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納米植物粉體球磨制備技術(shù)的應(yīng)用


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納米植物粉體產(chǎn)品研發(fā)進(jìn)展緩慢,如納米花粉、木耳等天然植物保健食品,人參、靈芝孢子、珍珠、冬蟲草等名貴藥用植物,以及如馬錢子等有毒藥用植物的納米植物粉體產(chǎn)品尚處在開發(fā)階段。這里既有科學(xué)問題,也有技術(shù)問題。科學(xué)問題方面,如納米植物粉體究竟能解決什么問題,已陸續(xù)有應(yīng)用文章發(fā)表。本文談的是技術(shù)應(yīng)用問題。

  由呂慶及曲源等發(fā)明的多維擺動(dòng)式納米球磨技術(shù)和多層次分級(jí)納米球磨技術(shù),較好地解決了納米植物粉體制備的技術(shù)應(yīng)用(前者已獲得專利,后者已進(jìn)入實(shí)審)。

一、納米植物球磨制備技術(shù)
  1、多維擺動(dòng)式高能納米球磨技術(shù)。多維擺動(dòng)式高能納米球磨機(jī)通過罐體快速的多維擺動(dòng)式運(yùn)動(dòng),使磨介在罐內(nèi)的不規(guī)則運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生巨大的沖擊力,延長磨介的運(yùn)動(dòng)軌跡,提高沖擊能,減少撞擊盲點(diǎn),其工作效率是傳統(tǒng)球磨機(jī)的幾十倍,可顯著提高罐內(nèi)磨介的沖擊能量和運(yùn)動(dòng)次數(shù),使被粉碎的物質(zhì)顆粒達(dá)到納米級(jí),同時(shí)大大提高了粉體顆粒的均勻度,粉碎粒徑最小為10nm,屬封閉式高能球磨。秦皇島市太極環(huán)納米制品有限公司用該設(shè)備已成功研制納米食品(納米茶、納米咖啡),納米中藥(外用貼膏),并開始推廣應(yīng)用。
該設(shè)備應(yīng)用范圍廣泛,除植物以外,對(duì)金屬、非金屬、多元合金、機(jī)械化合金、動(dòng)物、礦物、藥材等有機(jī)、無機(jī)材料均可進(jìn)行納米級(jí)粉碎的實(shí)驗(yàn)和生產(chǎn)(易燃、易爆物品需加保護(hù)劑如氬氣、氮?dú)、二氧化碳等)?br />
  2、多層次分級(jí)納米球磨技術(shù)
  多層次分級(jí)納米球磨機(jī)采用調(diào)酒師手臂動(dòng)作原理,雙向反復(fù)快速運(yùn)轉(zhuǎn),加強(qiáng)了磨介軌跡變換的機(jī)率,產(chǎn)生高能沖擊,使物料在運(yùn)動(dòng)中撞擊球磨,微米級(jí)粉體在多機(jī)腔,多層次,多直徑磨介(由大逐漸變。┝魉椭胁粩嗟刈矒舴鬯,產(chǎn)生分級(jí)粉碎效果,最后粉碎成10nm以上的粉體。該設(shè)備為開放式球磨,可連續(xù)地進(jìn)料出料,干磨、濕磨皆可,可廣泛地應(yīng)用于動(dòng)、植物、礦物、金屬、陶瓷及非易燃易爆的有機(jī)、無機(jī)材料。

二、納米植物粉體球磨制備中的若干問題
  1、溫度問題。由于以上兩種球磨技術(shù)均屬高能球磨,會(huì)迅速升溫,易使植物粉體焦化、碳化,為保持植物成份不變,溫度是最先需要解決的問題。封閉式球磨法,雖然可以加液氮冷卻,但由于液氮的純度問題(通常液氮純度難以控制),植物容易受到污染,生產(chǎn)成本又高,為此,我們采用罐體夾套循環(huán)水冷卻,有效的控制了加工過程的溫度。

  2、濕度問題。通常植物干品含水量在5-10%左右,增加了植物的韌性、彈性。為了增加其脆性,需去掉其中的水份,我們采用將微米粉體在55℃干燥4-6小時(shí),干燥后再球磨加工,取得較好效果。如采用實(shí)驗(yàn)型設(shè)備做小樣,可將根、莖、皮、葉、花、果搗碎(或小型粉碎機(jī)粗粉)直接干燥后裝罐。如采用鮮嫩植物,則先用傳統(tǒng)粉碎機(jī)打漿,再用高能球磨機(jī)制備納米植物漿料,然后噴霧干燥,如制備生綠茶或生涼茶用此法最佳。

  3、粘韌性問題。植物均含糖。而含糖量過高產(chǎn)生粘韌性問題,含油過多、含膠質(zhì)過多也會(huì)出現(xiàn)粘韌性問題,如熟地、枸杞、大棗、乳香、沒藥等,易在球磨中沾球、沾罐、結(jié)球成團(tuán),不能達(dá)到好的粉碎效果。這些品種,如采用深冷凍球磨,如加液氮會(huì)污染植物,冰箱冷凍取出加料會(huì)產(chǎn)生回溫問題。對(duì)此,我們采用濕法漿磨,方法是:傳統(tǒng)粉碎后加水?dāng)嚦蓾{料,然后用球磨制備成納米漿料,達(dá)到球磨效果后取出,采用噴霧干燥,較好地解決了此問題,保留了原植物的特性。

   4、污染問題。球磨技術(shù),尤其是高能球磨技術(shù)污染問題很突出,如果采用鋼球,不做冷卻降溫,物料污染很嚴(yán)重。在采用水冷卻降溫后,將鋼球換成納米氧化鋯球,將罐體也換成氧化鋯內(nèi)襯,使物料的污染降到最低。如果是粉碎植物,半年才更換一次磨球,可見污染相當(dāng)?shù)汀<又喸匾彩侨梭w牙齒與骨骼所需求的微量元素,在食品、保健品中有極微量的鋯元素存在,有益無害。

  5、顆粒團(tuán)聚的問題。植物粉碎到納米尺寸,其比表面積很大,表面能很高,表面電荷很多,加之其中大多為親水性物質(zhì),極易吸水產(chǎn)生團(tuán)聚,而保健品、食品大多傾向做成植物飲料,團(tuán)聚的納米植物粉體用水沖時(shí)很難分散,易產(chǎn)生沉淀,影響感觀效果,口感也澀澀地?朔巳秉c(diǎn)的方法就成了各國各公司的商業(yè)秘密。一種是在球磨前將微米級(jí)物料中加入食品級(jí)分散劑,在球磨過程中進(jìn)行表面改性,清除表面能,消除表面靜電,提高其分散性。分散劑還能提高球磨效果;另一種是在球磨前在微米級(jí)物料中加入食品級(jí)表面改性劑,通過球磨過程的研磨分散,對(duì)納米植物顆粒表面進(jìn)行改性處理,提高其分散性,無論用冷、熱水沖飲,綠茶立即碧綠、紅茶立刻紅亮,長時(shí)間不出現(xiàn)沉淀。

  6、粒度及均勻度問題。粒度即顆粒的粒徑,一般都用平均粒徑表示,也就是粉末的統(tǒng)計(jì)性平均粒徑值。納米植物粉體究竟多大粒徑為好?我們多年研究認(rèn)為,平均粒徑不應(yīng)小于100納米,在120-180之間最好,此區(qū)間植物不但破壁,其內(nèi)的細(xì)胞也已經(jīng)打碎,其物理細(xì)化過程已經(jīng)完成,可達(dá)到營養(yǎng)及藥物成分的充分吸收作用(用于研究病毒植物除外)。如果完全追求100納米以下,則增加其不穩(wěn)定因素、改性、變性及產(chǎn)生毒副作用的風(fēng)險(xiǎn)。納米植物加工目的是為了提高其高吸收度,而以其生產(chǎn)新的改性材料,則言之尚早。

  均勻度即顆粒的分布范圍。分布愈集中,則表示顆粒愈均勻,球磨制備納米粉體的均勻度不佳,所以用來制備金屬等嚴(yán)格地納米改性材料很不理想。但用來制備納米植物粉體則很適用,因納米植物物理加工是為了“保性”而不是改性。所以我們努力將顆?刂拼蟛糠衷60-180納米?刂埔c(diǎn)為:就是最大程度的降低球磨時(shí)間。所以我們采用“納米茶制備三步法”。先經(jīng)傳統(tǒng)粉碎,再經(jīng)氣流粉碎(氣流粉碎是物料之間的撞擊,并不增加鐵的污染),然后將微米級(jí)物料進(jìn)行高能球磨制備成納米粉體,大大的縮短了球磨時(shí)間,減少了污染。
  經(jīng)過前二步的控制(如粉碎、過篩、氣流粉碎、再過篩)使球磨顆粒不均勻的問題很大程度上得到解決。達(dá)到預(yù)期均勻度。

三、納米植物粉體球磨技術(shù)發(fā)展與展望
  植物中含有大量的蛋白質(zhì)、氨基酸、維生素、纖維素、微量元素等有機(jī)物,以及數(shù)十種人體必需的無機(jī)礦物元素及藥物成分,對(duì)人體有著重要的保健治療作用,研究證明,如果不將其破壁,營養(yǎng)或藥用成分就不會(huì)充分吸收,而在物理粉碎技術(shù)中,球磨技術(shù)以其高效率、低成本而受人青睞。但在納米粉體制備中,尤其是納米植物粉體制備方面遇到了新的挑戰(zhàn),如顆粒不均勻,污染嚴(yán)重,加工時(shí)間過長等一度受到輕視。經(jīng)過幾年的徘徊,新的球磨技術(shù)也在發(fā)展,回頭來看仍不失為納米植物粉體制備的低成本、高效率的可行方法。
多維擺動(dòng)式及多層次分級(jí)式新球磨技術(shù)制備的納米植物粉體是純物理方法加工出來的,植物本身無破壞,也不引入其它成份,相對(duì)的保證了植物成份的天然性與完整性。應(yīng)用領(lǐng)域特別廣泛。

  我們的實(shí)踐已說明并將繼續(xù)證明,日本雖搶先一步,將超細(xì)技術(shù)引進(jìn)植物中藥領(lǐng)域。我們則是最先研發(fā)并將高能納米球磨技術(shù)引入植物及中藥領(lǐng)域。這種全新的粉碎技術(shù)及其制備的納米級(jí)植物粉末,必將給植物加工相關(guān)行業(yè)帶來新的活力,成為食品、保健品、化妝品、中藥行業(yè)新的生長點(diǎn),以其高溶解度、高溶出度、高吸收度、高吸附力度、高生物利用度生產(chǎn)出速效、高效、長效產(chǎn)品,為人類的健康服務(wù)。

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