FT-NIR在线监测中药提取及浓缩过程

FT-NIR在线监测中药提取及浓缩过程

关键词

Antaris MX多通道近红外光谱仪 中药制药过程 过程分析技术 在线监测

简介：

中药是中华民族的瑰宝。我国幅员辽阔，中药材资源极为丰富，但当前针对中药生产过程的质量控制却尚存许多难题。从技术上，国内大多数中药生产还停留在简单的提取工艺技术水平，对过程的质量控制较为粗放且较多依赖操作人员的主观经验，仅有少数厂家实现了过程机械化和自动化控制改造。但是，这些自动化控制也仍停留在过程温度、压力、时间等常规参数的简单控制，尚难以对原料药材的药效组分含量变化等进行有效监控。

过程分析技术（Process Analytical Technology, PAT）的概念由美国食品药品监督管理局（U.S. Food andDrug Administration, FDA）提出，是指通过及时测量原料、生产过程中的物料和过程本身的关键质量和性能指标，从而确保最终产品质量。随着对制药过程研究的深入，国内外药品监管机构均已逐渐认识到药品生产过程质量控制的重要性，并对制药过程控制提出了更为严格的要求。在诸多过程分析仪器仪表中，近红外光谱技术依靠其分析速度快、样品预处理简单甚至无须预处理、可同时对多种理化指标进行定性定量分析等优势在制药过程分析领域得到越来越广泛的关注，并且在中药过程控制领域显现出巨大的潜力。本文即以某一中药提取及浓缩过程为例，介绍近红外光谱技术在中药制药过程实时监测中的应用。

实验仪器及方法：

实验涉及的中药制药过程包括提取和浓缩前后两道工序，均是直接关系到药材利用率、中间体及成品中有效成分含量的关键单元操作。

采用配有流通池（如图1）及低羟值光纤的Antaris MX多通道在线近红外光谱仪（如图2）采集在线近红外光谱。Antaris MX多通道近红外光谱仪配有五个独立光路，包括四个样品通道和一个内部通道（用于自动背景检测和系统性能测试与验证）。各通道（包括内部通道）均具备独立的高灵敏度InGaAs检测器。针对本工艺过程，提取和浓缩各占用一个样品通道，尚预留有两个样品通道为后续扩展使用。由于仪器各通道均备有独立光路和检测器，每个通道均可独立工作，无需通过机械切换将光路逐个切换到需要检测的检测通道，消除了机械切换可能引起的光学偏差和检测误差，同时也极大地提高了系统的可靠性，即便出现某一工序（通道）由于样品或其他原因需要中断的情况也不会影响到其它通道的正常运行。

提取药液首先通过样品预处理系统（滤去药液中的药渣等颗粒物），随后流经流通池采集在线近红外光谱；浓缩药液则直接流经流通池采集光谱，并同时取样至实验室采用比色、烘干失重等传统方法测定药液中总皂苷、总黄酮、总糖、相对密度和可溶性固形物等各项质控指标的参考值。共收集得到8个提取批次159份提取液样品及6个浓缩批次81份浓缩液样品用于建立定量校正模型及验证。

实验结果与分析：

采用与仪器配套的TQ Analyst 分析软件中的偏最小二乘回归（PLS）算法建立药液的在线近红外光谱与其各项质控指标含量间的定量校正模型。模型性能评价参数为：以相关系数（R）、校正集误差均方根（RMSEC）和交叉验证误差均方根（RMSECV）为指标优选建模参数；以验证集误差均方根（RMSEP）评价模型的预测性能。各个模型的性能参数表见表1。由表可见各模型的校正集和验证集相关系数均超过0.94，表明模型的拟合能力和预测性能均较优。

采用与仪器配套的RESULT Integration 工作流编辑软件将所建测量模型加入在线运行工作流，对一个完整的提取及浓缩批次样品进行预测，各项质控指标含量的浓度变化趋势图见图3（以可溶性固形物和总糖为例）。从图中可以看出模型预测值与参考值基本吻合，预测值的变化趋势也与实际基本相符，能够满足中药生产过程在线分析的精度要求。

总结：

作为过程分析的有效工具之一，Antaris MX 近红外光谱能够及时反映过程中间体的质量信息，理解过程中物料的变化，进而有效指导生产。本文通过建立中药制药过程的在线分析模型，同时测定提取及浓缩药液中多项物理及化学指标，一次光谱采集及获得预测结果仅需不到一分钟，比实验室常规分析方法简便、快速，节约样品分析时间，能及时地表征提取及浓缩过程中料液的变化，为判定过程终点、过程操作参数确定等提供了科学参考依据。

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