目的  建立最佳炉甘石煅淬水飞工艺并对产品质量进行分析。

方法  以水飞产品收率及氧化锌增加量为指标，对炉甘石水飞次数及用水量进行优化，进一步以煅制时间、煅淬用水量及煅淬次数为考察因素，采用L₉(3⁴)正交试验优化煅淬炮制工艺；对20批药材进行煅淬水飞炮制，测定产品及相应生品中氧化锌含量，分析产品质量。

结果  煅淬水飞最佳炮制工艺参数为：炉甘石破碎为7~9 mm的小块，700℃煅制20 min，3倍量水煅淬2次，充分研磨，加水搅拌，静置20 s，倾取悬浮液，重复操作8次，每次用水量依次为第1次40倍，第2次25倍，第3~4次20倍，第5~6次15倍，第7~8次10倍。所得产品质量与对应的生品质量有关。

结论  炉甘石煅淬水飞炮制工艺稳定、可靠，可用于炉甘石饮片生产。

炉甘石（calamina）收载于中国药典2020年版一部，规定为碳酸盐类矿物方解石族菱锌矿，主含碳酸锌（ZnCO₃）[1]。对药典中所载含炉甘石的制剂进行分析发现在不同制剂中所用炉甘石有所不同，如在马应龙麝香痔疮膏和熊胆痔灵膏中为煅炉甘石，在障翳散中为炉甘石水飞，在麝香痔疮栓中为炉甘石粉，可见炉甘石生品和炮制品均可入药，但以炮制品居多。研究表明炉甘石煅制后所含的ZnCO₃转化为氧化锌（ZnO），ZnO具有良好的抑菌活性而ZnCO₃无抑菌活性，因此煅后入药可提高临床疗效[2-4]；此外，水飞操作利用粗细粉末在水中悬浮性的不同，可达到制备药物细粉、除杂和减毒的作用，随着粒径减小炉甘石表现出更好的体外透皮渗透作用和抑菌活性[5-7]。关于炉甘石的炮制加工方法最早见于唐《银海精微》，记载“炼炉甘石用火煅，黄连水淬七次”[8]。中国药典2020年版规定的炮制方法为火煅后水飞[1]，不同省的炮制规范也常用火煅[9-10]、水淬后水飞[11]，如《甘肃省中药饮片炮制规范》载：“取净炉甘石块……煅至红透，取出，立即投入水中，搅拌……反复浸淬3~4 次……”[12]；《北京市中药饮片炮制规范》载：“取净炉甘石……煅至红透，取出，趁热倒入水盆中浸淬，搅拌……”[13]。其中水淬的目的是令其更酥脆，利于研磨粉碎，便于水飞。

本研究在前期研究建立的炉甘石煅制水飞炮制工艺[14]基础上，对水飞工艺进行进一步优化，并对炉甘石煅淬工艺参数进行研究，分析所得煅淬水飞产品质量，为制备符合中国药典规定的炉甘石饮片提供理论依据。

1 仪器与试药

1.1 仪器

SX-2.5-12型箱式电阻炉控制箱（天津市泰斯特仪器有限公司）；Milli-Q型超纯水制备仪（美国Millipore公司)；D/max2500型X射线衍射仪（日本RIGAKU公司）；ALC-110.4型分析天平（德国艾科勒公司）。

1.2 试药

工艺研究所用样品产地广西，批号为20210604，经辽宁中医药大学王荣祥教授鉴定为炉甘石（calamina）正品。经X射线衍射法检测为碳酸盐类矿物水锌矿，主成分为碱式碳酸锌。

盐酸、氨水、铬黑T、氯化铵、三乙醇胺、磷酸氢二钠等均为分析纯试剂，均购自天津科密欧化学试剂有限公司。

2 方法与结果

2.1 ZnO含量测定方法

按中国药典2020年版一部项下方法测定ZnO含量[1]。取炉甘石粉末约0.1 g，精密称定，置锥形瓶中，加稀盐酸 10 mL，振摇使锌盐溶解，加浓氨试液与氨-氯化铵缓冲液（pH=10.0）各10 mL，摇匀，加磷酸氢二钠试液10 mL，振摇，滤过。锥形瓶与残渣用氨-氯化铵缓冲液（pH=10.0）1份与水4份的混合液洗涤3次，每次 10 mL，合并洗液与滤液，加30%三乙醇胺溶液15 mL与铬黑T指示剂少量，用乙二胺四乙酸二钠滴定液（0.0509 mol·L^-1）滴定至溶液由紫红色变为纯蓝色。每1 mL乙二胺四乙酸二钠滴定液（0.0509 mol·L^-1）相当于4.1420 mg的ZnO。

2.2 水飞次数及用水量优化

2.2.1 水飞用水量初选

取直径约7~9 mm的生品炉甘石8份，每份5 g，分别置马弗炉中于700℃煅烧1 h，放凉，称取质量，适当粉碎；取粉末适量（初始物料量）置乳钵中，加2倍量水，以60次/min的速度研磨4 min（研磨较充分，用手指捻之无粗糙感），使成糊状；加水搅拌，静置20 s后，立即倾出混悬液；残渣继续充分研磨，重复上述水飞操作5次，每份样品每次水飞用水量分别为水飞初始物料量的10，15，20，25，30，35，40，45倍；分别合并每次倾出的水飞产品悬浮液，静置过夜，分取沉淀物于蒸发皿中，水浴蒸干，再于105℃烘干至恒重。称定产品质量，计算产品收率（产品收率=水飞产品质量/水飞初始物料质量×100%）；测定ZnO含量，计算与生品相比的ZnO增加量。结果见表1。表明随着用水量的增加产品收率逐渐升高，当用水量为投料量40倍以上时，产品收率超过95%。

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  表格1 用水量初选结果

  Table 1.Results of primary selection of water consumption

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2.2.2 用水量与水飞物料量变化规律考察

取生品炉甘石，按“2.2.1”项下方法煅制、水飞。采用两种用水量方案进行水飞，一种方案每次水飞均按初始物料质量加40倍量水进行操作，另一种方案按每次水飞后所得残渣质量（即下一次水飞物料量）加40倍量水进行操作。记录两种方案每次水飞后残渣质量、用水量及水飞产品质量，比较两种方案随水飞次数增加，所得残渣质量、用水量及水飞收率的变化规律，结果见图1~图3。表明两种方案产品收率相差不大，但总用水量有明显差异，提示用水量可根据每次水飞物料量变化规律进行优化设计。

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  图1 不同操作水飞物料量变化规律

  Figure 1.Changes in the amount of water fly materials in different operations

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  图2 不同操作用水量变化趋势

  Figure 2.Variation trend of water consumption in different operations

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  图3 不同操作水飞收率变化趋势

  Figure 3.Variation trend of water flying yield in different operations

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2.2.3 多次水飞用水量优化

取直径约7~9 mm的生品炉甘石，置马弗炉中于700℃煅烧1 h，放凉，适当粉碎，得煅炉甘石粉。取该煅炉甘石粉8份，每份8 g，加入2倍量水，按“2.2.1”项下方法充分研磨，以不同水量进行水飞，用水量分别为：1^#每次用水量均为初始物料量的40倍，2^#~8^#第一次用水量为初始物料量的40倍，第二次为当次物料量的40倍，自第三次开始2^#、3^#、4^#、5^#、6^#、7^#用水量始终分别为初始物料量的20，18，16，14，12，10倍，8#用水量始终为当次物料质量的40倍。每份样品均水飞至无法再水飞为止，分别放置每次倾出的水飞产品悬浮液，静置过夜，分取沉淀物于蒸发皿中，水浴蒸干，于105℃烘干至恒重。记录每份样品每次水飞后产品质量、每次水飞后残渣质量、每次用水量。根据记录的数据计算水飞产品收率，结果见表2。表明水飞8次产品总收率均可到达80%以上，水飞12次产品总收率可达90%以上。测定ZnO含量，结果见表3。表明随着水飞次数的增加，所得产品中ZnO含量呈逐渐降低趋势。为保证炮制品质量符合中国药典要求，应在保证质量的前提下适当损失收率。结合表2与表3结果，可选择水飞次数8次为宜。

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  表格2 不同用水量产品收率（%，n=3）

  Table 2.Yield of products with different water consumption（%，n=3）

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  表格3 产品中ZnO含量（%，n=3）

  Table 3.ZnO content in products（%，n=3）

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根据记录的每次水飞后残渣质量和每次用水量数据，计算每份操作的每次用水量与当次物料量间的倍数关系，其变化规律见图4。5^#、6^#、7^#的水飞收率较低与单次用水量较少有关，结果提示为保证产品收率单次用水量应以不低于当次物料量40倍为宜。

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  图4 单次用水量与当次物料量关系

  Figure 4.The relationship between single water consumption and current material volume

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综上试验结果，可确定水飞次数为8次，每次用水量以初始物料量计算分别为：第1次40倍、第2次24倍、第3次20倍、第4次18倍、第5次14倍、第6次12倍、第7~8次10倍。

2.2.4 验证试验

取生品炉甘石2份，每份50 g，按“2.2.1”项下方法煅制，粉碎。在第一份煅后产品中取3份，每份10 g，按上述试验确定的次数和用水量进行水飞；第二份煅后产品中同样取3份，每份10 g，为方便实际操作，对用水量略作调整改进，用水量分别为第1次40倍、第2次25倍、第3~4次20倍、第5~6次15倍、第7~8次10倍。计算煅制产品收率及水飞产品收率，测定ZnO含量，并计算炮制前后ZnO增加量。结果见表4。

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  表格4 水飞用水量验证试验

  Table 4.Water consumption verification test of water-flying

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验证试验证明优化所得的水飞工艺稳定，产品收率较高，ZnO增加量亦较高，可保证炮制产品质量；调整的用水量方案与试验优化参数所得产品在收率及ZnO增加量方面差异不明显，因此可将调整后的用水量作为炉甘石煅制后水飞工艺参数进行实际生产。

综合以上试验，确定炉甘石煅后水飞工艺为：取煅炉甘石粉末适量置乳钵中，加2倍量水，以60次/min的速度研磨4 min，使成糊状；加40倍量水搅拌，静置20 s后，立即倾出混悬液；残渣继续充分研磨，重复上述水飞操作7次，每次水飞用水量分别为初始物料量的25倍、20倍、20倍、15倍、15倍、10倍、10倍。

2.3 煅淬工艺研究

2.3.1 单因素考察

（1）煅淬用水量考察：取7~9 mm的炉甘石样品5份，每份5g，置马弗炉中于700℃煅烧1 h，取出，趁热倒入水中，用水量分别为投料量的1，2，3，4，5倍，趁热以60次/min的速度研磨4 min，按“2.2”项下确定的工艺进行水飞，计算产品收率，按“2.1”项下方法测定ZnO含量，并计算与生品相比的ZnO增加量。结果见表5。表明用水量为投料量2~4倍时产品收率和ZnO增加量均较高，故选择用水量为2~4倍进行正交试验。

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  表格5 煅淬用水量考察（n=3）

  Table 5.Investigation of water consumption for calcination and quenching (n=3)

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（2）煅淬次数考察：取7~9 mm的炉甘石样品7份，每份5 g，分别放入坩埚中，置马弗炉中于700℃煅烧1 h，取出，趁热投入2倍量水中，搅拌，倾倒混悬液，残渣沥干。1#~7#分别反复煅淬操作1，2，3，4，5，6，7次，最后一次水淬时趁热以60次/min的速度研磨4 min，按“2.2”项下方法水飞。合并各自的煅淬混悬液及水飞混悬液，静置过夜，分取沉淀物于蒸发皿中，水浴蒸干，再置于105℃烘干至恒重，计算产品收率，按“2.1”项下方法测定ZnO含量，计算ZnO增加量。结果见表6。表明增加煅淬次数产品收率略有下降，对ZnO增加量无显著影响，故选择煅淬次数为1~3次进行正交试验。

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  表格6 煅淬次数考察（n=3）

  Table 6.Investigation of times of calcination and quenching (n=3)

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2.3.2 正交试验

根据单因素考察结果及课题前期的试验结果[14]，以煅制时间、煅淬用水量、煅淬次数为考察因素进行L9(34)正交试验，因素水平设计方案见表7。以产品收率和ZnO增加量为评价指标，设置权重系数各为0.5，按下式进行综合评分：综合评分=[产品收率/产品收率最大值×0.5+ZnO增加量/ZnO增加量最大值×0.5]。以综合评分结果进行正交试验数据分析，结果见表8，方差分析结果见表9。

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  表格7 正交设计因素水平

  Table 7.Orthogonal design factor level table

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  表格8 正交试验方案与结果

  Table 8.Orthogonal test protocol and results

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  表格9 方差分析结果

  Table 9.ANOVA results

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由直观分析结果可知三因素对试验结果影响顺序为（C＞A＞B），即煅淬次数为主要影响因素；由方差分析结果可知煅淬次数三水平之间存在显著差异，煅淬2次为最优工艺参数，其他两因素各水平间无显著差异。结合直观分析可确定炉甘石煅淬的最佳工艺为A1B2C2，即煅制时间20 min，淬用水量为投料量的3倍，煅淬2次。

2.3.3 验证试验

取7~9 mm的炉甘石3份，每份20 g，按最优工艺参数进行验证。计算产品收率，测定ZnO含量，按“2.1”项下方法计算ZnO增加量。结果见表10。表明所建立的煅淬工艺参数稳定，所得产品收率较高，ZnO增加量较高，可用于实际生产。

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  表格10 煅淬试验验证结果 （%）

  Table 10.Verification results of calcination and quenching test（%）

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2.4 产品质量研究

取收集的20批炉甘石药材，根据所建立的煅淬水飞工艺制得炮制品，按中国药典2020年版一部炉甘石项下对饮片质量的要求，采用配位滴定法测定生品及对应炮制产品中的ZnO含量。样品信息及测定结果见表11。

由表11可知，在20批样品中S4、S6、S12、S13、S17、S19的生品ZnO含量不符合中国药典对炉甘石药材含ZnO不得少于40.0%的规定，该6批样品所对应的炮制品中的ZnO含量亦不符合中国药典对炉甘石炮制品含ZnO不得少于56.0%规定。

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  表格11 煅淬产品中ZnO含量测定结果（n=3）

  Table 11.Determination results of ZnO content in calcined and quenched products (n=3)

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3 讨论

3.1 工艺优化过程中评价指标的选择

中国药典中对炉甘石药材的质控标准为含ZnO不得少于40.0%，对于炉甘石饮片的质控标准为含ZnO不得少于56.0%[1]。由于炉甘石为矿物药，矿物在形成过程中存在较大的不均一性，因此即使同一批生品炉甘石在测定过程中也很难做到取样具有代表性，为有效比较不同炮制工艺参数所得产品质量，应每次每份试验均测定生品及其炮制品中的ZnO含量，并以其增加量的多少来评价工艺参数的优劣。根据药典中对药材及饮片质量的规定，当ZnO增加量达到16.0%以上时，有较大的可能保证符合质量要求的生品药材经炮制后得到质量符合规定的饮片。

3.2 水飞次数及用水量优化

课题组前期对水飞工艺进行了详细研究[14]，确定了水飞工艺参数，但存在水飞次数多、用水量大，生产成本高的缺点，因此本研究首先对水飞次数及用水量进行进一步的优化。通过对试验结果进行分析发现产品收率与用水量存在一定的相关性，当用水量低于物料量40倍时，产品收率降低，这与文献中报道的“炉甘石水飞时用水量达到投料重量的40倍利于ZnO的悬浮，水飞产品收率较高”相符合[3]。试验结果表明产品收率较高的水飞操作主要集中在前两次，随着水飞次数的增多，剩余残渣中ZnO含量逐渐降低，增加水飞次数使更多的杂质飞出，其结果势必会使最终所得产品中ZnO含量降低，甚至导致炮制品质量无法满足中国药典要求。因此，在不极大损害产品收率的前提下，为保证产品质量，应适当减少水飞次数，根据本试验测定结果，选择水飞次数8次为宜。

3.3 煅淬工艺优化

课题组前期对炉甘石煅制工艺进行考察，结果表明当温度达到700℃时其状态为红透，根据X射线衍射法检测结果其所含的ZnCO₃及碱式碳酸锌[Zn5(CO3)2(OH)6]均可分解转化为ZnO；对于物料粒径的研究结果表明当粒径过大时不利于煅透，而粒径过小其堆积密度过大亦不利于煅透，造成成分转化不完全，因此确定适宜粒径为7~9 mm。本研究在此基础上对煅制时间、煅淬用水量及煅制次数进行正交试验，得到炉甘石煅淬水飞工艺参数。与前期所建立的煅制水飞工艺相比，在产品收率及ZnO增加量方面两种炮制方法均无差别；在生产操作方面，煅淬水飞工艺中煅制时间缩短并减少煅后晾凉及粉碎步骤，但在二次煅淬前需将残渣适当干燥亦增加工时，因此生产企业可根据自身条件对两种炮制工艺进行选择。

3.4 产品质量分析

中国药典2020年版一部规定炉甘石为碳酸盐类矿物方解石族菱锌矿，主含ZnCO₃。本试验前期在药材市场收集炉甘石药材共32批，按中国药典中炉甘石的定性鉴别方法进行试验，其中20批药材符合要求；经XRD检测，该20批药材均为水锌矿，主含Zn5(CO3)2(OH)6。对定性鉴别符合要求的该20批药材进行煅淬水飞炮制，测定产品及相应生品中的ZnO含量，结果表明在20批样品中有6批样品的生品ZnO含量不符合中国药典对炉甘石药材的规定，该6批样品所对应的炮制品中的ZnO含量亦不符合规定。从理论上来分析，当炉甘石为菱锌矿且只含ZnCO₃时，炮制过程中发生的化学反应为：ZnCO₃ZnO+CO₂。若生品中氧化锌含量恰为40.0%，则实际样品中碳酸锌含量应为61.6%，杂质总量为38.4%；煅制过程中假设只有碳酸锌转化为氧化锌，其他物质均不发生变化，则炮制后产品中氧化锌含量应为40.0%/（40.0%+38.4%）=51.0%。只有其他碳酸盐类杂质的质量变化才有可能使炮制品中ZnO的含量达到56.0%这一要求；而对于水锌矿所含为Zn5(CO3)2(OH)6，若使得炮制品质量合格则生品中ZnO的含量应更高。因此对于S16样品，其生品中的ZnO含量符合药典规定，但炮制品不符合规定，其原因应是与生品中主含Zn5(CO3)2(OH)6有关。对产品质量分析的结果提示当生品中ZnO的含量较低时，为得到符合要求的炮制产品，应在水飞步骤进一步减少水飞次数，损失收率以确保产品质量。

因炉甘石为矿物药，质地分布不均一，故本文采用客观的ZnO增加量和生产过程中注重的产品收率作为评价工艺的指标。以煅制时间、煅淬用水量、煅淬次数为考察因素，最终确定了炉甘石的煅淬水飞炮制工艺为：炉甘石7~9 mm，700℃煅制20 min，3倍量水煅淬2次，加水水飞，静置20 s，水飞8次，每次用水量依次为第1次40倍，第2次25倍，第3~4次20倍，第5~6次15倍，第7~8次10倍。在确保ZnO含量和产品收率的同时也弥补了前期所得水飞工艺用水量大，生产成本高的不足。经验证试验表明该炮制工艺稳定、可靠，可为炉甘石炮制品的工业化生产提供依据。使用该工艺对20批炉甘石药材进行煅淬炮制并分析产品质量，提示欲得到符合中国药典质量规定的制炉甘石，需以生品质量合格为基础，并且ZnO含量越高越好。

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