全 文 ：星点设计效应面法优化生地黄低聚糖吸入
粉雾剂的制备工艺
丁礼琴，刘力，徐德生
（上海中医药大学 附属曙光医院，上海 ２０００２１）
［摘要］ 目的：优化生地黄低聚糖吸入粉雾剂（ＲＧＯＳＤＰＩ）的制备工艺。方法：以喷雾干燥法制备微粉，分别测定收率、
吸湿率、排空率和平均粒径，以总评“归一值”为评价指标，采用星点设计考察进口温度、甘露醇在辅料总量中的比例以及待喷
液浓度３因素对制备工艺的影响，对结果分别进行多元线性和二项式方程拟合，效应面法优选最佳条件并进行预测分析。结
果：从相关系数上看，总评“归一值”用二项式方程拟合较好，根据优化条件制备的ＲＧＯＳＤＰＩ的得率７８６０％，吸湿率５９３％，
排空率９４２０％，平均粒径２５３７μｍ。结论：星点设计可用于优化制备工艺，优选的 ＲＧＯＳＤＰＩ制备工艺稳定可行，微粉粒径
大小适宜，可满足肺部吸入给药的要求。
［关键词］ 生地低聚糖；吸入粉雾剂；星点设计；效应面法
［收稿日期］ ２００９０３３１
［基金项目］ 上海市科委中药现代化专项基金（０５ＤＺ１９７０２）
［通信作者］ 刘力，Ｔｅｌ：（０２１）５３８２１６５０７２１，Ｅｍａｉｌ：ｌｉｕｌｉ２７５０＠ｈｏｔｍａｉｌ．
ｃｏｍ
［作者简介］ 丁礼琴，在读博士生，从事中药活性成分的剂型研究，
Ｅｍａｉｌ：ｌｑｄｉｎｇ２００５＠１６３．ｃｏｍ
生地黄为玄参科多年生草本植物地黄 Ｒｅｈｍａｎ
ｎｉａｇｌｕｔｉｎｏｓａＬｉｂｏｓｃｈ．的干燥块根，具有清热凉血、养
阴生津的功效［１］。其中的糖类是地黄的有效成分
之一，药理研究表明具有降血糖［２］等作用。另外，
研究表明生地黄低聚糖（ｒｅｈｍａｎｎｉａｇｌｕｔｉｎｏｓａｏｌｉｇｏ
ｓａｃｃｈａｒｉｄｅｓ，ＲＧＯＳ）口服胃肠道吸收很少，生物利用
度低［３］。注射剂制作成本高，工艺复杂，影响质量
的因素很多。吸入粉雾剂（ｄｒｙｐｏｗｄｅｒｉｎｈａｌｅｒ，ＤＰＩ）
因具有给药剂量较大，药物以干粉的状态储存，不易
降解等居多优点而成为研究热点之一。
星点设计（ｃｅｎｔｒａｌｃｏｍｐｏｓｉｔｅｄｅｓｉｇｎ，ＣＣＤ）是在
析因设计的基础上，加上星点及中心点而形成的实
验次数较少、可采用三维效应面（ｔｈｒｅｅｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ
ｒｅｓｐｏｎｓｅｓｕｒｆａｃｅ）进行数据处理与拟合的实验设计
方法［４］，已在药物提取和处方工艺的优化中有一定
的应用［５７］。本实验采用星点设计优化 ＲＧＯＳＤＰＩ
的制备工艺。
１ 材料
生地黄低聚糖（曙光医院制剂室提供），甘露醇
（药用级，青岛明月海藻集团有限公司），Ｌ亮氨酸
（药用级，上海耕奔生物技术有限公司）。
Ｂ２９０喷雾干燥器（瑞士Ｂｕｃｈｉ），９０１双向磁力
搅拌器（上海亚荣生化仪器厂），ＸＬ３０ＥＳＥＭ扫描电
镜（美国 Ｐｈｌｉｐ），吸入粉雾剂装置（上海天平制药
厂），雾化性能测试装置（自制），Ｍａｓｔｅｒｓｉｚｅｒ２０００激
光粒度测定仪（英国马尔文仪器有限公司），３号明
胶胶囊（上海广得利胶囊有限公司）。
２ 方法和结果
２．１ 生地黄低聚糖吸入粉雾剂的制备
采用喷雾干燥法制备微粉。称取处方量的生地
黄低聚糖、甘露醇和 Ｌ亮氨酸溶于适量蒸馏水中，
过０４５μｍ微孔滤膜，滤液进行喷雾干燥。喷雾各
参数为：进口温度９０～１２０℃；出口温度６０～８０℃；
喷雾速度１５％；抽气速度１００％；喷嘴气流速度８００
Ｌ·ｈ－１。得白色粉末，分装于３号胶囊中即得生地
黄低聚糖吸入粉雾剂。
２．２ 生地黄低聚糖吸入粉雾剂形态、粒径、得率、吸
湿性和排空率的测定
２．２．１ 粉末的形态 以扫描电镜观察微粉的表面
形态和圆整性。
２．２．２ 粒度分布及平均粒径 以 Ｍａｓｔｅｒｓｉｚｅｒ２０００
激光粒度仪采用干法对微粉进行粒径测定。
２．２．３ 粉体的收率 以喷雾干燥前称取的生地黄
低聚糖和辅料总重记为Ｗ１，干燥后收集的粉体总量
为Ｗ２，则微粉收率＝Ｗ２／Ｗ１×１００％。
２．２．４ 粉体的吸湿性 称取约０５ｇ粉末于已恒
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重的称量瓶中，将称量瓶敞口放入干燥器中脱湿２４
ｈ后称重，将样品重记为 Ｗ１，样品和称量瓶总重记
为Ｗ２，转移到相对湿度为７５％（饱和氯化钠溶液）
的干燥器中，２５℃恒温，放置２４ｈ后，取出称重记为
Ｗ３，则２４ｈ吸湿百分率＝（Ｗ３－Ｗ２）／Ｗ１×１００％。
２．２．５ 粉体的排空率 采用自制装置：即由１个雾
化瓶和真空泵组成，两者之间连接１个玻璃转子流
量计。称取一定量的粉末，填装于３号明胶胶囊内，
精密称定记为 Ｗ１，将胶囊两端打孔，待调整流量计
使气流量至６０Ｌ·ｍｉｎ－１时，将胶囊置于雾化瓶顶部
胶塞处，此时胶囊内的药粉即在雾化瓶中雾化，连续
４次，每次１５ｓ。将用过的胶囊壳从胶塞处取出，
精密称重记为 Ｗ２，以小毛刷拭净残留内容物，再分
别称囊壳重记为Ｗ３，则每粒胶囊的排空率 ＝（Ｗ１－
Ｗ２）／（Ｗ１－Ｗ３）×１００％。
２．３ 优化试验
２．３．１ 试验设计 在预实验基础上，选择对粉体的
平均粒径、吸湿性和排空率影响较为显著的３个因
素作为考察对象，即进口温度（Ｘ１）、甘露醇在辅料
总量中的比例（Ｘ２）以及待喷液浓度（Ｘ３）。根据单
因素实验结果以及在最高或最低水平时制备粉雾剂
的可行性，综合选择各因素的水平，见表１。
表１ 星点设计因素水平
水平 Ｘ１／℃ Ｘ２／％ Ｘ３／％
－１７３２ ９０ ５０ １
－１ ９６ ５８５ ２５
０ １０５ ７０ ４５
＋１ １１４ ８１５ ６５
＋１７３２ １２０ ９０ ８
２．３．２ 数据处理 分别测定粉体的收率、吸湿率、
排空率、平均粒径４个指标，根据 Ｈａｓｓａｎ方法将每
个指标进行“归一值”，求各指标“归一值”的几何平
均数得总评“归一值”（ｏｖｅｒａｌｄｅｓｉｒａｂｉｌｉｔｙ，ＯＤ），见表
２。以总评“归一值”（Ｙ）为因变量，分别对各因素
（自变量）用Ｓｔａｔｉｓｔｉｃａ６０统计软件进行多元线性回
归和二项式拟合。多元线性方程 Ｙ＝Ａ１＋Ａ２Ｘ１＋
Ａ３Ｘ２＋Ａ４Ｘ３，多元二项式方程 Ｙ＝Ｂ１ ＋Ｂ２Ｘ１ ＋
Ｂ３Ｘ２＋Ｂ４Ｘ３＋Ｂ５Ｘ１Ｘ３＋Ｂ６Ｘ２Ｘ３＋Ｂ７Ｘ１Ｘ２＋Ｂ８Ｘ
２
１＋
Ｂ９Ｘ
２
２＋Ｂ１０Ｘ
２
３，模型的好坏通过 ｒ进行判断。对于二
项式方程，根据统计软件对各项系数进行的 ｔ检验
结果，删除 Ｐ＞０８的项后，再进行二项式方程拟
合，达到简化模型目的。
表２ 星点设计与结果
Ｎｏ．
考察指标
收率／％ 吸湿率／％ 排空率／％ 平均粒径／μｍ
总评
“归一值”
１ ７３３５ ５６０ ９０９５ ３０４２ ０４３３
２ ７７７５ ５１１ ９２７６ ２７９４ ０５４５
３ ７５０５ ５３０ ８２７５ ２４９７ ０４２５
４ ７５００ ５０１ ８５７８ ２７５４ ０４６０
５ ８２４０ ５６６ ９１６４ ３４６３ ０４７９
６ ８３３０ ５３５ ９３７８ ３９０９ ０４５２
７ ８３３０ ５１６ ９０９０ ３１１１ ０５４８
８ ８５００ ４９２ ９５４２ ３４１４ ０５７５
９ ７７６０ ５５９ ９３８６ ２９１２ ０５１２
１０ ８０７５ ５０７ ９８２８ ２９０４ ０６０７
１１ ７９５５ ５２９ ９８９４ ３７４２ ０４８６
１２ ８１００ ６２０ ７８７６ ２８７４ ０３３２
１３ ６７００ ５８０ ９７０３ １９７８ ０３６６
１４ ８７５０ ５３５ ９６２９ ３４２９ ０５６９
１５ ８０７５ ５０４ ９２９９ ２７８６ ０５８１
１６ ８１７０ ５１０ ９１５８ ３０２１ ０５５３
１７ ８１０５ ４９１ ９３４７ ２７２２ ０６００
１８ ８１２５ ５１９ ９２００ ２９３２ ０５５６
１９ ８０９０ ５０９ ９２６８ ２９２０ ０５６５
２０ ８１６５ ５０５ ９３５８ ２８０６ ０５９１
各指标经统计学处理拟合，多元线性回归方程
Ｙ＝０２３５１＋０００２５Ｘ１－０００１Ｘ２＋００１９３Ｘ３，ｒ＝
０５０；二项式方程 Ｙ＝－１８０７９＋０００７１Ｘ１ ＋
００４７５Ｘ２ ＋００９１７Ｘ３ －０００１Ｘ１Ｘ３ ＋０００１６
Ｘ２Ｘ３－００００４Ｘ
２
２－０００８２Ｘ
２
３，ｒ＝０９１。从拟合方程
的相关系数可见，多元线性回归方程的相关系数较
低，表示自变量与因变量之间线性相关性较差，所以
不宜用线性模型，而多元二项式拟合方程相关系数
较高，拟合效果较好。其中，Ｘ１，Ｘ２，Ｘ３，Ｘ
２
２，Ｘ
２
３项为３
因素对总评“归一值”的单独作用，Ｘ１Ｘ３和Ｘ２Ｘ３项为
因素的交互作用；方程从整体上表达了各因素及其
相互作用对总评“归一值”的影响。根据方程描述
因变量与自变量的三维效应面和二维等高线图，选
取较优制备工艺条件。
２．３．３ 效应面优化和预测 根据二项式方程，采用
Ｓｔａｔｉｓｔｉｃａ６０软件绘制效应面图，通过各效应面的
重合叠加，确定较优工艺条件。以总评“归一值”为
因变量，相对于其中２个自变量的三维效应面见图
１～３。
由图可见，在一定区域内，总评“归一值”随着
进口温度的增加而增加，随着甘露醇在辅料中的比
例的增加先增加后减小，随着待喷液浓度的增加先
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图１ Ｙ与Ｘ１和Ｘ２的三维效应面图
图２ Ｙ与Ｘ１和Ｘ３的三维效应面图
图３ Ｙ与Ｘ２和Ｘ３的三维效应面图
增加后减小。每个效应面都具有较优区域，将各效
应面的较优区域进行重叠，可进一步缩小较优区域
的范围，从中筛选出较优的取值范围，分别为进口温
度１１０～１２０℃，甘露醇在辅料中的比例 ６５％ ～
７８％和待喷液浓度２０％～５５％。
２．４ 工艺验证
根据上述较优范围，综合评价后的最佳工艺参数
为：进口温度１２０℃，甘露醇在辅料中的比例为７５％，
待喷液浓度３％，以此条件制备３批生地黄低聚糖吸
入粉雾剂，分别测定粉体的收率、吸湿率、排空率和平
均粒径，并对预测结果进行验证，结果见表３。
表３ 验证试验
批次
平均粒径
／μｍ
收率
／％
吸湿率
／％
排空率
／％
偏差１）
／％
平均偏差
／％
０８１０３０１ ２６２８ ７８４ ６０７ ９４３６ ９１０
０８１０３０２ ２５２９ ７８２ ５８６ ９４９３ ４３８ ５７０
０８１０３０３ ２４５３ ７９２ ５８５ ９３３０ ３６２
注：１）偏差＝（Ｖ预测 －Ｖ实测）／Ｖ预测 ×１００％。
由表３可见，平均偏差为５７０％，偏差较小，模
型预测性越好，说明本实验得到的拟合方程可以较
好的描述因素与指标的关系，所得微粉呈圆球形，分
散良好，主要分布在１～５μｍ，见图４，符合肺病给
药的粒径要求。
图４ ＲＧＯＳＤＰＩ扫描电镜图（×３０００）
３ 讨论
通常情况下，各因素对效应的影响并非呈线性
关系，国内一般采用正交设计和均匀设计优化工艺，
即用线性数学模型进行拟合，实验次数虽少，但精度
不够，预测性较差。近年来，星点设计效应面法通
过非线性模型拟合得出最佳条件，弥补了前两者的
不足，最佳条件下效应的预测值和实测值偏差较小，
结果较理想。
在工艺和处方筛选中，通常需兼顾多个指标，对
于非量化的指标，除了依经验判断外，尚可采用打分
制，然打分制有一定的主观性，往往预测性不好。本
实验所选取的指标均为量化指标，根据每个指标优
选的条件可能会相互矛盾，因此，将每个指标均标准
化为０～１的“归一值”，求各指标“归一值”的几何
平均数得总评“归一值”。以总评“归一值”为优化
指标，优选的制备工艺实测值与预测值吻合较好。
利用肺部给药的优点，本实验研究生地黄低聚
糖非注射给药途径吸入粉雾剂，力求为临床提供一
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种使用方便、疗效高、患者顺应性较好的新剂型，并
采用星点设计效应面法确定了制备工艺，得到的微
粉的平均粒径符合粉雾剂标准，但粒度分布较宽，在
以后的实验中需要进一步优化工艺条件以期得到粒
度分布较窄的微粉。
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ｇｌｕｔｉｎｏｓａｏｌｉｇｏｓａｃｃｈａｒｉｄｅｓｂｙｃｅｎｔｒａｌｃｏｍｐｏｓｉｔｅｄｅｓｉｇｎａｎｄ
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ｍａｔｈｅｍａｔｉｃａｌｙｂｙＨａｓｓａｎ＇ｓｍｅｔｈｏｄ．Ｏｖｅｒａｌｄｅｓｉｒａｂｉｌｉｔｙｗａｓｃａｌｃｕｌａｔｅｄｆｒｏｍｔｈｅｇｅｏｍｅｔｒｉｃｍｅａｎｏｆｔｈｅｆｏｕｒｄｅｓｉｒａｂｉｌｉｔｉｅｓｏｆｅａｃｈｆｏｒｍｕ
ｌａｔｉｏｎ．Ｔｈｅｅｆｅｃｔｓｏｆｉｎｆｌｕｅｎｃｅｆａｃｔｏｒｓｓｕｃｈａｓｔｈｅｉｎｌｅｔｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ，ｔｈｅｃｏｎｔｅｎｔｓｏｆｍａｎｎｉｔｏｌｉｎｔｈｅｔｏｔａｌａｍｏｕｎｔｏｆａｄｊｕｖａｎｔａｎｄｓｏｌｕ
ｔｉｏｎｄｅｎｓｉｔｙｗｅｒｅｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄｕｓｉｎｇｃｅｎｔｒａｌｃｏｍｐｏｓｉｔｅｄｅｓｉｇｎａｎｄｒｅｓｐｏｎｓｅｓｕｒｆａｃｅｍｅｔｈｏｄ．Ｔｈｅｄａｔａｏｆｏｖｅｒａｌｄｅｓｉｒａｂｉｌｉｔｙｗｅｒｅａｎａ
ｌｙｚｅｄｕｓｉｎｇｍｕｌｔｉｌｉｎｅａｒｅｑｕａｔｉｏｎａｎｄｓｅｃｏｎｄｏｒｄｅｒｐｏｌｙｎｏｍｉａｌｅｑｕａｔｉｏｎｆｏｒｓｅｌｅｃｔｉｎｇｔｈｅｏｐｔｉｍａｌｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓｆｏｒＤＰＩｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ．Ｒｅｓｕｌｔ：
Ｔｈｅｍｅｔｈｏｄｏｆｓｅｃｏｎｄｏｒｄｅｒｐｏｌｙｎｏｍｉａｌｅｑｕａｔｉｏｎｗａｓｓｕｐｅｒｉｏｒｔｏｍｕｌｔｉｌｉｎｅａｒｅｑｕａｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄｉｎｖｉｅｗｏｆｔｈｅｃｏｒｅｌａｔｉｏｎｃｏｅｆｉｃｉｅｎｔｓ．
Ｕｎｄｅｒｔｈｅｏｐｔｉｍａｌｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ，ｔｈｅｙｉｅｌｄ，ｍｏｉｓｔｕｒｅａｂｓｏｒｐｔｉｏｎｒａｔｅ，ｅｍｐｔｙｉｎｇｒａｔｅａｎｄｍｅａｎｄｉａｍｅｔｅｒｏｆｔｈｅＲＧＯＳＤＰＩｗｅｒｅ７８６０％，
５９３％，９４２０％ ａｎｄ２５３７μｍ，ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ．Ｃｏｎｃｌｕｓｉｏｎ：Ｔｈｅｃｅｎｔｒａｌｃｏｍｐｏｓｉｔｅｄｅｓｉｇｎｃａｎｂｅｕｓｅｄｔｏｏｐｔｉｍｉｚｅｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ．Ｔｈｅ
ｏｐｔｉｍｉｚｅｄｐｒｏｃｅｓｓｆｏｒＲＧＯＳＤＰＩｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎｉｓｓｔａｂｌｅａｎｄｆｅａｓｉｂｌｅ．Ｔｈｅｄｉａｍｅｔｅｒｏｆｍｉｃｒｏｐｏｗｄｅｒｉｓｓｕｉｔａｂｌｅｗｈｉｃｈｃａｎｍｅｅｔｔｈｅｄｅ
ｍａｎｄｓｏｆｐｕｌｍｏｎａｒｙｄｅｌｉｖｅｒｙ．
［Ｋｅｙｗｏｒｄｓ］ Ｒｅｈｍａｎｎｉａｇｌｕｔｉｎｏｓａｏｌｉｇｏｓａｃｃｈａｒｉｄｅｓ；ｄｒｙｐｏｗｄｅｒｉｎｈａｌａｔｉｏｎ；ｃｅｎｔｒａｌｃｏｍｐｏｓｉｔｅｄｅｓｉｇｎ；ｒｅｓｐｏｎｓｅｓｕｒｆａｃｅｍｅｔｈｏｄ
［责任编辑 周驰］
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