中药制药过程监控及工艺优化方法研究

引言：中药制药过程复杂多变，每个环节都会影响最终产品的质量。传统的中药生产方式多依赖经验判断，缺乏科学控制手段，难以满足现代医药的标准要求。此外，中药材来源广泛，药材的有效成分含量无法精确，增加了质量控制的难度。因此，需要借助现代技术手段，实现对中药制药过程的有效监控和工艺优化，推动中药产业进一步发展。

1. 中药制药的具体过程

在中药制药过程中，需要对数据进行记录分析。整个生产过程的操作参数、环境条件、物料状态等都被详细记录，并通过数据分析工具进行深度挖掘，基于数据的反馈循环，有效实现中药配方颗粒生产过程精细化管理。制药的原料处理与准备，重点是药材的鉴别、净制、切制等预处理步骤，确保原料纯正。为提升药品质量，还应更精细作出药材分级与杂质去除。在干燥与制粒环节，监控重点在于干燥温度、湿度以及时间的控制，避免有效成分的损失或物料性质的改变。此环节应运用先进的制粒技术，提高颗粒的溶解性和稳定性。还要对干燥后物料的水分含量、粒度分布等进行实时监测。开展提取与浓缩处置时，提取关键在于溶剂的选择、提取温度、时间以及提取次数，这些都直接影响有效成分的提取率。对此可采用超声波辅助提取、动态逆流提取等先进技术，提高效率并减少能耗。

2. 常用监控技术介绍

2.1 光谱学分析方法

在中药成分的分析中，光谱学分析方法可依据物质与光相互作用原理，作出针对性的分析，在实际应用中十分广泛。常见的光谱学方法有紫外 - 可见分光光度法（UV-Vis）、红外光谱法（IR）、原子吸收光谱法（AAS）以及核磁共振波谱法（NMR）等。其中，近红外光谱（NIR）优势明显，关注度不断变大，最显著的特点是能够实现快速无损检测。当前这种技术已经成功建立多种中药材及其制剂的NIR 定量模型，能够对有效成分含量的变化情况进行在线监测 [1]。其中对于饮片规格监控，‌粒度控制应依据《国家中药饮片炮制规范》，饮片按粒径分为粗颗粒（ 5-10mm ）、中等颗粒（ 2-5mm ）、细粉（ <2mm ），需通过筛分设备实时监测粒度分布，确保符合工艺要求。‌净度标准中，根茎类杂质 ⩽2% ，果实类 ⩽3% ，全草类不得含非药用部位，可通过自动化分拣设备结合视觉检测系统实现动态质检。提取工艺参数的‌加水倍数‌通常控制在药材重量的 5–10倍范围，通过流量计与称重传感器联动，实现加水量精准控制。低极性成分宜用低倍数（5–7 倍），高极性成分可增至10 倍。‌提取时间‌一般设定30–90 分钟，结合在线HPLC 或NIR 技术监测有效成分实时溶出率，当转移率 ⩾85% 时触发终点判定。‌温度联动控制‌的热敏成分提取温度 ⩽80% ，耐热成分可至 100^∘C ，需配置多点温度传感器与自动调温模块。‌浓缩终点比重设定为 1:2 至 1:5（药材重量：浓缩液体积），采用折光仪或密度计实时反馈，结合减压浓缩（真空度≥0.08MPa）降低热损伤风险。

2.2 色谱分析技术

色谱方法主要是基于流动相态的差异，气相色谱（GC）可鉴定薄荷脑、冰片等挥发性组分；液相色谱（LC）可处理从极性皂苷到非极性油脂的各类成分。薄层色谱（TLC）在原料药材的快速筛查中发挥独特作用，其可视化分离过程为教学示范提供直观教具。在中药分析的实际应用中，高效液相色谱（HPLC）优势源于对八成以上中药化学成分的良好适应性，无论是生物碱类的黄连素，还是蒽醌类的大黄素，都能在反相 C18 色谱柱上获得理想分离。此外，在质谱联用技术的助力下，全二维气相色谱与超高效液相色谱能够将中药材中的挥发性成分与活性物质层层剥离。其中，全二维气相色谱（ GC×GC ）技术通过两次不同分离机制的色谱柱组合，使原本重叠的色谱峰在二维平面上精准分离。当第一根色谱柱完成初步分离后，特定组分被定向导入第二根极性不同的色谱柱，这种分离过程大幅度提升复杂混合物的解析能力。而在液相色谱领域，超高效液相色谱（UHPLC）通过 1.7μm 超小粒径色谱柱与超高压力输液系统，将传统 HPLC 的分析时间缩短至原有三分之一。值得关注的是，UHPLC 与四极杆 - 飞行时间质谱（Q-TOF/MS）联用时，能在半小时内完成人参、黄芩等复方制剂中20 余种指标成分的同时测定。

3. 常用工艺优化方法

3.1 实验设计法

这种方法通过合理地安排试验点的位置，可在相对较少的实验次数下，挖掘出更多极具价值的信息。在众多常用的实验设计方案中，响应面法在实际应用中展现出了独特的优势。例如优化银杏叶提取物生产工艺，聚焦于乙醇体积分数、料液比及提取时间这三个关键因素。对这三个因素精心设置不同的水平组合，以此开展全面且系统的试验。此过程数据被收集起来。这些数据看似杂乱，实则蕴含着丰富的信息。在此基础上，对所得数据进行深入拟合，构建起二次多项式模型，清晰明确地确定各个因素对于目标响应值，也就是黄酮类化合物得率的影响程度。不仅如此，还进一步探究出这些因素之间存在的交互作用效应。基于对这些关系的准确认知，最终精准地锁定银杏叶提取物生产工艺中的最优操作条件，实现工艺的优化升级。

3.2 数学模型与仿真技术

在中药制造领域，COMSOL Multiphysics 软件擅长流体动力学模拟，MATLAB/Simulink 适合控制系统设计与验证等。这些软件工具为工程师们提供了强大的助力，使其在计算机上虚拟重现实际生产场景。借助这些平台，工程师可以测试不同策略的效果，还能预测长期运行后的设备性能变化趋势。例如，在某口服液体制剂灌装过程中，出现泡沫问题。此时，团队利用 CFD 技术深入分析容器内液体流动状态与气体夹带之间的关系，进而提出改进方案，并且该方案在实践中得到了验证。此外，数学模型与仿真技术研究中，正交试验设计方案的饮片规格、加水倍数、提取时间和浓缩比重是影响药效成分提取效率的关键因素。其中，‌饮片规格应保障粗颗粒 (5-10mm) 、中等颗粒 (2-5mm) 、细粉(<2mm) ；加水倍数为5 倍、7 倍、10 倍（药材重量比）；提取时间分别是30 分钟、60 分钟、90 分钟；浓缩比重控制在1:2、1:3、1:5（药材重量与浓缩液体积比）；‌评价指标中‌的主要指标是有效成分提取率（HPLC 测定），次要指标为能耗效率、浓缩液稳定 [2]。

结论：综上所述，在中药制药过程中，开展全过程监控，并实施工艺优化能够大幅度提升中药制药水平。对此可应用现代科技手段，对中药生产过程的实时监测和精确控制；还应结合当前先进的优化方法完善中药制药工艺，促使中药制药行业迎来更加广阔的发展前景。

参考文献：

[1] 孙晓倩 , 徐凌霞 . 中药制药过程监测及工艺优化方法研究进展 [J]. 当代化工研究 ,2022,(24):167-169.

[2] 仲怿 , 范骁辉 , 李振皓 . 基于精益理念的中药制药工业数据挖掘及生产工艺持续改进策略研究：以去壁灵芝孢子粉制药过程为例 [J]. 中国中药杂志 ,2023,48(03):829-834.

作者简介：何海兵（1990.02-），性别：男，籍贯：甘肃省定西市，民族：汉，学历：本科，职称：工程师，研究方向： 中药生产研究

郭丽慈（1988.06-），性别：女，籍贯：河北省邢台市，民族：汉，学历：专科，职称：助理工程师，研究方向： 中药生产研究