星点设计-效应面法优化姬松茸多糖分散片的处方

张彦青, 乔龙东，张婷, 叶媛媛, 张明春，解军波*

（1天津商业大学 生物技术与食品科学学院，天津 300134；2天津市食品生物技术重点实验室，天津 300134）

姬松茸（Agaricus blazei Murill），又叫巴西蘑菇，是一种珍贵的药食兼用真菌[1]。现代研究表明，姬松茸具有抗氧化[2]、抗肿瘤、免疫调节[3]、抗病毒[4]等多种生物活性，因此逐渐成为当前国内外食用菌研究开发的热点品种。姬松茸的化学成分种类多样，包括多糖、蛋白、核酸、甾醇、三萜以及脂肪酸[5-6]等。其中，多糖被认为是姬松茸主要的活性物质，具有显著的抗肿瘤[7]、抗氧化[8]、肾脏保护[9]、心肌保护[10]、免疫调节[11]、降血糖[12]等作用，在新型保健食品方面有较为广阔的开发前景,目前已经广泛应用于兽药等产品中[13-14]。

分散片是指在水中能迅速崩解并均匀分散的片剂[15]，与普通片剂、胶囊剂等固体制剂相比，具有制备简单、服用方便、崩解迅速及吸收快等特点。星点设计-效应面法具有实验次数少，精密度比传统的正交设计与均匀设计法更高、且预测值接近真实值的特点，尤其是对非线性模型的实验，分析所得结果的准确度更高[16-17]。

为了更好的开发利用姬松茸多糖资源，本研究采用湿粉制粒压片法制备多糖分散片，并采用星点设计-响应曲面法优化该分散片的处方，对姬松茸的综合利用和新产品开发具有一定的实践意义。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

姬松茸多糖 自制；β-环状糊精 郁南县永光环状糊精有限公司; 交联羧甲基纤维素钠天津市雅博生物工程技术有限公司；微晶纤维素 JRS PHARMA; 滑石粉、羟丙纤维素 北京凤礼精求商贸有限责任公司。

BP211D电子分析天平 德国Sartoriμs公司；DP30A型单冲式压片机 北京国药龙立科技有限公司；ZBS-6G智能崩解实验仪 天津大学无线电厂； YD-I片剂硬度测试仪天津市鑫洲科技有限公司。

1.2 实验方法

1.2.1 姬松茸多糖的制备 取姬松茸干品，粉碎，过60目筛，得姬松茸粉。将上述姬松茸粉进行微波提取[1]。将所得姬松茸水提液，冷却至室温，离心10分钟（4500r/分钟）。取上清液，加入5倍体积量乙醇，醇沉12小时，分取沉淀，并采用三氯醋酸法进行脱蛋白处理，即得。

1.2.2 分散片的制备 按湿法制粒压片法，将原辅料分别过100目筛，按试验设计中的处方比例称取姬松茸多糖、羟丙纤维素和微晶纤维素等，混合均匀后加入润湿剂(95%乙醇溶液)制成软材，过18目筛制湿颗粒，60℃干燥箱干燥1.5h，18目筛整粒，加入处方量的交联羧甲基纤维素钠、滑石粉，混合均匀后压片，片重为200mg。

1.2.3 崩解时限检查 按照2010年版《中华人民共和国药典》二部附录XA[18]崩解时限测定方法，随机取6片分散片，用崩解仪测定崩解时间，在3min内崩解视为合格。

1.2.4 分散均匀性检查 按照2010年版《中华人民共和国药典》二部附录IA[18]分散片项下要求，随机取6片分散片，振摇3min，应全部崩解并通过二号筛为合格。

1.2.5 硬度测定 按最佳工艺处方制备3批姬松茸多糖分散片，每批随机取6片，采用片剂硬度测试仪测定其硬度。

1.2.6 考察因素的确定 采用单因素考察法对处方中各影响因素的作用进行了初步考察，在单因素实验的基础上，以对姬松茸多糖分散片质量影响较大的姬松茸多糖用量（X1），交联羧甲基纤维素钠用量（X2）和羟丙纤维素的用量（X3）为自变量，以崩解时间（Y）采用星点设计设计3因素5水平实验，制备分散片（方法同1.2.1），并保证每片重200mg（±5%）。

1.2.7 效应面试验设计 本试验应用旋转CCD法(central composite design)进行设计，采用公式α=(2k)1/4计算α值（k：待考察因素的个数）。本试验中k为3，计算可得α=1.682；对每个因素确定5个水平（0、±1、±α），各因素及水平见表1。

表1 考察因素各水平的代码值及实际操作物理量Table 1 The code value and actual amount of investigated factors levels

1.2.8 最优实验条件的选择

将参数优化拟合后代入方程，得到Y值对实验因素的响应曲面关系。通过直观作图分析法或者对方程用求偏导等方法，可得到使Y值最低的因素值。本试验采用Microsoft Excel中规划求解功能求得曲面中最低点[19]。

2 结果与分析

2.1 星点设计实验结果

星点设计实验安排及结果见表2，以崩解时限作为评判姬松茸多糖分散片的考察指标，筛选最佳处方，同时考察其分散均匀性。

表2 星点设计实验安排及结果Table 2 The design and result of central composite design-response surface methodology

*：崩解时间大于300的以300计。

2.2 处方优化与预测

当考察多因素时，由于各因素之间存在相互影响关系，所对应的效应面往往弯曲度较大，线性模型相关系数较低，模型预测性较差，而采用二次以上的多元非线性方程式则能提高优化效果。本试验以X1、X2、X3为自变量,Y为因变量，进行多元线性回归和二次多项式回归，以拟合优度(R2)和置信度(P)作为模型的判定指标，如下所示：

多元线性模型：Y=B0+B1X1+B2X2+B3X3

二次多项式模型：Y=B0+B1X1+B2X2+B3X3+B4X1X2+B5X2X3+B6X1X3+B7X12+B8X22+ B9X32，其中B0为常数项。

数据经多元线性回归处理后，得拟合方程为：Y=105.95 + 77.59X1-26.41X2+26.61X3(R2=0.7734, p=0.0018)，由R2值（0.7734）可知，Y值与各因素之间线性相关性较差。因此，进一步采用二次多项式非线性回归拟合，所得方程如下：Y = 72.22 +77.59X1- 26.41X2+23.61X3-9.50X1X2+ 32.25X1X3-14.25X2X3+26.13X12+37.80X22- 14.53X32(R2=0.9309, p=0.0024) 。结果（R2=0.9309）表明，拟合效果明显优于多元线性回归，因此可以作为本试验分析及预测的模型。

对各项系数进行方差分析，结果见表3。p值代表各项系数的可信程度，由显著性检验可知，模型中一次项X1(p<0.001)极显著，二次项X22(p<0.05)显著，其它因素不显著。表明多糖用量对姬松茸多糖分散片的崩解时间有显著影响。

表3 二项式回归模型系数显著性检验表Table 3 Regression coefficients and analysis of of the response surface model

根据二项式拟合方程，采用软件描绘Y值对两因素的三维效应面图 (其他1个自变量设为中心点值) ，见图1-3。

图1 Y值对X1和X2的三维效应面图Fig.1 Three-dimensional response surface of Y in relation to X1 and X2

由图1可知，当固定多糖用量不变时，随着交联羧甲基纤维素钠用量的增大，分散片的崩解时间呈先减少后增加的趋势；而固定交联羧甲基纤维素钠用量不变时，随着多糖用量的增大，崩解时间呈现增加的趋势。

图2 Y值对X1和X3的三维效应面图Fig.2 Three-dimensional response surface of Y in relation to X1 and X3

由图2可知，当固定羟丙纤维素用量不变时，随着多糖用量的增大，分散片的崩解时间呈增加的趋势；只有当多糖用量较大时（50%），羟丙纤维素的用量对崩解时间的影响较明显。

图3 Y值对X2和X3的三维效应面图Fig.3 Three-dimensional response surface of Y in relation to X2 and X3

由图3可知，当固定羟丙纤维素用量不变时，随着交联羧甲基纤维素钠的增大，分散片的崩解时间呈先减少后增加的趋势；羟丙纤维素的用量对崩解时间的影响较小。

在三维效应面图中，选取较理想的区域，考察其Y值较小的自变量范围，结合实际生产工艺，优化最佳处方条件为多糖用量27.54%，交联羧甲基纤维素钠7.79%，羟丙纤维素4.17%，微晶纤维素59.5%，滑石粉1%。

按照优化处方比例及1.2.2项下姬松茸多糖分散片的制备方法，制备姬松茸多糖分散片3批，检测其片剂的崩解时间，结果见表4。

表4 最优化处方的预测值与实测值的比较（崩解时间）Table 4 Comparison of measured value and predicted value of optimal formulation（disintegrating time）

1 22.62 23 1.68 3.07 2 22.62 23.2 2.56 2.34 3 22.62 23.4 3.45 1.93

从表4可知，各项指标误差均小于5%，说明本试验所建立的模型方程能非常好地描述效应面与各因素之间的关系。

使用片剂硬度测定仪对3批姬松茸多糖分散片的硬度进行测定，结果见表5。

表5 硬度测定结果Table 5 The results of hardness test

由上表可知，3批姬松茸多糖分散片的硬度均在3.0～5.0kg范围内，RSD均小于2%，说明该处方工艺满足分散片的制备要求。

3 结论

本研究通过星点设计法，对处方进行优化，进行二元多项式拟合，并利用响应面模型对崩解时间进行方差分析，绘制了崩解时间与影响显著的自变量的三维效应面，得出预测条件和预测结果。优化处方是姬松茸多糖27.54%，交联羧甲基纤维素钠7.79%，羟丙纤维素4.17%，微晶纤维素59.5%，滑石粉1%。按此处方制备了3批分散片，其实测值与预测值的偏差较小，说明该方法预测性能较好，可以准确地优化姬松茸多糖分散片的处方。

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