鸡蛋壳制备的谷氨酸螯合钙片剂配方及工艺研究

胡　荣，马宇熙,陈　铮,乔　峰,李瑾瑜,王子荣，*

(1.新疆农业大学食品科学与药学学院,新疆乌鲁木齐 830052；2.乌鲁木齐市疾病预防控制中心，新疆乌鲁木齐 830026)



鸡蛋壳制备的谷氨酸螯合钙片剂配方及工艺研究

胡荣1，马宇熙2,陈铮1,乔峰1,李瑾瑜1,王子荣1，*

(1.新疆农业大学食品科学与药学学院,新疆乌鲁木齐 830052；2.乌鲁木齐市疾病预防控制中心，新疆乌鲁木齐 830026)

研究以鸡蛋壳为原材料制备的谷氨酸螯合钙片剂成型的配方及工艺。采用粉末直接压片法,在单因素的基础上,根据Box-Behnken的原理设计,以谷氨酸螯合钙、微晶纤维素、羟丙基甲基纤维素、微粉硅胶的添加量为响应因素,片剂综合评分指标为响应值,进行谷氨酸螯合钙片制备工艺优化的响应面实验。实验结果表明片剂各组分最佳添加量为:谷氨酸螯合钙40.57%、微晶纤维素40.88%、羟丙基甲基纤维素20.16%、微粉硅胶1.54%。在最佳条件下,片剂的综合评分为9.99分,与预测值10.00分吻合较好,实验最优配方制得的谷氨酸螯合钙片剂表面光滑、色泽均匀、不易裂片、溶解性能好。这不仅降低了氨基酸螯合钙片剂原材料的成本,同时也为钙制剂的研制提供了参考。

谷氨酸螯合钙,片剂,响应面,工艺

我国是世界上鸡蛋生产和消费最多的国家,随着鸡蛋生产与消费的日益增加,每年约有400万t[1]蛋壳(占全蛋质量12%～13%[2])被废弃,造成了一定的环境污染和资源浪费。而鸡蛋壳中钙含量高达36.4%[3],是一种天然、安全、含有必要的微量元素组织[4-5]、高度结合的生物钙,是开发壳源补钙产品的良好资源。氨基酸螯合钙既能满足机体对钙元素的需要,又能起到补充氨基酸的作用。氨基酸螯合钙与传统补钙制剂如磷酸钙、碳酸钙、葡萄糖酸钙等相比,易于被人体吸收[6]、副作用小,且吸收率高[7-9]。

目前,氨基酸螯合钙的研究主要集中在提取工艺、纯化、生物利用率[10-11]等方面,其产品主要有氨基酸螯合钙片和复合氨基酸螯合钙胶囊[12-13]。市售的氨基酸螯合钙补钙产品的主要成分为碳酸钙,而以具有生物活性的鸡蛋壳制备谷氨基酸螯合钙为主要成分的制剂鲜见报道。因此,实验在前期研究鸡蛋壳制备谷氨酸螯合钙工艺的基础上,以谷氨酸螯合钙、微晶纤维素、羟丙基甲基纤维素、微粉硅胶的添加量为响应因素,片剂综合评分为响应值,采用响应面分析法优化谷氨酸螯合钙片剂成型配方及工艺。以期在提高鸡蛋壳的附加值的同时,也为新型钙制剂的研制提供了参考。

表1　多指标综合评分法评分标准

1　材料与方法

1.1材料与仪器

谷氨酸螯合钙粉(纯度>90%)实验室自制;微晶纤维素、玉米淀粉、麦芽糊精、羧甲基淀粉钠、羟丙基甲基纤维素、可压性淀粉、微粉硅胶、滑石粉、硬脂酸镁均为食品级上海运宏辅料有限公司。

FW-100高速万能粉碎机北京市永光明医疗仪器厂;DHG-9070A电热恒温鼓风干燥箱上海恒科技有限公司;100目国家标准筛上海东星建材实验设备有限公司;DP-30(A)单冲压片机北京国药龙立科技有限公司;CJY-300D型片剂脆碎度检测仪、YPJ-200A型片剂硬度仪上海黄海药检仪器有限公司;ZBS-6G智能崩解实验仪天津市天大天发科技有限公司。

1.2实验方法

1.2.1谷氨酸螯合钙片剂的制备工艺流程超微粉碎鸡蛋壳粉、谷氨酸和蒸馏水(蛋壳粉∶谷氨酸=1∶3,液料比=20∶1)→调节pH(pH7)→搅拌→保温螯合(70℃水浴60 min)→抽滤→冷冻干燥→纯化→干燥→粉碎→谷氨酸螯合钙粉→填充剂、崩解剂→称量→研细→过筛→混匀润滑剂→压片→杀菌→检测→成品

1.2.2相关指标的测定对粉体的压缩度[14]、休止角[15]、吸湿性[16]及不同配方片剂的硬度、脆碎度[17]、崩解时限[18]进行测定。

1.2.3片剂综合评分法 评分标准:参照《中国药典》2010版附录,以片剂的外观性状、硬度、脆碎度、崩解时限为评价指标。总分为10分,外观性状总分为3分;硬度总分为2分;脆碎度总分为2分;崩解时限总分为3分。对每组片剂外观进行评价,并测定其硬度、脆碎度和崩解时限,进行评分,总分为各项得分之和。综合评分越高,说明片剂质量越好。具体评分标准见表1。

1.2.4辅料的筛选在预实验的基础上,称取一定量的谷氨酸螯合钙粉3粉,分别与50%的填充剂(微晶纤维素、麦芽糊精、玉米淀粉)、5%的崩解剂(羧甲基淀粉钠、羟丙基甲基纤维素、可变性淀粉)和1.5%的润滑剂(硬脂酸镁、微粉硅胶、滑石粉)混合均匀,过100目筛,制得不同的配方,用单冲压片机进行压片,并留空白样作为对照。根据不同配方的粉末的压缩度、吸湿性和片剂的硬度、崩解时限、崩解现象及粉末的休止角进行综合评价,筛选出最佳辅料。

1.2.5谷氨酸螯合钙片剂成型工艺单因素实验在预实验的基础上,分别考察谷氨酸螯合钙粉添加量(25%、30%、35%、40%、45%、50%)、微晶纤维素添加量(25%、30%、35%、40%、45%、50%)、羟丙基甲基纤维素添加量(10%、15%、20%、25%、30%、35%)和微粉硅胶添加量(0.5%、1.0%、1.5%、2.0%、2.5%、3.0%)对片剂综合评分的影响。

1.2.6响应面法优化谷氨酸螯合钙片制备工艺在单因素实验基础上,选择谷氨酸螯合钙添加量(A)、微晶纤维素添加量(B)、羟丙基甲基纤维素添加量(C)、微粉硅胶添加量(D)为响应因素,以片剂综合评分为响应值,设计四因素三水平的组合实验,见表2。

表2　谷氨酸螯合钙片剂成型工艺优化Box-Behnken实验因素表

2　结果与分析

2.1辅料筛选的结果

2.1.1填充剂筛选结果

2.1.1.1压缩度测定结果填充剂压缩度测定结果见表3。

压缩度反映粉末的成型性,压缩度越小,粉末越易成型,越利于压片。粉体压缩度在大于28%时流动性很差[19],由表3可知压缩度依次为:谷氨酸螯合钙粉﹤微晶纤维素﹤玉米淀粉﹤麦芽糊精,微晶纤维素的压缩度显著优于麦芽糊精、玉米淀粉,微晶纤维素和谷氨酸螯合钙粉的压缩度差异不显著,二者的压缩度较为接近。

表3　主料及填充剂压缩度

注:同一行不同字母表示差异显著,相同字母表示差异不显著,表4～表6同。

2.1.1.2粉末吸湿性测定结果谷氨酸螯合钙粉及三种填充剂的吸湿性测定结果如图1。

图1　谷氨酸螯合钙粉及三种填充剂的吸湿曲线Fig.1　Water-absorbing capacity of glutamate chelating calcium and three types of fillers

由图1可知,谷氨酸螯合钙粉的吸湿性较强,压片时对粉末的流动性影响很大,因此需要加入适宜的辅料。吸湿程度依次为:谷氨酸螯合钙粉﹥麦芽糊精﹥玉米淀粉﹥微晶纤维素。微晶纤维素的吸湿性最小,且吸湿后粉体性状变化不大。

2.1.1.3硬度及崩解时限测定结果谷氨酸螯合钙粉及三种填充剂的硬度及崩解时限测定结果见表4。

表4　谷氨酸螯合钙粉和三种填充剂的硬度和崩解时限

片剂应有适宜的硬度,以免在包装、运输过程中破碎或磨损,参照《中国药典》2010版附录可知,一般要求口服普通片的硬度大于40 N。由表4可知,玉米淀粉组的崩解时限与麦芽糊精组、微晶纤维素组的崩解时限差异显著,微晶纤维素组的硬度显著优于麦芽糊精组。微晶纤维素组的硬度和崩解时限较谷氨酸螯合钙粉组有显著提高。

综上分析,通过压缩度、吸湿性、硬度及崩解时限的结果综合评定,选微晶纤维素作为填充剂。

2.1.2崩解剂筛选结果崩解现象和崩解时限测定结果见表5。

表5　三种崩解剂的崩解现象和崩解时限

片剂口服后,需要崩解、溶解才能为机体吸收,参照《中国药典》2010版附录可知,口服普通片应在15 min中内全部崩解。由表5可知,羧甲基淀粉钠组和羟丙基甲基纤维素组的崩解现象和崩解时限均显著优于可变性淀粉组,其中羟丙基甲基纤维素组崩解后分散均匀度优于羧甲基淀粉钠组,且更有利于粉末的溶出。因此,选择羟丙基甲基纤维素为崩解剂。

2.1.3润滑剂筛选结果谷氨酸螯合钙粉及三种配方的休止角结果见表6。

表6　不同配方的休止角

由表6可知,四组粉末的休止角依次为:谷氨酸螯合钙粉组﹥滑石粉组﹥硬脂酸镁组﹥微粉硅胶组,微粉硅胶组和硬脂酸镁组的休止角小于40°[20],且这两组的休止角均显著优于滑石粉组。由于加入微粉硅胶能提高主料的崩解和溶出[21]。因此,选择微粉硅胶为润滑剂。

2.1.4辅料的综合筛选结果通过实验的筛选,选定谷氨酸螯合钙片的辅料:微晶纤维素为填充剂、羟丙基甲基纤维素为崩解剂、微粉硅胶为润滑剂。

2.2谷氨酸螯合钙片剂成型工艺单因素实验结果

2.2.1谷氨酸螯合钙添加量对片剂品质的影响由图2可知,在谷氨酸螯合钙的添加量从25%增加到40%的过程中,片剂的综合评分呈显著增加,在添加量为40%时,综合评分达到最大值;但随着添加量的继续增大,片剂的综合评分减小。这是因为随着谷氨酸螯合钙添加量增大,其对片剂的硬度、崩解时限有一定影响,导致片剂的综合评分降低。

图2　不同谷氨酸螯合钙添加量对片剂综合评分的影响Fig.2　The influence of different calcium glutamate on the table composite score

2.2.2微晶纤维素添加量对片剂品质的影响由图3可以看出,不同微晶纤维素的添加量对片剂综合评分有显著影响,片剂综合评分随微晶纤维素添加量的增大,呈先增大后减小的趋势。添加量为40%时,片剂综合评分达到最大值,当添加量继续增加时,片剂的硬度偏大,片剂的综合评分减小。

图3　不同微晶纤维素添加量对片剂综合评分的影响Fig.3　The influence of different microcrystalline cellulose on the table composite score

2.2.3羟丙基甲基纤维素添加量对片剂品质的影响由图4可知,随着羟丙基甲基纤维素添加量的增加,片剂的综合评分总体上先增大后减小,当添加量为20%时,片剂综合评分达到最大值,若添加量进一步增大,片剂综合评分呈明显减小,这是因为随着添加量的增大,对片剂的崩解时限、脆碎度有影响,导致综合评分的减小。

图4　不同羟丙基甲基纤维素添加量对片剂综合评分的影响Fig.4　The influence of different hydroxypropyl methylcellulose on the table composite score

2.2.4微粉硅胶添加量对片剂品质的影响由图5可知,随着微粉硅胶添加量的增大,片剂的综合评分增大,添加量为2%时,片剂的综合评分达到最大值,但其添加量进一步增大时,片剂综合评分呈减小趋势,是因为微粉硅胶添加量对片剂的外观、脆碎度产生影响,导致综合评分减小。

图5　不同微粉硅胶添加量对片剂综合评分的影响Fig.5　The influence of different micro-silicae on the table composite score

2.3谷氨酸螯合钙片剂成型工艺优化

2.3.1Box-Behnken实验结果及数学模型的建立由表7所得的实验数据,用响应面进行回归分析,得到综合评分与谷氨酸螯合钙添加量(A)、微晶纤维素添加量(B)、羟丙基甲基纤维素添加量(C)和微粉硅胶添加量(D)四因子的多项回归方程:Y=9.96+0.13A+0.25B+0.083C+0.12D+0.25AB+0.15AC-0.13AD-0.25BC+0.000BD+0.20CD-0.76A2-0.77B2-1.09C2-0.73D2

表7　谷氨酸螯合钙片剂成型工艺优化Box-Behnken实验设计及结果

由表8可知,谷氨酸螯合钙片剂成型各因素影响大小为:微晶纤维素添加量(B)>谷氨酸螯合钙添加量(A)>微粉硅胶添加量(D)>羟丙基甲基纤维素添加量(C);一次项A、B(p<0.01)影响极显著,D影响显著,C影响不显著;二次项A2、B2、C2、D2(p<0.01)影响极显著;交互项AB、BC(p<0.01)影响极显著,CD影响显著,其他影响都不显著。

表8　回归方程系数显著性分析

注:**：影响极显著,p<0.01;*：影响显著,p<0.05。

2.3.2响应面分析谷氨酸螯合钙片剂成型工艺中谷氨酸螯合钙添加量、微晶纤维素添加量、羟丙基甲基纤维素添加量、微粉硅胶微粉硅胶添加4个因素之间交互作用对片剂成型的影响如图6。

由图6可知,微晶纤维素添加量对片剂综合得分的影响最显著,表现为曲线相对较陡;其次为谷氨酸螯合钙添加量、微粉硅胶添加量、羟丙基甲基纤维素添加量表现为曲线相对较平滑,随其数值的增加或减少,响应值变化不大。谷氨酸螯合钙添加量和微晶纤维素添加量、微晶纤维素添加量和羟丙基甲基纤维素添加量、羟丙基甲基纤维素添加量和微粉硅胶添加量对谷氨酸螯合钙片生产的交互作用显著。

2.3.3片剂最佳成型工艺的确定及验证性实验即用软件Design Expert 8.05优化,分析得到片剂最佳添加量为谷氨酸螯合钙40.57%、微晶纤维素40.88%、羟丙基甲基纤维素20.16%、微粉硅胶1.54%。最优条件下制备谷氨酸螯合钙平均片质量为1000 mg/片,钙含量为209 mg/片,硬度为62 N、脆碎度为0.55%、崩解时限为12 min。此条件下,片剂的综合评分为10.00。对上述优化条件进行验证实验,重复3次,片剂综合评分实际值为9.99,接近预测值,说明实验得到的谷氨酸螯合钙片剂的成型工艺配方是可取的。

3　结论

实验以废弃的鸡蛋壳制备的谷氨酸螯合钙为主要原料,采用粉末直接压片法制片,运用响应面优化谷氨酸螯合钙片剂成型工艺。本实验得出片剂各组分最佳添加量为:谷氨酸螯合钙40.57%,微晶纤维素40.88%、羟丙基甲基纤维素20.16%、微粉硅胶1.54%;谷氨酸螯合钙添加量、微晶纤维素添加量、微粉硅胶添加量对片剂的品质影响显著;根据二次回归模型,片剂的综合评分为9.99分,与预测值10.00吻合良好。实验采用最佳配方工艺制得的谷氨酸螯合钙片剂表面光滑、色泽均匀、不易裂片;采用粉末直接压片法制的的片剂相比湿法制粒法在溶解性方面得到显著提高。因此,本实验不仅降低了氨基酸螯合钙片剂原材料的成本,提高了其产品的竞争力,同时也为钙制剂的研制提供了参考。

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图6　各两因素交互作用对谷氨酸螯合钙片剂成型工艺的响应面图Fig.6　Response surface for the interactive effects of three components on comprehensive score value of glutamate chelating calcium tablets

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Optimization of formulation and preparation process for glutamate chelating calcium tablets

HU Rong1,MA Yu-xi2,CHEN Zheng1,QIAO Feng1,LI Jin-yu1,WANG Zi-rong1,*

(1.College of Food Science and Pharmaceutical Science,Xinjiang Agricultural University,Urumqi 830052,China; 2.Urumqi Center for Disease Control and Prevention,Urumqi 830026,China)

The preparation process of glutamate chelating calcium tablets were studied,and egg shells was taken as material.In the experiment,tablets were made by pressing powder directly.On the basis of the single factor experiments,the preparation process of glutamate chelating calcium tablets was optimized using Box-Behnken.The amounts of glutamate chelating calcium,microcrystalline cellulose,hydroxypropyl methylcellulose and micro-silica were taken as response factors,composite indicator as response surface value.The results showed that the optimal addition of main material and accessories were as follows:glutamate chelating calcium 40.57%,microcrystalline cellulose 40.88%,hydroxypropyl methylcellulose 20.16%,micro-silica 1.54% and the comprehensive score of the tablets was 9.99,which was in good agreement with the predict value of 10.00.The glutamate chelating calcium tablets made with optimum formula were characterized by smooth surface,uniform colour and lustre,good molding ability,good solubility,which didn’t only save the cost of raw materials for the amino acid chelate calcium tablets,but also provided reference for the development of calcium preparations.

glutamate chelating calcium;tablets;response surface;process

2015-09-02

胡荣(1989-)，女，硕士研究生，研究方向: 农畜产品质量安全控制技术，E-mail：15739542030@163.com。

王子荣(1963-) ，男，博士，教授，研究方向: 农畜产品质量安全控制技术，E-mail：391822187@qq.com。

研究生创新项目(XJAUGRI2015012)。

TS253.9

B

1002-0306(2016)07-0258-06

10.13386/j.issn1002-0306.2016.07.041