中药提取液喷雾干燥过程中的多组分有序组合机制与调控方法研究

Most traditional Chinese medicine spray-dried powder has the disadvantages of strong hygroscopicity, poor fluidity and great adhesion tendency. Making full use of the diversification characteristics of Chinese herbal medicine components, making the multi components orderly combination by optimizing spray drying conditions, can effectively improve the performance of dry powder and save the use of excipients. However, both in view of the complexity of the traditional Chinese medicine extract and the process of spray drying, the mechanism and regulation method for the ordered composition of the components has not been clarified and established up to now. This project proposed a hypothesis that hydrodynamic size is the key factor influencing the conversion of multi-component "disorder-orderly". Three kinds of traditional Chinese medicine compound prescriptions are selected as the actual research system, and the comprehensive utilization of membrane separation, gel chromatography, laser light scattering and other methods to establish the correlations of Chinese medicine extract "hydrodynamic size - composition - solution environment". Through the introduction of advanced methods such as FIB-SEM, XPS and low-field NMR in the field of materials science and of the improved three-dimensional "coffee ring effect" research method to reveal and master the hydrodynamic size of the key components of the spray drying that is drip drying orderly combination of multi-component rules, mechanisms, and control methods; combined with the actual system of Chinese medicine extract spray drying results, To establish a mathematical model that predicts the orderly combination behavior of the unknown traditional Chinese medicine multi-component system during spray-drying and to guide the actual production of traditional Chinese medicine.

中药喷干粉普遍具有吸湿性强、流动性差以及粘结性大的缺点。充分利用中药组分多元化的特点，优化喷雾干燥条件使其中多组分有序组合，能有效改善喷干粉性能并节省辅料的使用。但鉴于中药提取液本身以及喷雾干燥过程的复杂性，多组分有序组合的机制与调控方法一直未能阐明和建立。本项目提出水动力学尺寸是影响多组分“无序—有序”转化关键因素的假说，选取三种中药实际复方为研究体系，综合利用膜分离、凝胶色谱、激光光散射等多种方法建立中药提取液“水动力学尺寸—成分组成—溶液环境”三者之间的相关性；通过引进材料学领域的FIB-SEM、XPS、低场核磁等先进手段以及改进的三维化“咖啡环效应”研究方法，揭示并掌握水动力学尺寸影响喷雾干燥关键环节即液滴干燥中的多组分有序组合的规律、机制以及调控方法；结合中药提取液实际体系的喷雾干燥结果，建立能预测未知中药多组分体系喷雾干燥过程中有序组合行为的数学模型，并指导中药实际生产。

中药喷干粉普遍具有吸湿性强、流动性差以及粘结性大的缺点。充分利用中药组分多元化的特点，优化喷雾干燥条件使其中多组分有序组合，能有效改善喷干粉性能并节省辅料的使用。本课题针对中药提取液本身以及喷雾干燥过程的复杂性，多组分有序组合的机制与调控方法一直未能阐明和建立的现状，提出水动力学尺寸是影响喷雾干燥过程中多组分“无序—有序”转化关键因素的假说。通过选取黄连解毒汤、双黄连、复方丹参三个中药复方为对象，分析了中药复方提取液中的共性高分子成分（蛋白、多糖、鞣质、果胶）的组成与含量，明确了多糖是中药复方提取物中的主要吸湿性成分。以黄连药材为例，选取小檗碱、蛋白、多糖中的任意两种组成二元体系，研究了水动力学尺寸对二元体系喷雾干燥过程中组分有序分布的影响及其机制，发现通过调控溶液环境使难溶性成分优先分布在喷干粉表面，能显著改善喷干粉的吸湿性，提高粉体学性能。以二维空间上的咖啡环效应为出发点，探究了单液滴蒸发后的沉积图案及其影响因素，结果表明对于水动力学尺寸大且溶解度低的物质，其液滴蒸发后容易出现咖啡环效应，即物质在液滴接触线附近聚集析出，且浓度越低越明显；而对于水动力学尺寸小而溶解度大的物质，可能在某个临界浓度的时候才会出现物质在边缘聚集析出的现象。最后以实际中药体系黄连解毒汤、双黄连以及复方丹参提取液为例，比较分析经膜分离得到的不同水动力学尺寸的提取液喷干粉的粉体性质，并且改变提取液浓度或者添加不同的表面活性剂来尝试影响提取液在喷雾干燥过程中的多组分排列行为，结果表明水动力学尺寸大的溶液喷干粉抗吸湿性较好；此外，改变提取液浓度或者添加表面活性剂会影响喷干粉粒子表面组分分布，能有效提高喷干粉的抗吸湿性。本课题研究结果为多种基于颗粒技术的中药制剂剂型设计提供了理论支撑与工艺保证，相关研究结果发表学术论文10篇，其中SCI收录论文7篇，国内期刊论文3篇，申请专利2项，培养硕士研究生四人。