方便生产,实验最佳参数调整为:铺盘厚度3 cm,加热温度 106,加热时长 10 h,取不同批次的生草乌各 5 kg,验证有效性。实验结果乌头类双酯型生物碱的转移率波动范围 72%75%(n=10),RSD=4.2%(RSD5%),且位于 95%预测区间,对生草乌的有效成分保留以及抑菌效果均能符合预期。工艺稳定、可重复性好。3 讨论本实验工艺参数:加热温度 106,加热时间 10 h,铺盘厚度 3 cm。有效地保留了生草乌的乌头类双酯型生物碱,在生产前端有效抑制微生物数量,在后续的工艺步骤对微生物分级消杀,从而最终实现成品满足微生物限度要求。参考文献:1 国家药典委员会.中华人民共和国药典M.北京:中国医药科技出版社,2020.247.2 宋东江,陆满文,李汉青.乌头碱类化合物毒理学研究概况J.中国药理学通报,1989(5):272 274.3 赵斌秀,王妍彦,梁辰,等.脊髓灰质炎病毒与大肠杆菌热抗力的比较及有机物对热抗力影响的研究J.中国卫生检验杂志,2011,21(3):61 62.49