基于近红外光谱技术的痰热清注射液生产全程质量控制体系构建及相关思考

[摘要]该文对基于近红外光谱技术的痰热清注射液生产全程质量控制体系进行简要介绍，对该项研究的意义和存在的困难进行了总结分析，提出了将该项技术应用于工业生产尚需解决的一些实际问题，并对该技术的发展前景进行展望。

[关键词]痰热清注射液；近红外光谱；过程分析技术；全程质量控制

中药现代化和国际化的首要问题是提高制造水平，生产出稳定、安全、有效的中药产品。但在目前的中药生产过程中，存在着原料药材质量波动大、生产工艺相对粗放、产品质量过度依靠事后的检验等问题，尚无法满足现代制药业的要求。现代制药的主要特点包括生产的自动化、过程的可视化、工艺的可控性等，中药产品质量水平的提升，首要的问题是增强对制药过程的监控，以此提高对关键工艺过程的理解，在实现过程可视化的基础上提高过程的可控性，从而确保中药生产全程在受控状态下平稳运行，从而生产出质量一致的产品。

2004年，美国食品药品监督管理局（USFDA）发布了过程分析技术（process analytical technology， PAT）指南^[1]，将PAT定义为一个用于设计、分析和控制生产过程的系统，他通过及时测量原料、生产过程中的物料及过程的关键质量和性能指标，实现确保最终新产品质量的目的。认为通过在药品生产过程中使用该技术，可以提高对药品生产过程的理解，增强对药品生产过程的控制，确保生产沿着设计的方式运行，从而提高产品的质量。过程分析技术在化学药和生物药的生产上已得到较为广泛的应用，如化学反应过程、结晶过程、干燥过程、混料过程、制粒过程的监测与控制等。虽然中药制药过程与其有所不同，但以上研究仍有借鉴意义。中药生产的各个环节中，物料以某些状态的存在时间相对较短，不允许进行复杂耗时的常规分析，必须采用快速分析方法对多个环节的样品进行分析。中药生产的工艺过程一般较为复杂，需要对多个工艺过程进行快速的监测控制。以上工作的开展，必将有助于提高中药生产过程的可控性，从而改善产品质量。

近年来，应用快速分析技术，尤其是近红外（NIR）光谱分析技术，对各类中药物料和工艺过程进行分析成为研究的热点。中药物料包括各种原料药材、中间体、以及最终的中成药产品。以原料药材为例，利用NIR光谱分析技术不仅可对药材中药效成分的含量进行定量测定，而且可以实现对其基源、产地、生长方式、真伪以及相似度的定性鉴别。中药注射剂的生产一般要经过煎煮浓缩、分离纯化、提取物干燥、配液等过程，对这些过程的研究表明在中药注射剂生产上进行过程质量控制具有可行性。但将以上技术集成起来，对特定中药品种的生产全程进行过程质量控制还鲜有报道。

痰热清注射液是一种比较有代表性的中药注射剂品种，它是一种复方制剂，君臣佐使一应俱全，其中既包括动物药，又有植物药；药效成分中包括甾体、酚酸、黄酮、糖苷等多种大类化合物；生产过程则包括醇沉、萃取、结晶、过滤、酸碱沉淀等多种纯化工艺。该品种疗效显著，是一种应用前景较好的中药注射剂，但仍有质量提升的空间。为进一步提高其质量，可在该品种的生产全程进行过程质量控制，对其原料、中间体和成品进行对指标的快速测定，对其生产过程中的关键工艺环节进行重点研究，从而对其进行更为严格的控制，以提高其安全性、有效性和稳定性。这些研究不仅有助于提高该品种的产品质量，同时，由于该品种具有很好的代表性，研究成果也可为其他中药注射剂品种过程质量控制提供借鉴。

1 技术体系的构建

采用近红外光谱对痰热清注射液生产全程进行质量控制，需要发展一系列的技术，概括起来说，主要包括4个方面，一是对从原料药材到各种中间体、提取物，直到最终产品进行快速的定量分析；二是对多种物料进行定性分析，其中既包括不同原料药材之间存在的原始差异，也包括由于操作工艺波动导致的差异；三是工艺过程数据的处理方法，其中既包括各工艺的终点判断方法，也包括工艺一致性的评价方法；四是在工艺理解的基础上对其进行优化，以近红外光谱反映每个工艺的原料性质，借助多变量数据分析技术寻找相应的最优工艺，从而实现“变化的原料+适配的工艺=稳定的产品”这一理念。

1.1 定量分析

痰热清注射液原料药材种类较多，生产工艺复杂，流程较长，成品内控指标较多。因此，相关物料的定量分析贯穿从原料药材到最终产品的全部流程。近红外光谱信息丰富，可对物料的多种物理化学参数进行准确预测。

本项研究对黄芩、金银花2种原料药材进行了定量分析，分别测定了其中的4种黄酮类化合物^[2]和6种有机酸类化合物^[3]，并建立了掺伪熊胆中掺伪比例^[4]、连翘药材中青翘和黄翘的比例的定量校正模型^[5]，所建方法相比于原有的原料药材质控方法，质控指标更多、分析速度更快，对于原料药材的采购和投料前检验具有较高的实用价值。

痰热清注射液采用提取物配液的方法制得，5种原料药材的提取物是痰热清注射液生产过程中最为重要的一类中间体。本项研究分别建立了熊胆粉提取物中熊去氧胆酸UDCA和鹅去氧胆酸（CDCA）的定量校正模型^[6]、山羊角提取物中12种氨基酸的定量校正模型、金银花提取物中6种有机酸的定量校正模型^[7]。水分含量是表征中药提取物质量的一个重要参数。水分含量的高低不仅影响药效成分的含量，而且过高的水分含量还可能导致提取物变质，考虑到这一点，本项研究还建立了5种中药提取物中水分含量的测定模型^[8]。所建方法不仅可以实现对中药提取物中多种指标性成分的同时测定，还可以用来管理利用历史色谱数据，提高历史数据的利用率，并可更好地反映提取物批次之间的质量波动。

针对痰热清注射液成品检验时存在的分析复杂耗时，难以实现高通量样品检测的问题，提出采用NIRS技术对痰热清注射液成品进行检测的方法。利用自行研制的仪器配件建立了对痰热清注射液成品进行不开瓶检验的方法^[9]。还采用自配的不同浓度的痰热清注射液增加了校正集样品的代表性，以获得更为满意的建模效果^[10]。所建方法可实现对痰热清注射液快速无损的多指标同时测定，与传统的液相分析方法相比，既可大大节省成本和耗费，又可以适当增加抽样数量，为痰热清注射液提供了更为严格的质量控制方法。

1.2 定性分析

中药制药过程中各种物料批次之间的差异则可能有两方面原因造成，一是原料导致的差异，一是生产过程导致的差异。近红外光谱信息全面，能够反映物料的整体状态，相比于其他分析技术，NIRS分析技术的一个突出优势就是能够对物料进行准确的聚类分析或判别分析。

导致原料药材的质量差异原因很多，主要包括基源、产地、生长方式（种植或野生）、采收时节不同，以及人工掺伪等因素，具体到痰热清注射液的5种原料药材则各具特点。其中黄芩药材有产地差异和生长方式差异；熊胆粉药材属于贵重药材，有产地差异和掺伪问题；连翘药材有产地差异和采收时节差异；金银花药材有产地差异，和山银花药材具有类似的外观和药效，难以区分；山羊角药材则存在着品种差异和采收时节差异。本项研究充分利用近红外光谱技术的优势，利用PCA-DA，PLS-DA，SIMCA等方法建立了不同药材的判别模型。本研究还建立了基于NIRS技术的原料药材指纹图谱相似度匹配模型，目前NIRS指纹图谱相似度已被一些企业接受作为原料药材的内控指标，成为一种保证原料的批次一致性的手段，效果满意。

1.3 过程监测

痰热清注射液工艺过程繁多，但过程的监测体系尚未完善，本项研究针对提取过程和提取物配液过程的监控方法进行了研究，实现了过程的可视化，增强了对过程的理解，为实施过程控制提供了依据。

熊胆粉提取过程实质上是一个水解反应，条件剧烈，耗时较长，但由于缺少过程监测和终点判断方法，在一定程度上造成了严重的浪费。为此，本项研究建立了基于近红外光谱技术的熊胆粉水解过程检测方法，建立了熊胆粉水解过程中牛磺熊去氧胆酸（TUDCA），牛磺鹅去氧胆酸（TCDCA），UDCA，CDCA 4种胆汁酸类化合物含量的快速分析方法，并将近红外光谱分析技术与移动窗口标准偏差法（MBSD）相结合，提出了一种快速有效的熊胆粉水解过程终点判断方法，为实现该过程的可视化和科学判断过程终点提供了技术手段^[11]。

提取物配液过程操作工艺参数较多，对最终产品质量影响较大，需要进行批次一致性的监控，本研究采用多变量统计过程控制方法，对熊胆粉提取物配液过程和总混过程^[12-15]进行了研究，采用主成分得分，Hotelling T2，DModX等统计量实现了过程的监控，准确区分了正常批次和原料用量异常、加热温度异常、碱用量异常、搅拌终止等异常批次。

1.4 工艺优化

中药生产过程中，存在着原料质量一致性较差的特点，生产中为了提高原料的利用率，保证产品的安全有效，必须根据原料的具体特点，选用最为合适的工艺参数。本项研究以熊胆粉粗提物的洗涤过程为例，探索以NIRS反映原料差异，对工艺参数进行设计，将光谱数据的前8个主成分的得分值和乙酸乙酯的用量作为变量，分别采用PLS方法对产物的纯度和收率进行回归，建立根据原料性质和工艺参数预测产品质量的模型，可为熊胆粉粗提物的洗涤过程提供指导，并可为类似过程提供参考^[16]。本项研究还对痰热清注射液配液过程中影响最终产品质量的因素进行了初步识别。采集了24个实际生产批次的5种中药提取物原料的近红外漫反射光谱，记录了配液过程中的31种操作参数和最终产品的总含固量和灯检合格率，利用偏最小二乘方法建立了定量校正模型，得到了自变量和因变量之间的相关系数。利用相关系数图初步筛选出4个与总含固量和8个与灯检合格率相关性较强的因素，并对其实际意义进行了分析^[17]。

2 相关思考

建立痰热清注射液生产过程全程质量控制的技术体系，目前仍有一些问题需要进行更为深入的研究。在项目实施的过程中，项目组成员发现了阻碍对中药生产进行过程分析的一些共性问题，并进行了深入思考，通过本文提出，希望能够得到本领域相关科研人员的关注，并共同研究解决方案。

2.1 必须针对中药近红外质量控制技术的一些基础问题开展研究

2.1.1 关于近红外的检测限问题 传统上认为，近红外光谱分析技术的检测限是0.1%。在实际的研究中发现，中药中大多数成分的含量低于0.1%，但仍可建立较为满意的模型，进行较为准确的测定。笔者认为，所谓NIRS的检测限，只是一个经验值，并非一成不变。具体到某个指标能否用近红外光谱分析技术测定，取决于目标化合物的吸收特点和基体性质。这一点在中药复杂体系的分析中尤为明显，其原因可能是中药中各种成分之间存在的相关性。这种现象提示，中药制药企业在确定在特定中药品种的全程质量控制中是否适合采用NIRS技术，需要做一定的前期研究，确定是否具有可行性。而非仅仅依靠近红外光谱分析技术的检测限是0.1%这一说法而进行武断决策。

2.1.2 关于中药近红外分析方法的规范化问题 真正将其应用于中药质量控制及中药制药过程分析，尚需解决规范化问题。只有通过对具体对象的研究和分析，才能解决该项技术在应用过程中的一些关键问题，比如NIR光谱分析技术中建模样品的代表性及模型的可扩展性问题、NIR光谱采集条件及建模参数的优化问题、异常样品光谱的剔除原则问题、模型的评价方法问题等。只有这些关键问题获得解决，并经过验证，形成规范，才能充分发挥NIR光谱技术的优势，使之真正起到质量控制和过程监测的作用，在中药行业得到更为广泛的应用。

2.1.3 模型的更新和转移问题 近红外模型的建立不是一劳永逸的，为解决模型的长期有效性和普遍适用性问题，必须进行模型的更新和转移方法研究。中药作为一类特殊的样品有其自身特点，须通过对具体对象的研究，总结出中药样品NIRS分析模型的更新和转移的一般规律，以延长模型的使用时间，扩大模型的使用范围，从而提高模型的使用效率，使得NIRS分析技术在中药质量控制及过程分析领域得到更为广泛的应用。

2.1.4 基于近红外光谱技术的中药指纹图谱技术 相对于传统的色谱指纹图谱技术，近红外光谱信息更为全面，稳定性更好，能够以更为综合的方式反映中药物料的整体信息，在中成药原料药材的采购和投料前检验方面有应用前景和推广价值。针对具体中成药品种的原料药材建立近红外指纹图谱控制方法时，必须根据生产的实际情况确定标准库的组成、指纹图谱相似度计算方法和相似度阈值的确定方法。

2.2 必须倍加重视近红外过程分析方案中的设备问题

2.2.1 关于提取过程样品预处理设备的问题 由于中药样品一般具有物质复杂、不均一、黏稠的特点，因此必须对样品进行预处理后才能进行光谱采集。在本项目的研究中体会到，样品预处理设备问题是一个必须解决的瓶颈问题，为此，研发了具有通道切换和在线清洗功能的预处理设备，在一定程度上解决了这个问题。

值得一提的是，某些中药的提取过程由于具体原因，如强酸强碱、高温高压、黏度极大、以及周期特长等原因，不适合进行在线分析，可考虑采用离线分析（off line），或现场分析（at line）的方法，而不必强求过程分析具体的实现形式。

2.2.2 关于近红外仪器及相关仪器的配备问题 笔者认为，有意向引入近红外全程质控系统的中药生产企业，必须有足够的资金支持和人员投入。这一系统前期投入较大，且必须通过长期的使用，才能起到提高产品质量的功用，难以在短期内产生经济效益。对于中成药原料药材、成品及生产过程中物料的静态分析，最好采用离线近红外仪器在分析小屋或化验室内进行分析，以达到较好的分析效果。由于近红外分析技术属于二次分析方法，因此必须配备标准值测定的仪器和设备，目前通用的做法是采用质量部门的化验室内进行测定，笔者在项目实施的过程中发现，这样不利于项目的推进。因为近红外全程质控系统介于生产部门和质保部门之间，相对独立，最好有专门的仪器和人员配备，特别是常用的HPLC设备，这也是一些国际制药企业，如拜耳、辉瑞等公司通用的做法。

2.3 关于近红外全程质量控制方法的管理问题

2.3.1 过程分析团队同生产、质保部门的结合 陆婉珍院士指出，近红外光谱分析技术的实际应用，需要一个包括软硬件维护的团队，通过大量数据的积累和对计算模型的不断修正，以实现长期的成功应用^[18]。近红外光谱测定结果的可靠性在很大程度上取决于建模样品的代表性，因而必须注重数据的累积。近红外技术的一个显著优势就是可以进行历史数据的管理和挖掘，将历史数据加入到各类模型中，不断优化、完善模型，提高模型的预测能力。充分发挥近红外技术的优势，必须将过程分析团队同生产、质保部门结合起来，增强部门之间的协调。生产中存在的实际问题是过程分析技术的目标，解决生产上的问题需要确定合适的质控目标。因此，过程分析既是保证生产平稳运行的手段，也是沟通生产和质保部门的关键环节。

2.3.2 应用领域的拓展 技术的开发与应用 过程分析团队与研发部门的结合有助于解决大量生产中存在的现实问题，对于提高仪器的使用效率，改善质控手段有着重要意义，这要引起相关部门的重视。

2.3.3 过程分析技术人才的培养 过程分析和全程质量控制不仅仅是一种技术，而是一个理论和应用体系，从某种意义上说是一个系统工程。但目前的药学高等教育尚缺少合适的教材和专业的师资力量，相对于石油化工和化学、生物制药领域，中药领域的过程分析技术人员更是急缺。从事过程分析技术研发和工业上进行全程质量控制的人员必须同时具备分析化学、数据处理、制药工程工艺、中药学等多个学科的基础知识，希望引起国内开设制药工程专业的高校的重视。

3 前景展望

本文报道了NIR光谱分析技术在痰热清注射液生产过程质量控制体系中的应用，为NIR光谱技术在其他中药注射液品种上的应用提供了借鉴。将该项技术推广到其他中成药品种的全程质量控制中尚需解决一些技术、设备、管理方面的问题，本课题组目前仍在对这一技术体系进行完善，进一步提高生产全程的可控性。

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NIRS-based total quality control system construction of

Taeqing injection and relative thinking

LI Wen-long1， LIU Shao-yong2， XUE Dong-sheng2， QU Hai-bin1*

（1.Pharmaceutical Informatics Institute， Zhejiang University， Hangzhou 310058， China；

2. Kaibao Pharmacy Co.， Ltd.， Shanghai 201401， China）

[Abstract]In this paper， NIRS（near infrared spectroscopy）-based total quality control system for the Taeqing injection was introduced briefly. By analyzing and summing up the significance and difficulties， several important problems of the practical applications which need urgent solutions are proposed. And also the application prospect of NIRS is fully discussed and put forward in the end.

[Key words]Taeqing injection； near infrared spectroscopy； process analytical technology； total quality control system

doi：10.4268/cjcmm20141742

[责任编辑 孔晶晶]

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