近红外光谱结合化学计量学方法用于测定咀嚼凝胶中灵芝提取物的含量

《Microchemical Journal》：Near-infrared spectroscopy coupled with chemometrics for content determination of Ganoderma lucidum extract in chewable gels

近红外光谱（NIR）结合化学计量学技术用于定量分析含灵芝多组分提取物的咀嚼凝胶，系统评估了样本处理、压力及光学屏蔽对光谱的影响，发现标准化处理和标准正态变量变换能有效降低非化学变异，优化后PLS模型预测性能优异（R2val=0.977，RPD=6.9，RSEP=4.1%），证实NIR适用于半固体制剂的质量控制。

　　

M. Bidegain | R. Pereyra | R. Roma?ach | N. González Vidal | M. Razuc

阿根廷布宜诺斯艾利斯省巴伊亚布兰卡市国立技术大学区域学院，CONICET化学与生物环境研究小组（GEAQB）

摘要

近红外（NIR）光谱技术结合化学计量方法在复杂配方中的应用日益增多；然而，将其应用于含有多种天然成分的半固体剂型时仍存在局限性。尤其是咀嚼胶剂，由于其结构不均匀性、高水分含量以及强烈的光散射效应，导致光谱响应对测量条件非常敏感。 本研究探讨了在咀嚼胶剂中应用NIR光谱技术进行定量分析的可行性，重点关注光谱变异性的来源及其系统评估与控制。以含有多组分灵芝提取物（每单位250–750毫克）的明胶基咀嚼胶剂作为模型系统。通过主成分分析（PCA）和PERMANOVA方法，评估了样品处理方式、测量界面施加的压力以及使用不透明盖子对NIR光谱曲线的影响。结果表明，样品处理方式引入了显著的光谱变异，主要影响第一泛音C1H伸缩区域（9000–7000 cm?1）。结合使用不透明盖子和轻微压力，并采用标准正态变量预处理方法，可以有效减少非化学因素引起的变异，提高剂量测定的准确性。 在优化的采集和预处理条件下，偏最小二乘回归模型表现出优异的预测性能（R2val = 0.977，RPD = 6.9，RSEP = 4.1%），且精度较高（RSD < 2.1%）。即使样品在制备后11至58天内，预测准确性仍保持稳定。 本研究表明，只要明确识别并控制与基质相关的光谱变异源，利用NIR光谱技术对含有化学异质性成分的咀嚼胶剂进行准确定量分析是可行的。

引言

咀嚼胶剂（CGs），通常称为软糖，因其高患者接受度、易于服用以及制造灵活性而成为越来越重要的药品和营养补充剂剂型[1][2]。这类半固体制剂无需用水即可服用，特别适合儿童和老年人以及吞咽困难的患者，因为咀嚼过程可将胶剂转化为易于吞咽的形态[3]。其制造优势包括成本低、无需复杂设备，且可生产多种尺寸、形状和剂量规格[4][5]。明胶是最常用的凝胶剂，因其易于获取、加工方便、口感良好以及在胃肠道中溶解迅速[6][7][8][9]。其他关键成分还包括增塑剂（如甘油、山梨醇，可降低硬度并增强凝胶柔韧性同时提供甜味）、酸剂（如柠檬酸，用于调节pH值并抑制微生物生长）以及防腐剂和调味剂[10][11]。最近有研究报道将多种活性药物成分以咀嚼胶剂形式给药[12][13][14][15]，同时含有维生素和矿物质的制剂也被纳入药典标准中，规定了崩解度、溶出度和含量测定等性能测试[17][18]。 鉴于咀嚼胶剂的这些优势，尤其是对儿童和老年人群体的适用性，人们越来越倾向于将具有治疗功效的营养补充剂和天然产物加入这类剂型中[19]。然而，含有多组分天然提取物的咀嚼胶剂的质量控制面临特殊分析挑战。与活性成分明确的制剂不同，天然产物的功效通常源于多种成分的协同作用[20][21]。传统分析方法通常依赖高效液相色谱（HPLC）对特定分子标记物进行定量分析，但当功能性源于复杂成分组合时，这种方法的适用性有限。为此，色谱指纹图谱技术作为一种替代方法应运而生，可通过全面成分比较来评估产品质量[22]。然而，基于HPLC的方法无论是用于标记物定量还是指纹图谱分析，都成本较高、耗时较长且需要大量高纯度有机溶剂。因此，开发更简单、经济且环保的分析方法具有重要意义。 近红外（NIR）光谱技术为天然产品的质量控制提供了一种有前景的替代方案。NIR光谱是一种非破坏性分析技术，无需复杂样品预处理或提取步骤即可快速分析化学成分[23]。该技术能够分析复杂活性成分（包括那些嵌入药物制剂或异质基质中的成分），实现实时在线质量控制，从而提高效率并缩短分析周期。先前的研究已证明NIR光谱技术可用于固体或粉末状天然产品的分析，例如真菌材料和粉末提取物中的多糖定量[24][25]。 然而，要将NIR光谱成功应用于咀嚼胶剂，需仔细考虑特定方法学因素。这类半固体制剂具有高水分含量、粘弹性以及机械变形敏感性，这些特性会干扰光谱测量，因为样品位置、表面接触和施加压力的变化会显著影响光散射和有效光程长度。即使处理或测量几何条件的微小差异也可能显著影响光谱响应，从而影响定量结果的重复性。因此，需要开发稳健的校准模型以确保分析准确性和精度。 本研究探讨了NIR光谱结合化学计量方法在含有多组分天然提取物的明胶基咀嚼胶剂中的定量分析应用。选择灵芝提取物作为代表性且分析难度较高的模型系统。这种药用蘑菇在传统医学中因其免疫调节、抗氧化等健康促进作用而被广泛应用，其中含有多糖、三萜类及其他生物活性成分的复杂混合物，这些成分体现了多组分天然产物带来的分析挑战[26][27][28][29][30]。这种成分复杂性结合柔软高水分基质的物理特性，使其成为开发适用于类似剂型的稳健NIR分析方法的理想研究对象。本研究的目标是：(i) 系统评估样品处理、测量界面压力和光学屏蔽对NIR光谱变异性的影响；(ii) 识别能减少非化学变异性的光谱区域和预处理策略；(iii) 开发并验证准确的含量预测模型，包括评估基质稳定性对结果的影响。通过明确控制与基质相关的光谱变异源，本研究旨在扩展NIR光谱在咀嚼胶剂及相关半固体制剂质量控制中的应用范围。

材料

用于制备咀嚼胶剂的灵芝提取物（含35%（w/w）多糖）购自PipingRock?（美国）。明胶（200 Bloom等级）、甘油、山梨醇溶液（70% w/w）、柠檬酸和香草精均购自Magel（阿根廷）。苯甲酸钠购自Saporiti（阿根廷）。制备过程中使用去离子水。分析级月桂基硫酸钠（SLS）购自Cicarelli（阿根廷）。

灵芝咀嚼胶剂的制备

咀嚼胶剂的制备过程如2.2节所述，制备完成后可轻松脱模。其呈现半透明棕色基质，这归因于灵芝提取物的特征颜色（图S1）。凝胶形状与模具几何结构一致，底部直径大于顶部，上表面平坦并带有轻微圆形凹陷，边缘呈波浪状锯齿状。

结论

本研究初步探索了近红外光谱技术在含有灵芝提取物等复杂成分的咀嚼胶剂分析中的应用。对灵芝咀嚼胶剂的全面表征表明，该制剂符合药品应用的关键质量标准，具有适当的质地特性（硬度22.26 ± 2.53 N，内聚性0.83 ± 0.02）。

作者贡献声明

M. Bidegain：撰写——审稿与编辑、初稿撰写、方法学设计、实验设计、数据分析、概念构建。 R. Pereyra：撰写——初稿撰写、方法学设计、实验设计、数据分析。 R. Roma?ach：撰写——审稿与编辑、项目监督、概念构建。 N. González Vidal：撰写——审稿与编辑、方法学设计、资金申请、数据分析。 M. Razuc：撰写——审稿与编辑、初稿撰写、方法学设计、实验设计。

资助

作者感谢Agencia Nacional de Laboratorios Públicos (ANLAP)（授权号EX-2020-50428127-APN-ANLAP#MS）和Universidad Nacional del Sur (UNS)（授权号PGI 24/B306）的财政支持。

利益冲突声明

作者声明以下可能的利益冲突：Noelia Gonzalez Vidal表示获得了Agencia Nacional de Laboratorios Públicos (ANLAP)的财政支持。其他作者声明不存在可能影响本文研究的财务利益或个人关系。

致谢

R. B. Pereyra感谢CONICET和ANLAP提供的博士后奖学金。作者同时感谢D. Genovese和A. Mu?oz（PLAPIQUI, CONICET-UNS, 阿根廷）提供的技术支持。