引言

在藥用明膠、膠囊用明膠及其他凝膠類藥用輔料的質(zhì)量控制中，凝膠強(qiáng)度（亦稱凝凍強(qiáng)度或凍力）是最核心的物理性能指標(biāo)之一。它直接影響軟膠囊的成型性、硬膠囊的崩解行為以及膠類中藥的臨床療效。歐洲藥典第8版（European Pharmacopoeia 8.0，簡(jiǎn)稱EP 8.0）對(duì)凝膠強(qiáng)度的測(cè)定方法作出了明確規(guī)定，成為出口歐洲市場(chǎng)的藥用明膠及空心膠囊產(chǎn)品必須遵循的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。

EP 8.0中關(guān)于凝膠強(qiáng)度測(cè)定的方法，詳細(xì)規(guī)定了測(cè)試原理、儀器設(shè)備、樣品制備、測(cè)試條件、結(jié)果計(jì)算與報(bào)告方式。其本質(zhì)是經(jīng)典勃魯姆（Bloom）測(cè)試法在藥用輔料領(lǐng)域的標(biāo)準(zhǔn)化應(yīng)用。該測(cè)試法由Oscar Bloom于1925年提出，歷經(jīng)百年驗(yàn)證，至今仍是國(guó)際通用的凝膠強(qiáng)度檢測(cè)方法。本文將系統(tǒng)解析EP 8.0凝膠強(qiáng)度測(cè)定法的物理原理、核心參數(shù)、標(biāo)準(zhǔn)化操作流程及結(jié)果表達(dá)方式，幫助明膠生產(chǎn)企業(yè)建立符合國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的檢測(cè)體系。

一、凝膠強(qiáng)度的物理定義與EP 8.0的測(cè)量本質(zhì)

在藥用輔料的質(zhì)量控制語境下，凝膠強(qiáng)度（Gel Strength）系指在特定的測(cè)定溫度下，將特定面積的探頭以一定速率垂直下降至凝膠表面下某一固定距離時(shí)，所需施加的力值。

EP 8.0將這一物理模型進(jìn)一步標(biāo)準(zhǔn)化為：將規(guī)定濃度的明膠溶液在特定溫度下冷卻形成膠凍，用特定規(guī)格的圓柱形探頭以恒定速度垂直下壓膠凍表面至規(guī)定深度時(shí)，所承受的最大力值即為凝膠強(qiáng)度。

測(cè)量的物理本質(zhì)是抗穿透力測(cè)定。當(dāng)探頭以恒定速度刺入凝膠表面時(shí)，凝膠內(nèi)部的分子網(wǎng)絡(luò)會(huì)對(duì)探頭產(chǎn)生抵抗作用。探頭越往下壓，凝膠網(wǎng)絡(luò)受到的壓縮和剪切應(yīng)力越大，探頭所承受的阻力也隨之增大。當(dāng)探頭達(dá)到規(guī)定的4mm深度時(shí)，這一過程中記錄到的最大力值，即為凝膠強(qiáng)度的量化表征。這一力值綜合反映了凝膠內(nèi)部三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的致密程度和分子間作用力的強(qiáng)弱。

二、Bloom測(cè)試法的核心原理

EP 8.0所采用的凝膠強(qiáng)度測(cè)定方法，本質(zhì)上是Bloom測(cè)試法（又稱勃魯姆法）。該測(cè)試法的核心原理可概括為：

在嚴(yán)格規(guī)定的條件下，用直徑為12.7mm的圓柱形探頭，以0.5mm/s的恒定速度，垂直壓入濃度為6.67%的明膠膠凍表面以下4mm時(shí)，所施加的最大力值即為該樣品的凝膠強(qiáng)度，以Bloom克（g）為單位。

這一測(cè)試原理之所以能夠成為國(guó)際通用的標(biāo)準(zhǔn)方法，在于它科學(xué)地模擬了凝膠材料在實(shí)際使用中的力學(xué)行為。探頭以恒定速度刺入凝膠的過程，本質(zhì)上是對(duì)凝膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)施加的一次“標(biāo)準(zhǔn)化的力學(xué)加載"——加載速度決定了凝膠的粘彈性響應(yīng)方式，刺入深度決定了測(cè)試的應(yīng)變水平，而探頭直徑則決定了應(yīng)力分布的面積。

探頭邊緣的銳利設(shè)計(jì)是Bloom測(cè)試法的一個(gè)關(guān)鍵細(xì)節(jié)：探頭需采用直角圓柱形設(shè)計(jì)（探頭端面與側(cè)面呈90°直角），確保穿刺時(shí)應(yīng)力集中于探頭邊緣，避免因探頭形狀不同導(dǎo)致的測(cè)量偏差。普通圓柱探頭或球頭探頭不能替代，否則測(cè)試結(jié)果不被EP 8.0認(rèn)可。

三、EP 8.0規(guī)定的核心參數(shù)

EP 8.0對(duì)凝膠強(qiáng)度測(cè)定儀和測(cè)試條件提出了明確的量化要求：

探頭規(guī)格（12.7±0.1mm） 是Bloom測(cè)試法沿用百年的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格，由美國(guó)明膠制造商協(xié)會(huì)（GMIA）和歐洲明膠制造商協(xié)會(huì)（GME）共同標(biāo)準(zhǔn)化。探頭面積的準(zhǔn)確性是保證數(shù)據(jù)可比性的基礎(chǔ)——探頭面積偏差5%即可導(dǎo)致結(jié)果誤差高達(dá)10%。

測(cè)試速度（0.5mm/s） 的設(shè)定基于凝膠材料的粘彈性特性。速度過快會(huì)產(chǎn)生慣性效應(yīng)導(dǎo)致強(qiáng)度值偏高，速度過慢則可能因凝膠的應(yīng)力松弛使結(jié)果偏低。采用閉環(huán)控制系統(tǒng)可確保速度輸出的穩(wěn)定性。

刺入深度（4mm） 取代了早期以“觀察到凝膠破裂"為判定依據(jù)的不精確做法。位移測(cè)量精度需達(dá)到0.01mm，確保穿刺深度準(zhǔn)確可控。

樣品濃度（6.67%） 是Bloom測(cè)試法的標(biāo)準(zhǔn)濃度，與EP 8.0、中國(guó)藥典、GB 6783-2013及ISO 9665等國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)保持一致。

恒溫溫度（10℃±0.1℃） 是凝膠強(qiáng)度測(cè)定中最關(guān)鍵的控溫參數(shù)。研究表明，溫度從10℃升至10.5℃可能導(dǎo)致Bloom值下降5%~8%，因此溫度控制的精度是影響測(cè)試結(jié)果的關(guān)鍵因素。EP 8.0要求恒溫水浴箱具備±0.1℃的控溫精度。

四、完整的樣品制備流程

EP 8.0對(duì)明膠樣品的制備提出了嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)化要求：

第一步：精確稱量與溶脹
使用精度不低于0.1mg的分析天平，精確稱取7.5g明膠樣品，放入標(biāo)準(zhǔn)Bloom瓶（內(nèi)徑59±1mm，高度85mm）中，加入105ml蒸餾水。加蓋后靜止1-4小時(shí)，使明膠樣品充分吸水溶脹。

第二步：水浴加熱溶解
將樣品瓶置于65±2℃的水浴中加熱15分鐘，水浴加熱過程中持續(xù)攪拌，使明膠樣品溶解。溫度控制至關(guān)重要——溫度過高會(huì)導(dǎo)致明膠分子鏈降解，溫度過低則無法溶解。

第三步：室溫冷卻
將樣品瓶從水浴中取出，在室溫下冷卻15分鐘。冷卻過程中應(yīng)避免振動(dòng)，以防破壞后續(xù)凝膠網(wǎng)絡(luò)的形成。

第四步：恒溫冷凝
加膠塞密封樣品瓶，將樣品瓶置于10.0±0.1℃的恒溫冰浴中，靜置17±1小時(shí)。這一過程中明膠分子鏈充分交聯(lián)，形成穩(wěn)定的三維凝膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。恒溫時(shí)間的偏差會(huì)直接影響凝膠網(wǎng)絡(luò)的成熟度，進(jìn)而影響強(qiáng)度測(cè)定結(jié)果。

第五步：擦干與定位
擦干樣品瓶外壁的水分后進(jìn)行凝膠強(qiáng)度測(cè)定。測(cè)定點(diǎn)必須為樣品表面的中心點(diǎn)。中心點(diǎn)定位的準(zhǔn)確性直接影響測(cè)試結(jié)果的可重復(fù)性。

五、結(jié)果表達(dá)方式與曲線判讀

1. 測(cè)試過程與曲線記錄

將制備好的凝膠樣品瓶置于測(cè)試臺(tái)上，12.7mm圓柱形探頭移動(dòng)至樣品表面上方。啟動(dòng)測(cè)試程序后，探頭以0.5mm/s的恒定速度向下移動(dòng)，接觸凝膠表面后持續(xù)刺入至4mm深度。在整個(gè)刺入過程中，高精度力值傳感器實(shí)時(shí)記錄探頭所承受的阻力變化，并繪制完整的力-位移曲線（或力-時(shí)間曲線）。

2. 曲線峰值（最大力）的判讀方法

力-位移曲線的峰值點(diǎn)出現(xiàn)在探頭刺入至4mm深度的瞬間——此時(shí)凝膠網(wǎng)絡(luò)被壓縮至最*程度，探頭所承受的阻力達(dá)到最大值。該峰值力即為該次測(cè)量的凝膠強(qiáng)度值。測(cè)試儀器自動(dòng)識(shí)別并記錄這一峰值數(shù)據(jù)。

3. 結(jié)果報(bào)告方式

EP 8.0規(guī)定，取兩組測(cè)量曲線峰值點(diǎn)的平均值作為該樣品的凝膠強(qiáng)度報(bào)告值。最終結(jié)果以Bloom克（g） 為單位報(bào)告。

Bloom值的物理含義是：使12.7mm直徑探頭刺入6.67%明膠膠凍表面以下4mm所需的最大力值，以克（g）表示。若所需力值為200g，則Bloom值為200g。

六、符合EP 8.0國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的測(cè)試設(shè)備

EP 8.0對(duì)凝膠強(qiáng)度測(cè)定儀的精度和功能提出了明確要求：

力值測(cè)量系統(tǒng)：測(cè)量誤差需控制在±1%以內(nèi)，分辨率需達(dá)到0.01N。對(duì)于明膠類樣品，強(qiáng)度范圍通常在100-500 Bloom g，低量程段的精度尤為重要。

位移與速度控制：位移精度需達(dá)到0.01mm，速度精度需滿足0.5mm/s的恒定輸出要求。采用閉環(huán)控制系統(tǒng)的設(shè)備可確保速度輸出的穩(wěn)定性。

探頭系統(tǒng)：標(biāo)配直徑12.7±0.1mm的圓柱形探頭，探頭需表面光滑、邊緣尖銳。探頭邊緣的銳利設(shè)計(jì)是Bloom測(cè)試法的關(guān)鍵要求，普通圓柱探頭或球頭探頭不能替代。

樣品瓶：需配套標(biāo)準(zhǔn)Bloom瓶，規(guī)格為內(nèi)徑59±1mm、高度85mm。

數(shù)據(jù)管理：需具備完整的測(cè)試數(shù)據(jù)記錄與報(bào)告生成功能，支持審計(jì)追蹤，符合GMP及21 CFR Part 11規(guī)范。

以濟(jì)南西奧機(jī)電有限公司研發(fā)的凝膠強(qiáng)度測(cè)試儀為例，其技術(shù)參數(shù)與EP 8.0方法高度匹配：標(biāo)配12.7±0.1mm柱形探頭、0.5mm/s精確速度控制、位移精度0.01mm、力值分辨率0.01N，同時(shí)支持EP 8.0、中國(guó)藥典2025版0634及GB 6783等多標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試程序。PLC工業(yè)控制系統(tǒng)與7英寸觸摸屏使操作人員能夠輕松設(shè)定符合EP 8.0要求的測(cè)試參數(shù)，實(shí)時(shí)監(jiān)控測(cè)試過程并自動(dòng)生成符合藥典格式的檢測(cè)報(bào)告。

對(duì)于明膠及空心膠囊出口企業(yè)而言，選擇符合EP 8.0要求的凝膠強(qiáng)度測(cè)試儀，建立標(biāo)準(zhǔn)化的操作流程，是確保檢測(cè)結(jié)果獲得歐洲市場(chǎng)認(rèn)可、順利通過藥典合規(guī)審查的基礎(chǔ)保障。

常見問題解答

問：EP 8.0凝膠強(qiáng)度測(cè)定法中的探頭為什么必須是12.7mm的圓柱形探頭？

答：12.7mm是Bloom測(cè)試法沿用百年的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格，由美國(guó)明膠制造商協(xié)會(huì)（GMIA）和歐洲明膠制造商協(xié)會(huì)（GME）共同標(biāo)準(zhǔn)化。探頭需采用直角圓柱形設(shè)計(jì)（端面與側(cè)面呈90°直角），確保穿刺時(shí)應(yīng)力集中于探頭邊緣。探頭面積偏差5%即可導(dǎo)致結(jié)果誤差高達(dá)10%，因此探頭規(guī)格的準(zhǔn)確性是保證數(shù)據(jù)可比性的基礎(chǔ)。

問：EP 8.0樣品制備中為什么需要17±1小時(shí)的恒溫時(shí)間？

答：明膠凝膠的形成是一個(gè)緩慢的物理交聯(lián)過程。17±1小時(shí)的恒溫時(shí)間確保明膠分子鏈充分交聯(lián)，形成穩(wěn)定的三維凝膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。恒溫時(shí)間不足會(huì)導(dǎo)致凝膠網(wǎng)絡(luò)未充分形成，強(qiáng)度值偏低；時(shí)間過長(zhǎng)則可能發(fā)生脫水或老化，影響測(cè)定結(jié)果的準(zhǔn)確性。

問：凝膠強(qiáng)度測(cè)試結(jié)果以Bloom克為單位報(bào)告，這個(gè)單位與克（g）有何關(guān)系？

答：Bloom克（Bloom g）與克（g）在數(shù)值上是一致的。Bloom值的物理含義是：使12.7mm直徑探頭刺入6.67%明膠膠凍表面以下4mm所需的最大力值，以克（g）表示。若所需力值為200g，則Bloom值為200g。

問：符合EP 8.0的凝膠強(qiáng)度測(cè)試儀是否也能滿足中國(guó)藥典2025版0634的要求？

答：可以。EP 8.0與中國(guó)藥典2025版0634在核心測(cè)試參數(shù)上高度一致——樣品濃度均為6.67%，探頭直徑均為12.7mm，測(cè)試速度均為0.5mm/s，刺入深度均為4mm，恒溫溫度均為10.0±0.1℃。一臺(tái)符合EP 8.0要求的凝膠強(qiáng)度測(cè)試儀通常也能滿足中國(guó)藥典0634的檢測(cè)要求。建議選擇同時(shí)預(yù)置兩套標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試程序的設(shè)備，實(shí)現(xiàn)“一機(jī)雙標(biāo)、一次檢測(cè)、雙標(biāo)認(rèn)可"。

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