基于Box-Behnken法的靈芝孢子粉片劑配方優化

張劍，弓志青，崔文甲，萬婕，王文亮，李永生

1.山東省農業科學院農產品研究所（濟南 250100）；2.山東省農產品精深加工技術重點實驗室（濟南 250100）；3.農業部新食品資源加工重點實驗室（濟南 250100）

靈芝（Ganoderma lucidum）又稱“瑞草”“仙草”“還魂草”，屬于擔子菌門擔子菌綱多孔菌科靈芝屬，是我國重要的藥用真菌。自古以來，傳統中醫就將靈芝視為珍貴藥材，其有扶正固本、延年益壽之功效[1]。靈芝孢子粉是靈芝子實體發育成熟期從菌蓋中彈射出來的卵型生殖細胞，大小在4~10 μm[2]，含有多糖[3]、三萜[4]、甾醇[5]等多種生物活性成分，具有抑制腫瘤細胞生長[6]、免疫調節[7]、保肝[8]、降血糖[9]、抗氧化[10-11]等藥理活性。因此，靈芝孢子粉成為當前研究的熱點，在保健市場上越來越受到消費者的青睞[9,12]。

目前，靈芝孢子粉經歷了未破壁靈芝孢子粉、破壁靈芝孢子粉、去壁靈芝孢子粉三代技術變革，但其主要是以粉劑、顆粒劑、膠囊等劑型存在[12]，以上產品有容易吸潮變性、食用不便的缺點。片劑產品由于食用方便及便于攜帶，受到消費者的喜愛。由于靈芝孢子粉富含油脂類物質，分子間的凝聚力減弱，壓片時易造成松片，增加了片劑成型的難度；另外，其含有三萜類物質，導致片劑發苦[13]，產品接受度低。為解決以上問題，此次研究在遞次混合前處理及濕法造粒壓片技術的基礎上，以靈芝孢子粉、吸油劑、玫瑰粉的添加量為響應因素，片劑外形、片重差異、硬度及脆碎度的綜合評分為響應值，采用響應面分析優化靈芝孢子粉片劑的配方，以期為靈芝孢子粉的進一步綜合開發利用提供新思路。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

1.1.1 材料與試劑

破壁靈芝孢子粉（破壁率≥98%，聊城冠縣店子鎮）；玫瑰粉（山東濟南市平陰縣）；二氧化硅（佳味源實業有限公司）；甘露糖醇（河南萬邦實業有限公司）；羧甲基纖維素鈉（南通泰利達新材料有限公司）；硬脂酸鎂（河南萬邦實業有限公司）。以上均為食品級。

1.1.2 儀器與設備

AR423CN電子天平：奧豪斯（上海）儀器有限公司；GZX-9240MBE電熱鼓風干燥箱（上海博訊實業有限公司）；YK-60搖擺式顆粒機（長沙市中南制藥機械廠）；TDP-5T單沖壓片機（長沙市中南制藥機械廠）；TA.XT.plus質構儀（超技儀器有限公司）；CS-I脆碎度檢查儀（天津市旭陽儀器設備有限公司）。

1.2 試驗方法

1.2.1 工藝流程及操作要點

圖1 靈芝孢子粉片劑制作工藝流程圖

遞次混合法混合：根據試驗配方，首先將靈芝孢子粉和吸油劑（二氧化硅與β-環狀糊精比例為1∶1）進行研磨混合，充分吸附靈芝孢子粉中的油脂性物質，再加入玫瑰粉及甘露糖醇，通過研磨獲得粒度均一的物料。

制軟材：將混勻的物料，加入適量黏合劑2%羧甲基纖維素鈉（CMC-Na），制成“輕握成團，輕壓即散”的軟材。

造粒：將軟材放入造粒機的料斗內進行造粒，其中篩網目數為0.850 mm（20目）。

干燥：在50 ℃烘箱中進行干燥，烘至物料含水量在3.5%~5%即可。溫度不宜過高，否則會破壞靈芝孢子粉中的營養成分。

整粒：將干燥后的顆粒與1%硬脂酸鎂混勻，再次放入造粒機中過0.850 mm（20目）的樣品篩進行整粒。

壓片：將經過整粒的物料放入壓片機進樣斗中進行壓片，其中填充壓力40 kN，填充深度12 mm。

1.2.2 單因素試驗設計

試驗選擇靈芝孢子粉添加量（10%，20%，30%，40%和50%）、吸油劑添加量（10%，15%，20%，25%和30%）、玫瑰粉添加量（0，5%，10%，15%和20%）為考察因素，以造粒后物料流動性、片劑外觀、硬度和片重差異為檢測指標，探討各因素變化對靈芝孢子粉片劑品質的影響。

1.2.3 響應面試驗設計

在單因素的基礎上，選擇靈芝孢子粉添加量、吸油劑添加量、玫瑰粉添加量為因變量，以片劑綜合評分為響應值，設計三因素三水平響應面試驗，因素水平設計方案見表1。

表1 Box-Behnken 試驗設計方案 單位：%

1.3 檢測方法

1.3.1 物料流動性

采用固定漏斗法測定物料的休止角，評價物料的流動性[14]。其中：當休止角大于45°時，其流動性較差；當休止角小于40°時，其流動性良好；當休止角小于35°時，其流動性極好。

1.3.2 片劑外觀

采用目測法直接對片劑進行觀察評價，片劑應色澤均勻，表面光潔，無碎粉。

1.3.3 片劑差異

采用稱量法，取20片靈芝孢子粉片，精確稱量每片質量及總質量，并計算平均片重。超出片重差異的不得多于2片，不得有1片超出限度的1倍。根據《中國藥典》規定，平均質量超過0.3 g的片劑，質量差異為±5%。

1.3.4 片劑硬度

為了便于試驗的進行及指標的可評價性，采用兩種方式進行硬度檢測。單因素試驗：把制成的片劑從1 m高處自然掉落在2 cm厚的松木板上，碎片率不超過30%為合格[15]；響應面分析：采用質構儀檢測片劑硬度。測試條件：SMSP/36R壓盤式探頭；測試模式，壓縮；位移距離3.000 mm；測試前速度1.00 mm/s；測試中速度0.30 mm/s；測試后速度10.00 mm/s；感應力0.050 N；測定指標，硬度。

1.3.5 片劑脆碎度

采用脆碎度檢測儀測定。測定條件：轉速25 r/min，轉動100次。操作方法：取15片靈芝孢子粉片，用吹風機吹去脫落的粉末，精密稱其質量，置圓筒中轉動100次后取出，同法除去粉末，精密稱其質量，減少質量不得大于1%，且不得檢出斷裂、龜裂及粉碎的片。

1.4 片劑綜合評價指標

以片劑外觀、片重差異、硬度和脆碎度為評分指標，采用多指標綜合評價的方法進行綜合評價[14,16]，相關指標評分標準見表2。

表2 片劑多指標綜合評分表

1.5 數據處理

采用Designer-Expert.V8.0.6.0及Microsoft Office Excel 2016對數據進行處理并分析。

2 結果與分析

2.1 單因素試驗設計

2.1.1 不同靈芝孢子粉添加量對片劑品質的影響

物料的性質關系到壓片過程的順利與否和片劑質量的好壞。靈芝孢子粉富含油脂類物質，表面張力較大，其流動性和可壓性均比較差，不易進行壓片。由表3可以看出，隨著靈芝孢子粉添加量的增加，物料的流動性逐漸變差。片劑外觀也逐漸變得不光滑，并出現碎粉。片劑硬度也逐漸不符合要求，當靈芝孢子粉添加量達到50%時，未能成片。結合片重差異性指標，靈芝孢子粉的最佳添加量為30%。

表3 不同靈芝孢子粉添加量對片劑品質的影響

2.1.2 不同吸油劑添加量對片劑品質的影響

靈芝孢子粉中油脂類物質含量較高，導致制粒時顆粒松散、流動性差，壓片時會出現硬度不夠、難以成片的現象。為解決該問題，選用具有吸附功能的輔料二氧化硅和β-環狀糊精作為吸油劑[17]，采用遞次混合預處理的方法吸附靈芝孢子粉中的油脂類物質。由表4可以看出，隨著吸油劑添加量的增加，造粒后物料的流動性逐漸增強，片劑的外觀、硬度及片重差異性均呈現一致的趨勢。綜合各個指標，吸油劑的最佳添加量為20%。

表4 不同吸油劑添加量對片劑品質的影響

2.1.3 不同玫瑰粉添加量對片劑品質的影響

靈芝孢子粉中含有三萜類物質，使其呈現出一種苦味[13]，這會影響靈芝孢子粉片劑的接受度。天然物質玫瑰粉的加入可掩蓋靈芝孢子粉令人不悅的氣味，使片劑賦有淡淡的玫瑰花香。由表5可以看出，隨著玫瑰粉添加量的增加，物料流動性逐漸增強，片劑的硬度也逐漸提高，片劑的表面逐漸變得光滑，但碎粉卻呈現由多到少再到多的變化，片重差異性則是添加量為10%時最佳。綜合各個指標，玫瑰粉的最佳添加量為10%。

表5 不同玫瑰粉添加量對片劑品質的影響

2.2 響應面試驗設計

2.2.1 響應面試驗設計及結果

為了篩選靈芝孢子粉片劑的最佳配方，以片劑綜合評定值Y為響應值，采用Box-Behnken響應面法對試驗進行優化，響應面試驗設計方案及結果見表6。以靈芝孢子粉添加量A、吸油劑添加量B、玫瑰粉添加量C為因變量，以綜合評定值Y為響應值建立方程，得到方程：Y=21.55-1.22A-0.32B+0.16C-1.24AB-0.68AC+0.17BC-2.18A2-2.19B2-3.67C2，該方程回歸系數R2=0.979 6。

表6 響應面試驗設計及結果

由表7可以看出：模型的p＜0.000 1，說明其具有極顯著性，回歸方程模型中失擬項p=0.062 9＞0.05，失擬項不顯著，說明得到的回歸模型比較理想，方程有極高可靠性；在試驗的3個影響因素中，靈芝孢子粉添加量的單因素p值小于0.01，說明對片劑綜合評定值的影響極顯著；相比較，靈芝孢子粉添加量與吸油劑添加量的交互作用對片劑綜合評定值也有顯著影響，但不如靈芝孢子粉添加量影響大；由F值可以看出，A、B、C三個因素對片劑綜合評定值的影響為A＞B＞C，即靈芝孢子粉添加量＞吸油劑添加量＞玫瑰粉添加量。

表7 方差分析結果

2.2.2 響應面交互分析

三個因素的交互作用及其最佳工藝參數可以由響應面的分析圖得出，如圖2~圖4所示。圖2為變量C取零時綜合評定值隨AB的變化圖。圖3為變量B取零時綜合評定值隨AC的變化圖。圖4為A取零時綜合評定值隨BC的變化圖。響應面圖是由各個試驗因素和響應值Y構成的三維空間圖，試驗因素的交互作用強弱可以由等高線形狀看出，橢圓形等高線代表試驗因素的交互作用影響顯著。從試驗結果可以看出靈芝孢子粉添加量與吸油劑添加量的交互作用影響顯著。

圖2 靈芝孢子粉添加量和吸油劑添加量對綜合評定值交互影響的響應面與等高線

圖3 靈芝孢子粉添加量和玫瑰粉添加量對綜合評定值交互影響的響應面與等高線

圖4 吸油劑添加量和玫瑰粉添加量對綜合評定值交互影響的響應面與等高線

2.2.3 響應面結果驗證試驗

利用Design-Expert.V8.0.6.0軟件得到靈芝孢子粉片劑的最優配方條件：靈芝孢子粉添加量27.09%、吸油劑添加量20.05%、玫瑰粉添加量10.25%，綜合評定值為21.73?？紤]到實際操作的可行性，將最優配方調整為靈芝孢子粉添加量27%、吸油劑添加量20%、玫瑰粉添加量10%，剩余由填充劑甘露糖醇補充。按此配方進行3次重復驗證試驗，綜合評定值的平均值為21.68，與預測值有較好擬合性，說明響應面優化試驗得到的靈芝孢子粉片配方具有實際參考價值。

3 討論

根據制備工藝的不同，可將壓片方法分為粉末直接壓片法、干法制粒壓片法及濕法制粒壓片法[18]。粉末直接壓片法要求物料具有良好的流動性、可壓性及潤滑性；干法制粒壓片法則需要較大壓力使物料達到所需要的密度，只適合特定的需要干法制粒的物料[19]。濕法制粒壓片法可有效改善物料的流動性及可壓性，工藝比較成熟，重復性高，易進行工業化生產。結合靈芝孢子粉顆粒細小、質地松軟、流動性較差、富含油脂類物質的物性學性質，此次試驗采用濕法制粒壓片法進行壓片，大大提高了靈芝孢子粉的流動性及可壓性。

片劑處方中輔料的選擇應該結合主料的性質特點，達到改善物料可壓性、流動性的目的。靈芝孢子粉富含油性成分，制粒時會出現顆粒松散、流動性差，壓片時會出現硬度不夠、難以成片的現象，因此需要選擇合適的輔料吸收油性成分后，再進行造粒壓片[20]。二氧化硅是具有絮狀輕質的白色粉末，具有很好的流動性，在片劑生產中，常作為助流劑使用；β-環狀糊精具有特殊的穴狀分子結構，可通過包合作用吸附油脂性物質。此次試驗采用遞次混合的方式首先將靈芝孢子粉與吸油劑（二氧化硅和β-環狀糊精）進行混樣，對油脂性物質進行吸附，使造粒后靈芝孢子粉顆粒的流動性增強，解決了靈芝孢子粉難以壓片成型的問題。

靈芝孢子粉中含有三萜類物質，使其呈現出一種苦味，這會影響靈芝孢子粉片劑的接受度。此次試驗在前期試驗的基礎上，篩選天然物質玫瑰粉作為復配材料，天然物質玫瑰粉的加入可掩蓋靈芝孢子粉令人不悅的氣味，使片劑賦有淡淡的玫瑰花香，避免了矯味劑的添加，還增加了片劑的硬度，這可能是此次試驗采用的玫瑰粉粒度比較小，填充了顆粒之間的空隙，進而增加了片劑的硬度。

4 結論

在片劑處方確定的基礎上，分別考察靈芝孢子粉、吸油劑、玫瑰粉的添加量對片劑品質的影響，以片劑外形、片重差異、硬度及脆碎度的綜合評定值為響應值，采用Box-Behnken響應面法對片劑配方進行優化。結果表明，靈芝孢子粉片劑最佳配方為靈芝孢子粉添加量27%、吸油劑添加量20%（二氧化硅∶β-環狀糊精為1∶1）、玫瑰粉添加量10%、甘露糖醇添加量43%。在此條件下，靈芝孢子粉片劑的綜合評定值為21.68。片劑呈棕褐色，色澤均勻，表面光滑、完整，賦有玫瑰淡淡的花香，便于攜帶服用，發揮其增強人體免疫力的功效。該研究可為靈芝孢子粉片劑的生產提供一定的參考。