一种基于响应面优化的黄精贝母多糖复合口服液及其制备方法与流程

本发明属于中医药类制剂领域，具体涉及一种基于响应面优化的黄精贝母多糖复合口服液及其制备方法。

背景技术：

黄精polygonatirhizoma为百合科植物滇黄精polygonatumkingianumcoll.ethemsl.、黄精polygonatumsibiricumred.或多花黄精polygonatumcyrtonemahua的干燥根茎。按形状不同，习称“大黄精”“鸡头黄精”“姜形黄精”。(中国药典[s].一部.2015.)李时珍《本草纲目》采集诸家“本草”之说，对黄精有比较详细的介绍:《本草纲目》黄精气味甘平无毒，可以用于“补中益气，除风湿，安五脏，久服轻身延年不饥，补五劳七伤，助筋骨，耐寒暑，益脾胃，润心肺，单服九蒸九曝，食之驻颜断谷，补诸虛，止寒热，填精髓，下三尸虫”。湖北贝母(学名：fritillariahupehensishsiaoetk.c.hsia)是百合科，贝母属多年生草本植物；植株长可达50厘米。鳞茎入药，性味苦、甘，微寒。归肺、心经。主治化痰止咳，清热润肺。对肺热燥咳，干咳少痰，阴虚劳嗽，略痰带血有疗效。历代主要本草对“贝母”皆有记载，首载于《神农本草经》，列为中品：“气味辛、平，无毒，主伤寒烦热，淋沥邪气，疝症，喉痹，乳难。”陶宏景谓之“形似聚贝子，故名贝母”。历代本草至《本草纲目》收载贝母来源多种，但应用不分功效差异，产山西、河南、安徽、江西、湖北、江苏、浙江等省，以峡州(湖北宜昌)、越州(浙江绍兴)为道地，未见川蜀产的明确记载。

多糖类化合物是由单糖组成的一类天然高分子化合物，作为中药的有效成分之一，具有抗氧化、抗病毒、提高免疫力等活性，近些年备受研究者热捧。现代药理研究表明中药多糖具有抗肿瘤、增强免疫、调节肠道微环境、抗氧化等作用，其中中药多糖的抗氧化作用的研究已成为目前医药卫生、保健品、化妆品领域研究的热点。目前，诸如黄芪多糖注射液、人参多糖注射液、茯苓多糖口服液等多糖类制剂已广泛应用于临床，亦有诸如甘草多糖、川牛膝多糖、刺五加多糖等中药多糖由于其较强的生物活性，受到广泛关注与研究。与此同时，中药多糖类成分及其制剂作用机制的阐明及符合临床标准的制剂开发越发引起学界重视。

目前基于黄精贝母的口服液存在澄清度低的问题，这是由于在口服液制备过程中影响因素较多，难以筛选出影响较大的因素，也缺乏有效的优化方法。除此以外，也缺乏一种口感好的黄精-贝母多糖口服液配方。

技术实现要素：

为了解决上述技术问题，本发明提供一种基于响应面优化的黄精贝母多糖复合口服液及其制备方法。该方法通过单因素实验筛选出主效因子，然后基于响应面设计实验和建模，并基于响应面判断并验证模型的可靠性，可靠性认可以后方可得到最优实验条件。在上述最优实验条件下，通过感官评价优化得到口服液的最终配方。本发明所制备的口服液澄清度高，口感好。

本发明提供的技术方案如下：

一种基于响应面优化的黄精贝母多糖复合口服液的制备方法，包括以下步骤：

(1)原料制备：

将黄精干、贝母粉碎后，加入无水乙醇，然后加热、冷凝回流除脂得到粉末，将粉末减压干燥后即制得原料粉末；

(2)制备浓缩液：

将黄精干、贝母粉末加入到纯净水中抽提得到浓缩液；

(3)筛选主效因子：

以絮凝剂浓度、静置时间、絮凝温度和絮凝时间为变量进行单因素实验，用于筛选出影响絮凝效果——沉淀量和多糖保留率的主效因子和水平范围；

(4)响应面优化：

根据步骤(3)的实验结果，以影响显著的三个因子为主效因子，以多糖保留率为响应值y，按照box-behnken响应面进行实验设计；

(5)根据步骤(4)的数据进行多元回归分析，建立二次多元回归模型方程：

(6)对二次多元回归模型方程进行方差和显著性分析，根据对回归方程失拟的p值检验失拟是否显著，确定二次回归方程是否适当，根据显著性检验，确定回归方程是否显著，根据r²和r²adj确定模型的预测价值；

(7)利用designexpert软件根据二次多元多元回归模型进行绘图分析自变量和响应值y的关系，得到回归方程的响应面图，进而得到最优实验条件以配制出口服液原液；

(8)口服液配方优化：

对口服液原液添加枸杞提取液、阿斯巴甜、甜橙香精以及山梨酸钾，以感官评价作为优化目的确定配方比例；再以最优配方进行灌装、杀菌即得成品。

进一步，所述步骤(2)的浓缩液的制备方法如下：称取黄精和贝母粉，水浴恒温100℃，按固液比1:10加入纯净水，35min后再加入前述等量的水，25min后再加入前述等量的水，15min后取出，冷却至室温，过滤，将滤液浓缩至初始溶液体积的10％。

进一步，所述絮凝剂为柠檬酸-壳聚糖溶液，其浓度为壳聚糖的质量分数；絮凝剂的制备方法如下：称取壳聚糖，溶于1％的柠檬酸溶液中，水浴锅中煮沸至全部溶解,溶胀24h后即得。

进一步，所述步骤(3)的实验方法如下：在步骤(2)的浓缩液中加入絮凝剂，充分搅拌5分钟，放入水浴锅中，控制絮凝温度和絮凝时间进行絮凝，絮凝完成后，取出静置，控制静置时间，然后离心、收集沉淀，减压干燥，得到沉淀，称重得到絮凝沉淀量，再取上清液按稀释比0.020μl:40ml进行稀释后，利用光度法测定多糖吸光度，进而计算出多糖保留率。

进一步，所述多糖保留率的测定方法为苯酚-硫酸法。

进一步，所述步骤(4)中三个主效因子为絮凝剂浓度、絮凝温度和絮凝时间。

进一步，所述步骤(4)中各主效因子的水平范围：絮凝剂浓度1.5-2.5％，絮凝温度40-50℃，絮凝时间10-30min。

进一步，所述步骤(5)中二次多元回归模型方程为：

y多糖＝-1225.91+182.60a+49.58b+0.75c+0.74ab+1.16ac-0.03bc-54.85a²-0.57b²-0.03c²；

y沉淀量＝-5.08+1.71a+0.15b+0.03c-0.0008ab-0.0016ac+0.00007bc-0.04a²-0.016b²-0.0007c²；

其中，a为絮凝剂浓度，b为絮凝温度，c为絮凝时间。

进一步，所述步骤(8)中，以口服液原液为单位质量，枸杞提取液的添加比例为0.5-2，阿斯巴甜的添加比例为0.02％-0.04％，甜橙香精0.02％，山梨酸钾0.2％。

本发明的另一目的在于提供利用上述方法制备的黄精贝母多糖复合口服液。

本发明的有益效果：

(1)利用单因素实验筛选出影响口服液絮凝效果的三个主效因子，然后利用响应面设计实验，得到的数据用于建模和分析，再进行模型可靠性判断和验证，最终优化得到制备过程中各参数的条件，提供一种可靠性高的用于黄精贝母多糖复合口服液制备工艺优化的方法；

(2)基于响应面的最优条件制备的口服液原液及口服液澄清度高；

(3)利用感官评价进一步优化口服液配方，提升口服液的色泽、风味、口感及其组织状态；

(4)提供一种感官评价高的黄精贝母多糖复合口服液的配方和制备方法，可用于推广；

(5)提供一种黄精贝母多糖复合口服液制备工艺优化的新思路，具有较大应用前景。

附图说明

图1为壳聚糖在不同酸性溶液中的沉淀量；

图2为壳聚糖在不同静置时间的吸光度；

图3为壳聚糖在不同絮凝温度下的絮凝沉淀量；

图4为壳聚糖在不同絮凝时间下的絮凝沉淀量；

图5为絮凝剂浓度与絮凝温度对沉淀量影响的响应面三维图；

图6为絮凝剂温度与絮凝时间对沉淀量影响的响应面三维图；

图7为絮凝剂浓度与絮凝时间对沉淀量影响的响应面三维图；

图8为絮凝剂浓度与絮凝温度对多糖保留率影响的响应面三维图；

图9为絮凝剂浓度与絮凝时间对多糖保留率影响的响应面三维图；

图10为絮凝剂温度与絮凝时间对多糖保留率影响的响应面三维图；

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进一步说明，本发明的内容完全不限于此。

下述原料的百分比无特殊说明均为质量百分比。

实施例

1、器材和材料

1.1器材

fa2004b电子天平(上海越平科学仪器有限公司)、kq3200db型数控超声波清洗器(昆山市测试仪器有限公司)、hc-1000黄城粉碎机、uv-2700紫外分光光度计(日本岛津)、shz-d(ⅲ)循环水式多用真空泵(郑州博科仪器设备有限公司)、hh-65数显恒温水浴锅(江苏金坛市亿通电子有限公司)、re-5299旋转蒸发器(郑州市亚荣仪器有限公司)、lgj-10a冷冻干燥器(上海贺帆仪器有限公司)，10ml安培瓶。

1.2材料

贝母(干)：产自安徽毫州康慧中药有限责任公司，为湖北贝母；黄精(干)：产自湖北通城县丰裕生态农业有限公司，为姜形黄精

醋酸，柠檬酸，β-环糊精，甜橙香精，阿斯巴甜(均达到食用级别)。

2、制备方法

2.1口服液原液的制备

原料制备：黄精干与贝母分别用粉碎机进行粉碎，按固液比1：10加入无水乙醇，水浴恒温80℃，冷凝回流1h，重复2次，除脂后得到的粉末进行减压干燥，50℃，得到的黄精粉末和贝母粉末放置备用。

制备浓缩液：分别精密称取3.0000g黄精粉末和贝母粉末，水浴恒温100℃，按固液比1：10加入纯净水，35min后再加水(1：10)，25min后再加水(1：10)，15min后取出，冷却至室温，过滤，将滤液浓缩至原体积比(1：10)。

2.2单因素实验

将浓缩液中分别加入10％的絮凝剂(浓度1.5％、2.0％、2.5％)，充分搅拌5分钟，放入水浴锅中，絮凝(控制絮凝温度和絮凝时间)，恒温絮凝完成后，取出静置，控制静置时间，离心，收集沉淀，减压干燥(65℃)，获得絮凝沉淀量，取上清液按稀释比(0.020μl:40ml)测定多糖吸光度，采用苯酚-硫酸法测定多糖含量，计算多糖保留率。絮凝剂为柠檬酸-壳聚糖溶液，其浓度为壳聚糖的质量分数；絮凝剂的制备方法如下：称取壳聚糖，溶于1％的柠檬酸溶液中，水浴锅中煮沸至全部溶解,溶胀24h后即得。

分别以絮凝剂浓度、静置时间、絮凝温度以及絮凝时间为考察因素,在不同水平下进行单因素实验，以期筛选出影响絮凝效果的主要因素和水平。从而为rsm优化实验设计提供依据。

2.3原液的澄清度测定

取5ml原药液注入石英比色皿(光程1cm)中，以蒸馏水为对照，对原药液进行全波段扫描(200～800nm)，测得波峰值在595nm处.取5ml待测样品的上清液，以蒸馏水为对照，在595nm波长下测其透光值。

2.4苯酚-硫酸法测定原液中的多糖含量

2.4.1标准葡萄糖溶液的配制及标准曲线的绘制

精密称取100mg葡萄糖于烧杯中，溶解后，置于100ml容量瓶中，纯净水定容至刻度。即得1.00mg/ml的标准葡萄糖溶液。用移液管精密量取1.00mg/ml葡萄糖母液，加入纯净水定容，配制成0.01、0.02、0.03、0.05、0.06、0.08(mg/ml)的标准溶液。各取1.00ml后加入1.00ml6％的苯酚溶液，再迅速滴加6.00ml浓硫酸，边加边振摇，15-20min冷却至室温，在490nm处检测吸光度。通过绘制葡萄糖的吸光度-浓度(abs-c)标准曲线方程图，得到的方程为：y＝10.261x+0.0849，r²＝0.992。

2.4.2多糖保留率的测定

精密量取0.02ml样品溶液于烧杯中，加纯净水稀释到40ml，混匀，按照2.4.1项下测定原液中的多糖含量，并根据标准曲线换算多糖质量浓度。多糖保留率(η％)按式(1)计算。

η＝co/ce×100％(1)

式(1)中：ce、co分别为絮凝前后溶液中多糖的质量浓度(mg/ml)。

2.5调配口服液的处方

将黄精贝母混合原液与阿斯巴甜、甜橙香精，控制单一变量，调配口服液的口味，以感官评价为参考指标。以黄精贝母混合原液为单位质量，枸杞提取液的添加比例为0.5-2，阿斯巴甜的添加比例为0.02％-0.04％，甜橙香精比例为0.02％-0.03％，山梨酸钾添加量为0.2％。

2.6装罐，杀菌，成品

将调配好的黄精贝母混合口服液装入10ml安培瓶，密封，在100℃下灭菌30min，制成成品。

2.7响应面优化口服液实验

根据2.2项下的单因素实验，选取絮凝时间，絮凝温度，絮凝剂浓度3因素的3个水平，进行三因素三水平响应面优化试验，选出原液的最佳絮凝条件。

3结果与分析

3.1单因素实验结果

3.1.1絮凝剂的选择

天然吸附絮凝剂在保留药液中的高分子物质、多糖及可溶性固体物方面优于传统的水提醇沉法，具有有效、简便、成本低、增强稳定性的优点。目前，中药精制中采用的壳聚糖、101果汁絮凝剂和ztc1+1天然絮凝剂虽均利用吸附澄清的原理起作用，但也有各自的特点与适用对象。本实验采用的则是壳聚糖天然絮凝剂，壳聚糖是氨基葡萄糖的直链多聚糖，当壳聚糖溶于酸性黄精-贝母提取液中时，氢离子与氨基可结合形成带正电荷的分子，能与提取液中带负电的微粒如蛋白质、单宁、纤维素等物质发生絮凝沉淀作用，使黄精-贝母提取液得以澄清，其对主要成份多糖的絮凝作用小，对人体代谢无毒副作用。

3.1.2不同酸性溶液对絮凝效果的影响

随机量取10ml黄精贝母混合原液8份分别于8个小烧杯中，在自身ph和45℃下，分为两组，第一组加入以1％的柠檬酸溶液配成质量分数0.5％、1.0％、1.5％和2.0％壳聚糖絮凝溶液0.5ml；第二组加入以1％的醋酸溶液配成质量分数0.5％、1.0％、1.5％和2.0％壳聚糖絮凝溶液0.5ml，充分搅拌5min后，静置3h，离心15min，8000r/min。观察离心管中的沉淀情况，并进性对比。

如图1所示，柠檬酸中的的沉淀量均高于醋酸中的沉淀量，且沉淀量随着柠檬酸的含量增加而增加，但增加的趋势减缓。考虑到柠檬酸的浓度过高会导致口服液的口感过酸及澄清效果要到达较好。故响应面的絮凝剂中柠檬酸浓度的定为2.0％。

3.1.3静置时间对絮凝效果的影响

随机量取10ml黄精贝母混合原液3份于3个小烧杯中，在自身ph和45℃条件下分别加入2.0％的柠檬酸-壳聚糖溶液10ml，充分搅拌5min后，分别常温静置2h，3h，4h，5h；离心15min，8000r/min。测定上清液中多糖的吸光度，并进行对比。

如图2所示，口服液在自身ph下和加入2.0％的柠檬酸-壳聚糖溶液下，絮凝剂絮凝完成后，经过4h的静置处理，多糖含量最高。故常温静置的最适时间为4h。

3.1.4絮凝温度对絮凝效果的影响

随机量取10ml黄精贝母混合原液3份于3个小烧杯中，在自身ph下分别加入2.0％的柠檬酸-壳聚糖溶液10ml，充分搅拌5min后，分别在40℃、45℃、50℃、60℃不同温度下水浴10min，絮凝完成后，在常温静置4h；离心15min，8000r/min。观察离心管中的沉淀情况，并对比。

由图3可知，口服液原液在45℃时絮凝完成后，经过离心处理，所得到的沉淀量最多。故本次实验采用在45℃下对溶液进行絮凝，以达到最优的絮凝效果。

3.1.5絮凝时间对絮凝效果的影响

随机量取10ml黄精贝母混合原液3份于3个小烧杯中，在自身ph下分别加入2.0％的柠檬酸-壳聚糖溶液10ml，充分搅拌5min后，分别在45℃水浴5、10、15、20、30min，絮凝完成后，在常温静置4h；离心15min，8000r/min。观察离心管中的沉淀情况，并对比。

如图4所示，随着絮凝时间的增加沉淀量逐渐升高，但是当过了20min之后呈现下降趋势，所以最佳絮凝时间为20min。

3.2rsm优化结果

3.2.1响应面优化絮凝条件

为了使口服液达到理想的澄清度，根据单因素实验结果确定响应面的三因素和三水平，得到影响絮凝效果因素的强弱顺序以及最佳絮凝条件。通过单因素实验结果选择影响絮凝效果的3个因素即絮凝剂浓度(a)、絮凝温度(b)、絮凝时间(c)进行考察，按照box-behnken响应面试验设计方案，共17个试验点，其中5个为零点，每组重复3次。试验设计因素水平及结果见表1。三个因素对絮凝效果(沉淀量和多糖保留率)的响应面三维图如图5-10所示。2项式回归模型系数的方差分析结果见表2，二次多元回归模型方程为：

y多糖＝-1225.91+182.60a+49.58b+0.75c+0.74ab+1.16ac-0.03bc-54.85a²-0.57b²-0.03c²

y沉淀量＝-5.08+1.71a+0.15b+0.03c-0.0008ab-0.0016ac+0.00007bc-0.04a²-0.016b²-0.0007c²。

结果显示了a絮凝剂浓度和c絮凝时间对黄精－贝母提取原液的絮凝效果有显著的影响。各因素影响的重要性依次为a＞c＞b。该试验回归方程的模型拟合程度达显著水平(p＜0.050)，失拟项无显著性(p＞0.05)。结果表明该模型所设计的黄精－贝母提取原液的絮凝效果预测实验模型拟合程度良好，且模型与试验值误差小，对优化黄精-贝母提取原液的絮凝条件具有一定的分析意义。模型相关系数(r²＝0.9274和矫正相关系数(r²adj＝0.8339)均较高，说明模型拟合程度良好，黄精-贝母提取原液的多糖保留率的预测值与实测值之间有较好的相关性，试验误差小，回归方程代替试验真实点分析和预测原口服液的多糖保留率。因此，可用此模型回归方程预测口服液原液的多糖保留率的结果。

表1响应面试验设计因素水平与结果

表2项式回归模型方差分析结果

p＜0.05，显著差异；p＜0.01，极显著差异

3.2.2试验结果验证

对回归模型进行预测得到黄精-贝母提取液的絮凝工艺最优方案为柠檬酸-壳聚糖溶液浓度为2.10％，絮凝温度为44.89℃，絮凝时间为22.76min，黄精-贝母复合提取液中的多糖保留率理论值为89.738％，沉淀量为0.354g；为了检验模型预测的准确性，结合实验实际操作，选取柠檬酸-壳聚糖溶液浓度2.00％、絮凝温度为45℃、絮凝时间为23min进行3次平行实验取平均值，得到黄精-贝母提取液中黄精多糖保留率(87.5±1)％，絮凝沉淀量(0.354±0.05)g。实验结果与最佳理论条件下所得的结果接近，说明拟合良好、参数可靠。因此“3.3”项下黄精-贝母口服液配方中所用的口服液原液，则是在该条件下进行提取所得到的。

3.3黄精贝母多糖口服液的配方的优化

黄精贝母口服液的制作是水煎煮，提取液浓缩，用柠檬酸-壳聚糖溶液絮凝，灌装灭菌得到的。在高温水浴下，黄精贝母提取液中难免会有鞣质类的分子蒸出，当人们在口服液中饮用到这种物质时，会与口腔内的味蕾结合，强烈收缩，产生让人无法接受的苦涩味。为了保留黄精贝母口服液的多糖活性成分，不宜采用高浓度与高剂量的絮凝剂将这类分子聚沉。所以需要对黄精贝母口服液的配方进行优化。对口服液进行添加枸杞提取液、阿斯巴甜、甜橙香精以及山梨酸钾，以口服液的色泽、风味、口感及其组织状态为指标进行综合评分，得到黄精贝母口服液的最优配方。口服液的色泽、风味、口感及其组织状态评分明细表如下表所示：

表3黄精-贝母多糖口服液口感评价标准

表4不同比例的枸杞提取液添加量的口服液感官评价

表5不同阿斯巴甜添加量的口服液感官评价

表6不同比例的甜橙香精添加量的口服液感官评价

综合上述，本实验的最优配方为提取液：枸杞的添加比例1：1，0.02％的阿斯巴甜，0.02％香橙精油。该配方在风味上香气纯正，浓郁，具有黄精贝母兼香橙的香甜味；在口感上滋味宜人，余味略有特异的芳香；组织状态上呈现均匀稳定，澄清透明无肉眼可见的沉淀和杂质。

4、讨论与结论

对于贝母和黄精中多糖的提取工艺及提取物的制剂工艺的研究，本发明首先通过单因素实验的结果来确定响应面所要优化的絮凝条件，得到提取工艺的最优方案；然后通过制定口服液感官评价表来对配方进行评定，确定在色泽，风味，口感，组织状态均为最优的黄精-贝母口服液配方。为了让口服液达到良好的澄清效果，本发明分别从柠檬酸-壳聚糖溶液的浓度、絮凝时间和絮凝温度三方面进行优化，结果表明最优水平为：柠檬酸-壳聚糖溶液浓度为2.00％，絮凝温度为45℃，絮凝时间为23min，其多糖保留率及絮凝效果均达到最优。通过对黄精-贝母多糖口服液的配方的不断改进，其最优的配方为提取液：枸杞的添加比例1：1，0.02％的阿斯巴甜，0.02％香橙精油，该配方具有较好的口感。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明保护的范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内所做的任何修改，等同替换和改进等，均应包含在发明的保护范围之内。