地龙提取工艺优化及关键生产环节近红外快速质量分析研究

来源 :山东大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:fengaitong1983
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中药作为我国的独特资源,在医疗卫生领域发挥着重要作用,但中药材成分复杂,质量参差不齐,关键生产环节缺少过程控制方法,制约着我国中药国际化的进程。利用现代科学的新方法和新技术,多学科技术相互融合,以药效相关成分为质量指标,提高有效成分的溶出比例,是保障中药产品安全有效的重要前提。提取环节是多数中药产品生产过程中的主要生产环节,也是关键生产环节之一,提取工艺不同产品有效成分含量差异较大,导致产品的质量疗效有所差异。在生产过程中引入过程分析技术(process analytical technology,PAT),通过现代分析技术建立及时有效的过程控制分析方法,提高生产效率,实现生产过程质量可控是减少批间差异性,保障产品质量均一稳定的有效方法。近红外光谱分析技术(near infrared spectroscopy,NIRS)凭借其快速、无损、成本低、绿色无污染等特点成为PAT的一种常用手段,目前在中药产地判别,真伪判别以及定量分析方面均得到广泛应用研究。芪龙胶囊主要用于治疗心脑血管疾病,地龙药材是其君药之一,本研究以地龙药材为研究对象。根据现有提取工艺,结合药物的治疗效果,参考指标性成分的变化,基于实验设计(design of experiments,DoE)的思路优化地龙提取工艺,同时引入NIRS,结合化学计量学方法,建立地龙原药材以及提取过程主要成分质量快速评价方法,为提高产品质量,保障产品一致性提供参考。具体研究内容包括以下三个方面:(1)地龙原药材产地判别及主要成分快速测定研究利用Antaris Ⅱ傅里叶变换近红外光谱仪对来自山东潍坊、山东梁山、河北唐山、天津宁河和天津宝坻5个产地的地龙药材进行判别分析,通过光谱预处理与建模波段的选择建立偏最小二乘判别(partial least squares-discriminate analysis,PLS-DA)定性分析模型,模型的识别率和拒绝率均达100%,初步证实了 NIRS用于判别不同产地地龙药材的可行性,同时,基于偏最小二乘(partial least squares,PLS)方法,建立了地龙药材中鸟苷和肌苷两种核苷酸的定量分析模型,经优化后得到的鸟苷定量模型各性能参数:校正集相关系数(Rc),验证集相关系数(RP),校正均方根误差(root mean square error of calibration,RMSEC)和验证均方根误差(root mean square error of predication,RMSEP)的值分别为 0.9752,0.9439,0.06185 mg/g 和 0.07752 mg/g,肌苷定量模型的RC,RP,RMSEC 和 RMSEP 值分别为0.9550,0.9272,0.04547 mg/g和0.05354 mg/g,模型预测准确性较高,表明NIRS可用于地龙药材中鸟苷和肌苷两种核苷酸含量的快速测定,为地龙原药材质量快速评价,扩大原药材质检范围,从源头保障产品质量提供保障。(2)基于DoE优化设计地龙提取工艺本研究通过DoE的思路对地龙药材的提取工艺进行优化,选取了提取料液比、时间和温度为提取过程的关键因子,以可溶性蛋白的含量和蚓激酶效价作为指标性成分,在单因素实验结果的基础上选取提取料液比为1:16,1:18,1:20,提取时间为16,18,20 h,提取温度为35,40,45℃,按L9(34)正交表进行正交试验,通过直观分析和方差分析对正交实验结果进行分析,从节约能源和降低成本的角度出发,确定最佳提取工艺为地龙药材加入20倍纯化水在35℃条件下提取16 h,进一步验证所优化的工艺,结果表明在该工艺条件下,地龙药材中可溶性蛋白和蚓激酶的提取率较高且波动幅度较小,证明所选定的工艺条件稳定可靠,可用于地龙药材相关产品的升级优化。(3)NIRS应用于地龙提取过程质量快速分析研究选定最佳提取工艺,在地龙提取过程中根据主要成分含量变化趋势间隔收集离线提取液样品,利用Antaris Ⅱ傅里叶变换近红外光谱仪采集提取液的近红外光谱,结合化学计量学方法将可溶性蛋白、鸟苷和肌苷含量的一级数据与近红外光谱,通过预处理方法的选择和建模波段的筛选建立定量分析模型,得到的各模型参数如下:以支持向量机回归(support vector machine regression,SVR)建立可溶性蛋白定量模型,模型的Rc,RP,RMSEC和RMSEP值分别为0.9685,0.9716,0.0599 mg/mL和0.08255 mg/mL,以PLS法建立鸟苷和肌苷的定量模型,其中鸟苷定量模型的Rc,RP,RMSEC和RMSEP值分别为0.9783,0.9711,0.01046 mg/mL,0.00975 mg/mL,肌苷定量模型的Rc,RP,RMSEC,RMSEP值分别为0.9828,0.9894,0.00524 mg/mL,0.00328 mg/mL。研究结果表明,在地龙提取过程引入NIRS,通过建立的定量模型可实现提取过程中有效成分含量的快速测定,实现在现有物理参数控制的基础上结合有效成分参数变化,对提取过程进行控制的目的,通过实时反馈提取过程的信息指导生产,从而有利于保障地龙提取环节的质量一致性。
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