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中药浸膏粉吸湿及防潮技术研究进展

周彩娟 孙萍 汪月晗 韩建鹏 闫渊 杨祺

江西中医药大学 江西南昌 330004

摘要: 中药浸膏粉体通常吸湿性强,对中药制剂的成型影响较大,是长期困扰中药药剂生产的难题。本文通过文献研究,结合研究工作实践,分析中药浸膏粉体吸湿的过程与吸湿机制,以及相关影响因素,寻求改善中药浸膏粉体吸湿性的合理方法。
关键词: 中药浸膏粉;吸湿;改性技术
DOI:10.12721/ccn.2022.157075
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中药浸膏粉是中药组方经提取、分离、浓缩、干燥等工艺后所获得的产物,是制备中药片剂、胶囊剂、丸剂等固体制剂的中间物料[1-2]。中药提取物中的鞣质、相对分子质量较低的糖类、小分子生物碱等成分极易引起吸湿[3-4],吸湿后易变软、结块甚至液化,对其贮存、后续投料[5]、制粒工艺、制得颗粒的性状和储存[6-7]都会产生较大影响,给中药制剂的生产过程带来较大困难,这也是影响中药制剂稳定性的主要因素[8]

降低中药粉体吸湿性的方法可分2类: 一类是从制剂前处理工艺角度出发,通过优化提取、精制过程参数优化提取物物质基础构成[9-10],或调节干燥条件使粉体表面改性[11-13]; 另一类是从制剂成型工艺角度出发,包括筛选适宜辅料[14-17]、优化制粒参数[18]、改善包装材料[19-21]等。

1. 浸膏粉体的吸湿性

1.1吸湿的过程与吸湿机制

通常情况下,当空气湿度小于浸膏粉的临界相对湿度(CRH) 时,由于吸湿过程很快达到平衡,所以吸湿性显示不明显,甚至表现为粉体不吸湿; 但当周围环境湿度大于 CRH 时,浸膏粉会大量吸湿直至饱和。中药浸膏粉的吸湿过程主要分为三步骤,首先是浸膏粉通过表面或毛细管吸收水分,然后浸膏粉中易溶性成分溶出形成水合物,当吸收的水分足够多时粉体表面发生溶解,粉体间形成液体桥从而导致黏连。中药浸膏粉吸湿的可能性机制包括: (1) 药物中存在能与水分子中极性羟基形成氢键的极性基团,尤其是其中的活性羟基; (2) 水分子与中药浸膏粉体之间通过分子间作用力相互吸引,水分子吸附在中药浸膏粉体表面; ( 3) 通过毛细管吸附作用,水分吸附和储存于粉体的孔隙中; (4) 由于中药浸 膏粉中化学物质通常为无定型态,极易吸湿形成水合物,吸收水分后由无水晶型转变为水合晶型。

1.2中药浸膏粉吸湿性的主要原因

1.2.1中药浸膏粉复杂的多成分体系中存在大量易吸湿的水溶性成分和亲水性成分

中药浸膏粉强吸湿性体现在CRH低,吸湿速度快,饱和吸湿量高等多个方面。CRH 表示亲水性药物吸湿的临界值,根据Elder假说,水溶性药物混合物的CRH 约等于各成分CRH的乘积,而与各成分的量无关,即 CRHAB = CRHA × CRHB ( CRHAB、 CRHA 和 CRHB 分别表示A与B物质的混合物、A 物质和B物质的临界相对湿度)。由于中药浸膏粉体属于复杂的多成分体系,且其中很大一部分成分为水溶性成分,从而导致中药浸膏粉体的 CRH 较低,这决定了中药浸膏粉在较低空气湿度下即能吸湿,是中药浸膏粉具有强吸湿性的主要原因之一[22]。而水不溶性物质的吸湿程度则随湿度增加而增加,没有临界点且具有加和性[23]

1.2.2中药浸膏粉体中含有强吸湿性杂质

中药浸膏粉中含有蛋白质、多糖、淀粉、黏液质、鞣质等组分,此类组分中含有大量的羟基、氨基等极性基团,易与水分子中的极性羟基结合,极易吸湿,且此类组分结合水的能力较强,进一步加剧了中药浸膏粉的吸湿性。同时,中药浸膏粉中某些易溶性的成分在粉体吸湿后溶解在水分中。因此,中药浸膏粉在较低湿度下即能吸湿(易吸湿) 和中药浸膏吸收和结合水分的能力很强(吸水量大) 是中药浸膏粉体强吸湿性的主要原因。

2. 影响中药浸膏粉体吸湿性的常见因素

2.1粒径大小与比表面积

中药浸膏粉的吸湿性随着其表面积的增加而增大。粒度变小,比表面积增大导致浸膏粉与环境中水分子的有效接触面积增大,从而加快了吸湿速度。粉体的比表面积对吸湿性有显著性影响。

2.2浸膏粉体孔隙率

首先,粉体的孔隙率较大时,其与水分的接触面积增大,从而增强粉体的吸湿性; 其次,粉体的表面孔隙会产生毛细管现象,从而吸收和储藏更多的水分。因此,中药浸膏粉的吸湿性随孔隙率增大而增大,在不同湿度条件下,孔隙率导致的比表面积增大以及孔容产生的毛细管现象对吸湿性的影响分别起主导作用。此外,中药浸膏粉的制备过程,尤其是干燥方式对中药浸膏粉体孔隙率的影响较大。

2.3浸膏干燥前中药提取液的组成性质与 pH 值

结果发现无论何种干燥工艺,干燥产物的吸湿特性与干燥前提取液的黏性及 pH 值均有一定相关性。因此,通过改变提取液的物理性质来改善中药浸膏粉的吸湿性具有一定的可行性, 但是目前提取液黏性及 pH 值等物理性质对于干燥 物吸湿特性的影响机理尚不明确。所以,对于如何通过改变提取液性质来改善中药浸膏粉吸湿性及两者的相关性有待进一步研究。

2.4干燥方式及浸膏粉末化过程

在中药浸膏粉的制备过程中,对中药浸膏粉物理性质产生影响的制备过程均能在一定程度上影响中药浸膏粉体的吸湿性,如干燥方式及粉末化过程等。粉末化过程对于中药浸膏粉体吸湿性的影响包括两方面: ①药物粉末化后使比表面积增大; ②粉末化过程能使粉末表面晶体缺损以及无定型的亚稳态的形成,从而提高中药浸膏粉体的吸湿性。当被暴露于水蒸气中时,无定型的亚稳态会重新吸水形成稳定态。

3.改善中药浸膏粉体吸湿性的方法

降低中药粉浸膏粉吸湿性的主要原理及措施有: ①从热力学角度降低粉体的吸湿性; ②从动力学方面减慢粉体的吸湿; ③热力学和动力学联用的角度降低其吸湿性。

3.1中药提取液的精制

中药提取液中有大量易吸湿的组分,利用现代提取分离技术及设备,尽可能除去无效物质,使已知的有效化学组分相对集中,在能减少药物的服用量同时也能有效地降低中药浸膏粉的吸湿性。,在中药复方有效物质确切的条件下,通过精制工艺降低中药浸膏粉体的吸湿性是可行的。但是目前很多中药复方的药效物质基础尚未十分清楚,若盲目采用精制工艺,片面追求提纯效果会导致临床效果降低或毒副作用增加。所以,中药提取液的精制工艺适用性有待进一步完善。

3.3药剂辅料的合理利用[24]

在中药浸膏粉中加入适宜的辅料,可以有效调节中药浸膏粉的吸湿性,使中药浸膏粉易于制成现代制剂。选择合适的辅料改变浸膏粉的吸湿性是目前较为普遍的方法。不同辅料的应用对粉体的物理学特征具有显著性的影响。此外,辅料用量对浸膏粉吸湿性以及吸湿平衡曲线的改变亦有较大不同。选择辅料时除应考虑其对吸湿性的影响外,还应考虑辅料对药效的影响。

3.7采用合适的防潮型包衣材料进行薄膜包衣 [25-27]

包衣颗粒比未包衣颗粒的吸湿率低、防潮性好,尤其是以丙烯酸树脂Ⅳ为薄膜包衣材料更佳。外层防潮型薄膜衣能有效降低水分子与粉体表面结合的能力和速度,从而有效降低中药浸膏粉体的吸湿性。

3.2选择合适的干燥方式及合理的工艺参数 [28-31]

干燥方式对中药浸膏粉体的吸湿性的影响集中两方面: (1)辅料晶型的改变,使其变得不稳定,从而导致物料吸湿性增强。乳糖在物理混合状态下是水合 α-乳糖,其晶型稳定,几乎没有引湿性,是良好的防潮辅料; 而喷雾干燥后乳糖处于亚稳状态,自身会吸收水分以达到稳定态,这种现象在中药浸膏粉体同样存在。( 2) 干燥方式对浸膏粒径影响较大。颗粒粒径和密度小,比表面积大,因而易吸潮、黏连成团。研究表明,提高提取液的相对密度以及降低雾化压力有助于降低粉体的吸湿性、改善粉体的含水量及其它粉体学特征。因此,优化中药浸膏粉的制备工艺参数有助于改善粉体的吸湿性。

3.4适当加入抗结剂

抗结剂是防止粉体物料在贮藏、输送、包装及商品消费过程中粉粒相互结块成团,保持其松散或自由流动状态一种添加剂。抗结剂在食品粉末的制备过程中,有较广泛的应用。通过在中药浸膏粉中加入魔芋改性产物不仅能改善粉体的吸湿性,同时与其它辅料合用能有效提高药物的成型性。

3.5表面改性技术

表面改性是指利用物理、化学方法对粉体表面进行处理,有目的地改变粉体表面的物理化学性质,如表面原子层结构和官能团、表面疏水性或亲水性、电性、化学吸附和反应特性等,有目的地改变提取物粉体吸湿性强的不良特性,满足后续制剂成型工艺及制剂质量要求的需要。目前,中药粉体表面改性技术主要是把改性辅料混合、包裹在中药浸膏粉体表面。

3.6微胶囊化技术[32-35]

微胶囊化技术能有效地防止易吸湿粉体吸湿,其效果取决于囊壁材料的疏水能力。微囊制备过程中,囊壁材料和工艺条件对微囊的吸湿性、分散性以及机械性质都有较大的影响。目前,由于国产辅料仍存在种类相对较少、规格单一、质量不稳定等缺点,在一定程度限制了此种技术的发展。

3.8单分子层自组装技术

中药浸膏粉表面亲水基的数目及其与水蒸气分子间化学亲和力大小对于吸湿性有很大的影响。选用合适的溶剂与浸膏粉表面的亲水基团结合形成单分子膜,能有效地降低中药浸膏及颗粒的吸湿性。在无机粉体方面,硝酸铵由于其颗粒表面是极性高能表面且其晶体表面结构为多孔空隙结构,通过极性高能表面及毛细管吸附作用,能强烈的吸收空气中的水分,吸湿性很强。目前,将这种方法运用中药浸膏粉需要解决的问题有: (1) 寻找安全、合适的表面活性剂分子和溶剂使其进行单分子层自组装; (2) 中药浸膏粉经单分子层自组装后对药效和代谢等方面的影响。通过单分子膜与中药浸膏粉体表面亲水性高能基团的结合,能有效降低中药浸膏粉体的吸湿性。

4.展望

中药制剂吸潮的问题一直是困扰中药制剂成型工艺的难点,从近几十年来看,现有的防潮方法大多都是围绕改变药物成分的性质或是阻断药物与水分的接触来达到防潮的目的,这两种方法就如同中医理论的治标和治本一样,改变成分性质为治本,从根本上解决药物吸潮的问题,阻断药物与水的接触则为治标,通过改善外界环境对药物的作用来达到防潮的目的,标本兼治也许可以取得更好的效果,所以,要取得较为理想的防潮效果,需要同时从改变药物成分的性质和改善外界环境对药物的作用这标本两个方面进行突破,尽可能的运用物理学、化学、药剂学、粉体学、数学和计算机学等多科目的交叉点寻找突破口,促进中药现代化发展。

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