新型中藥材超細(xì)粉磨技術(shù)及應(yīng)用

祝戰(zhàn)科

(陜西工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，陜西 咸陽(yáng) 712000)

1 中藥材粉磨的研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)

1.1 顆粒度與中藥理化性能關(guān)系

隨著中醫(yī)中藥被全球廣泛接受和推廣使用，對(duì)于各種中藥劑型的需求越來(lái)越多。超微粉碎技術(shù)在中藥資源開(kāi)發(fā)中已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用，并迫切要求有更好加工效果和更高加工質(zhì)量及切實(shí)滿(mǎn)足市場(chǎng)的技術(shù)及相關(guān)產(chǎn)品，提高中藥理化性能，并滿(mǎn)足人們對(duì)中藥使用及療效的要求。傳統(tǒng)中藥服用中“量大、色雜、純度低”的情況和給藥途徑亟待改進(jìn)。經(jīng)對(duì)藥理研究與實(shí)踐證明，超細(xì)中藥可以提高藥物有效成份的生物利用率，進(jìn)而改變傳統(tǒng)中藥的不足。超細(xì)粉碎后的中藥微粉，因其易吸收、起效快、少而精，服用攜帶方便越來(lái)越受到中醫(yī)藥界的重視，尤其為患者所接受和歡迎。一般達(dá)到微米級(jí)粉碎即可使組織細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)破壞，獲得所需的物料特性。顆粒的微細(xì)化導(dǎo)致的表面積和孔隙率增加、細(xì)胞壁的破壞使超微粉體具有獨(dú)特的物理化學(xué)性能，如良好的吸收性、吸附性、溶解性、化學(xué)活性、生物活性等。目前，為滿(mǎn)足我國(guó)中藥生產(chǎn)行業(yè)需求，超細(xì)中藥及相關(guān)生產(chǎn)設(shè)備的研究開(kāi)發(fā)已經(jīng)開(kāi)展，并取得了一定成效。

中藥材研磨的顆粒越細(xì)，其藥效作用越好，例如，1-75μm顆粒的中藥材稱(chēng)為超細(xì)粉碎中藥，而以1～10μm為最佳藥效尺寸中藥。其中藥理化性能關(guān)系與其顆粒度的關(guān)系如下表1所示。

相對(duì)于傳統(tǒng)中藥顆粒度，超細(xì)中藥的主要優(yōu)點(diǎn)如下：

(1)提高藥物有效成份的生物利用率。例如，其有效指標(biāo)成份的含量是傳統(tǒng)中藥2倍左右，提高了資源利用率；目前傳統(tǒng)中藥飲片利用低，有效成份流失量大；

(2)加快中藥被人體吸收的速度，使得中藥制品也可實(shí)現(xiàn)定向給藥和精確精準(zhǔn)給藥；

表1 顆粒尺寸與中藥理化性能

(3)改變傳統(tǒng)中藥服用中“量大、色雜、純度低”的狀態(tài)和給藥途徑，使中藥服用和西藥一樣，濃縮而成，量小高純，攜帶服用方便。

1.2 超細(xì)粉碎技術(shù)對(duì)中藥材加工的適用性

目前，在中藥研發(fā)及生產(chǎn)的國(guó)際化過(guò)程中，首先要進(jìn)行加工方法和加工設(shè)備的規(guī)范化和標(biāo)準(zhǔn)化，使超細(xì)中藥在使用中區(qū)別于傳統(tǒng)中藥劑型，這樣才能使其具有長(zhǎng)久不斷發(fā)展的生命力。因此，要選擇合適的超細(xì)粉碎技術(shù)方法及相應(yīng)先進(jìn)科學(xué)的加工工藝；加工環(huán)境、加工條件及安全技術(shù)措施要符合GMP標(biāo)準(zhǔn)；力爭(zhēng)達(dá)到中藥材粉碎的最佳粒徑范圍(對(duì)某類(lèi)藥材)；能夠進(jìn)行相應(yīng)的分析檢測(cè)，包括加工后的藥物有效成份指標(biāo)、粒徑大小、毒副作用、加工過(guò)程污染控制指標(biāo)等。

由于中草藥中含有大量木質(zhì)素，具有一定濕度，比如纖維、淀粉、膠質(zhì)、脂肪和糖類(lèi)及水分等，進(jìn)行超細(xì)加工難度較大，首先一般需要進(jìn)行深度干燥，然后進(jìn)行超細(xì)粉碎加工，而過(guò)度干燥又會(huì)增加藥物的堅(jiān)韌性，容易出現(xiàn)聚團(tuán)、氧化、裂變等現(xiàn)象，因此一般要對(duì)不同藥材進(jìn)行分類(lèi)，單個(gè)區(qū)別應(yīng)對(duì)?？梢赃x擇使用超低溫冷凍加工技術(shù)，可以增大藥材粉碎就濕度范圍適應(yīng)性；加工效果(有效成份指標(biāo)、粒徑大小、毒副作用、加工污染)明顯提升。

1.3 適用于超細(xì)中藥粉碎的工業(yè)粉碎技術(shù)

超細(xì)中藥制備方法分為物理法和化學(xué)法兩種，而超細(xì)粉碎屬于物理法。超細(xì)中藥是傳統(tǒng)工業(yè)粉碎與中藥特性相結(jié)合而形成的加工效果。同超細(xì)中藥加工技術(shù)相比，常規(guī)的主要是三類(lèi)：機(jī)械沖擊粉碎機(jī)，氣流粉碎機(jī)，球磨機(jī)。表2是本課題所做的超細(xì)中藥加工設(shè)備同其它技術(shù)和設(shè)備的比較情況。

2 新型中藥材粉磨技術(shù)

在研究國(guó)內(nèi)外中藥材粉磨技術(shù)的基礎(chǔ)上，借鑒國(guó)際現(xiàn)代化中藥制造中大多采用的振動(dòng)磨、高壓輥磨機(jī)方式，基于傳統(tǒng)球磨機(jī)的原理策略，綜合機(jī)械沖擊粉碎機(jī)的技術(shù)優(yōu)點(diǎn)，提出了一種新型中藥材超細(xì)粉磨技術(shù)方案。該技術(shù)可涵蓋各種中藥材從超細(xì)到納米尺寸粉碎的加工，是國(guó)內(nèi)目前研發(fā)的主要方向和發(fā)展重點(diǎn)。

表2 超細(xì)及常規(guī)中藥加工的技術(shù)和設(shè)備性能比較

該技術(shù)對(duì)中藥材超細(xì)粉磨的關(guān)鍵技術(shù)主要有：對(duì)脆、硬、軟、堅(jiān)韌物、干濕式中草藥材均可加工，適應(yīng)性強(qiáng)；粉碎極限粒徑小于5μm；輸入能量方式不受限制；粉磨時(shí)中藥材顆粒受力方向?yàn)殡p向受力；整個(gè)加工過(guò)程處在低溫狀態(tài)方式下，一般要求能在零下10℃進(jìn)行，以有利于藥材性能的保持。

該技術(shù)對(duì)中藥材物料的粉碎是捶打，撞擊，擠壓而成，以免中藥材物料瞬時(shí)高溫造成藥效損失，整個(gè)過(guò)程在低溫環(huán)境中進(jìn)行，用工藝保證藥效不受損失，可使中藥材物料加工粒度到小于5μm，更加有利人體吸收。該技術(shù)的機(jī)械結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單可靠，控制部分運(yùn)行穩(wěn)定，設(shè)備電氣控制部分采用一臺(tái)小型控制器進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)了控制的可靠性和先進(jìn)性。

該技術(shù)的設(shè)備工作原理是，在外界旋轉(zhuǎn)動(dòng)力及震力的作用下、研磨介質(zhì)(滾棒)做時(shí)而散開(kāi)、時(shí)而聚合的上拋運(yùn)動(dòng)、磨介自身做同向自轉(zhuǎn)、磨介群做公轉(zhuǎn)、內(nèi)外層的磨介不斷交換位置，兩兩磨介不斷沖撞、擠壓剪切中藥材物料，使物料被擠破剪斷。顆粒由大到小不斷地被破碎。在破碎過(guò)程中極大顆粒受力先被破碎。整個(gè)破碎過(guò)程在-10℃的環(huán)境中進(jìn)行，使堅(jiān)韌性中藥材變成易粉碎的脆性體，大大提高了粉碎效率；并且有效防止加工過(guò)程成份揮發(fā)或氧化，保證藥性不受損失。設(shè)備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖及原理示意如圖1所示：

1-磨介(滾棒) 2-介質(zhì)(中藥材)3-磨介(滾棒)圖1 設(shè)備結(jié)構(gòu)及原理示意簡(jiǎn)圖

3 測(cè)試及分析

在理論分析研究的基礎(chǔ)上，進(jìn)行了關(guān)鍵設(shè)備和技術(shù)前期研發(fā)，提出了技術(shù)工藝方案，形成了生產(chǎn)樣機(jī)試制，并獲取了相關(guān)技術(shù)參數(shù)，完成了該技術(shù)的整體方案設(shè)計(jì)及工藝系統(tǒng)。通過(guò)不同中藥材，如天麻、朱砂、三七、葛根、麥耳、神曲、三楂及生地等的單體及不同品種混合粉碎，形成各自的粉磨規(guī)律；并針對(duì)幾種疑難病的配方中藥進(jìn)行了粉碎，達(dá)到理想的效果，這樣可提高名貴中藥材的使用效率，使產(chǎn)品的有效物質(zhì)更易于吸收；避免因煎煮、提取等方式對(duì)功效物質(zhì)的破壞。單種藥材(如天麻、朱砂、三七、葛根)粉碎效果如表3所示。

表3 單種中藥材粉碎實(shí)驗(yàn)效果

幾種中藥材原料的圖片、粉碎后的圖片及采用LS-909激光粒度分析儀測(cè)量分析的結(jié)果圖片如下圖2-圖6所示。

由表3中可看出，天麻、朱砂、三七葛根4種藥材分別粉磨時(shí)，發(fā)現(xiàn)單種藥材易粉碎，藥材粉碎效果較好，處理15min作用即可達(dá)到粉磨要求；樣本三為麥耳、神曲、三楂等三種藥材原料混合直接加工粉磨30min后(見(jiàn)圖2)，藥材未經(jīng)過(guò)粗加工，其中的山楂較難粉碎(對(duì)于較難粉碎的中藥材，建議首先經(jīng)過(guò)粗加工粉碎，然后再與相關(guān)配方需要的藥材混合粉碎，增加粉碎時(shí)間，以達(dá)到預(yù)期效果)，故有大顆粒存在。極限顆粒(需加工的最小顆粒)已經(jīng)達(dá)到設(shè)計(jì)要求，D50情況下的顆粒細(xì)度為27.405μm，其占比比例也已達(dá)到超細(xì)中藥使用要求。

圖2 樣本三(麥耳、神曲、三楂混合藥材)原料及加工后藥粉情形

圖3 樣本三(麥耳、神曲、三楂混合藥材)粉磨后的粒度分布(測(cè)試儀器：LS-909激光粒度分析儀)

圖4 生地等20種藥材混合粗加工(左)后的粉磨30min(中)及35min(右)對(duì)比

圖5 生地等20種藥材混合后粉磨30min的粒度分布(測(cè)試儀器：LS-909激光粒度分析儀)

圖6 生地等20種藥材混合后粉磨35分鐘的粒度分布(測(cè)試儀器：LS-909激光粒度分析儀)

樣本一和樣本二同為生地等20種藥材(某皮膚病配方藥材)，雖然由于含有生地等難加工藥材，但是經(jīng)過(guò)了粗加工，因此效果較未加工有了較大改觀(guān)。這種配方的20種混合藥材加工時(shí)，圖6比圖5中多粉磨了5min，總體效果有一定提高，比如，從D50的對(duì)比就可看出來(lái)，由12.631μm減少為 12.29μm。

表4 多種難加工中藥材粉碎實(shí)驗(yàn)效果

4 實(shí)驗(yàn)樣機(jī)結(jié)構(gòu)及性能

中藥超細(xì)粉碎機(jī)由機(jī)座、主機(jī)、制冷裝置、電控箱等幾個(gè)部分組成，具有適應(yīng)性廣、操作方便、無(wú)過(guò)濾網(wǎng)、粒度大小均勻等多種性能。設(shè)備整機(jī)采用優(yōu)質(zhì)304不銹鋼制造，符合GMP標(biāo)準(zhǔn)。除用于藥物超細(xì)粉碎外，還可廣泛運(yùn)用于化工、食品等工業(yè)的物料粉碎。

中藥超細(xì)粉碎機(jī)的軸承部位裝有特制的機(jī)械迷宮密封，可以有效地阻止粉塵進(jìn)入軸承腔，從而延長(zhǎng)了軸承的使用壽命。料倉(cāng)門(mén)內(nèi)裝有兩道O形橡膠密封圈，無(wú)粉塵泄漏，操作環(huán)境保持性良好。正常工作時(shí)，設(shè)備料倉(cāng)口朝上，下料時(shí)，由傳動(dòng)機(jī)構(gòu)將料倉(cāng)旋轉(zhuǎn)180°向下，保證了出料的順利。

當(dāng)前國(guó)內(nèi)中藥材，采用超細(xì)粉碎加工的中藥還不多，如“花粉”“螞蟻”“凍干粉”等都多以原始狀態(tài)使用，藥物利用率低。實(shí)踐證明：相比其他粉碎方式的藥粉，治療效果有非常明顯提高；藥量也明顯減少。目前國(guó)內(nèi)對(duì)高品質(zhì)超細(xì)中藥的需求也呈上升趨勢(shì)，急待超細(xì)粉碎的品種達(dá)160多種，年粉碎量達(dá)數(shù)千噸，如花粉粉碎量每年達(dá)500t以上，而且這些超細(xì)化產(chǎn)品出口量大，國(guó)際市場(chǎng)需要量很大。

而該超細(xì)粉磨技術(shù)的研發(fā)可以大大填補(bǔ)這方面的空白，解決國(guó)內(nèi)藥材的超細(xì)粉末問(wèn)題。圖7為基于超細(xì)粉末技術(shù)所開(kāi)發(fā)的實(shí)驗(yàn)樣機(jī)。

圖7 樣機(jī)外觀(guān)圖

5 結(jié)論

通過(guò)本文針對(duì)中藥材的粉末實(shí)際要求，在理論分析基礎(chǔ)上，提出了一種超細(xì)粉末的技術(shù)方案，使藥物在磨介的公轉(zhuǎn)與自轉(zhuǎn)中沖撞、擠壓、剪切，實(shí)現(xiàn)快速高效的粉磨效果；通過(guò)對(duì)一般單種藥材的粉磨，發(fā)現(xiàn)一般在15min即可粉磨到占比95%的5μm左右狀態(tài)；對(duì)于難加工混合藥材，分別考慮其粗加工、不同時(shí)長(zhǎng)等條件下的加工效果發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過(guò)粗加工的并且時(shí)間加長(zhǎng)的情況，可達(dá)到粉磨的效率更高，D50情況下的顆粒細(xì)度12.290μm。達(dá)到了設(shè)計(jì)要求，經(jīng)多家中藥房使用，效果明顯。