中國(guó)粉體網(wǎng)訊 中藥材粉碎分散技術(shù)研究進(jìn)展
摘要：粉碎是中藥材加工和中藥制劑生產(chǎn)工藝中的重要環(huán)節(jié)。中藥經(jīng)過粉碎制成不同粒度的粉末,傳統(tǒng)工業(yè)粉碎及在此基礎(chǔ)上與中藥特性相結(jié)合而形成的超細(xì)中藥粉碎工藝，這些新技術(shù)的應(yīng)用和推廣，對(duì)于中藥產(chǎn)品的研發(fā)至關(guān)重要。本文概述了中藥粉體的制備、中藥材粉碎加工方法及其設(shè)備的工作原理。
關(guān)鍵詞：粉碎；中藥粉體；粉碎機(jī)械；粒度
1 前言
粉碎是中藥材加工和中藥制劑生產(chǎn)工藝中的重要環(huán)節(jié)。中藥自古就有“水飛”、“挫”、“搗”等精細(xì)加工方法,其主要應(yīng)用對(duì)象是礦物藥、貴重藥和具有特殊性質(zhì)的中藥,但處理量極少。我國(guó)現(xiàn)有中藥加工傳統(tǒng)工藝采用錘擊式、球磨式、萬能磨粉式、流動(dòng)式、截切式、滾筒式等多種粉碎機(jī)械。由于粉碎方式不同,對(duì)于粉末的粒度、出粉率,以及有效成分的保存等方面都有一定局限,且采用非密閉制粉,造成粉塵泄漏大,收粉率不高。[2]
2 中藥粉體的制備
中藥粉體系指中藥包括植物藥、動(dòng)物藥、礦物藥及其提取物經(jīng)過粉碎制成的粒度為2000μm以下的粉末,其中又分為普通粉體、微米粉體、納米粉體三大類。一般認(rèn)為,在10～200目范圍內(nèi)的中藥粉體稱為普通粉體,采用超微粉體技術(shù)制備的粒徑為75μm以下的中藥粉體稱為微米粉體,經(jīng)納米技術(shù)制備的粒徑小于100nm的中藥粉體稱為納米粉體。
中藥普通粉體的歷史沿革可追溯到戰(zhàn)國(guó)時(shí)期散劑的萌芽,散劑是極具特色的中藥傳統(tǒng)劑型,散劑的歷史可以認(rèn)為是粉體及粉體技術(shù)在中醫(yī)藥領(lǐng)域無意識(shí)的應(yīng)用史。目前,中國(guó)藥典對(duì)普通粉體散劑的質(zhì)量有了明確的要求,如一般散劑應(yīng)通過6號(hào)篩,干燥、疏松、混合均勻,色澤一致,并對(duì)其均勻度、裝量差異、微生物限度等均有明確規(guī)定,但對(duì)于微米粉體、納米粉體目前尚沒有統(tǒng)一的規(guī)定。[1]
2.1 普通粉體的制備[1]
普通粉體的制備方法分為干法粉碎與濕法粉碎兩類。干法粉碎又有單獨(dú)粉碎、混合粉碎等；濕法粉碎即傳統(tǒng)的“水飛法”,現(xiàn)在大生產(chǎn)改進(jìn)為機(jī)械“加液研磨法”等。
2.2 微米粉體的制備[1]
微米粉體是利用機(jī)械或流體動(dòng)力的方法,將中藥粉碎微米級(jí)。超微粉碎與普通粉碎的原理相同,由于細(xì)度要求更高,故主要利用外加機(jī)械力,破壞物質(zhì)分子間的內(nèi)聚力達(dá)到粉碎的目的。目前超細(xì)粉碎方法可分為高頻振動(dòng)粉碎、貝利粉碎及氣流粉碎等。其設(shè)備有高頻振動(dòng)粉碎機(jī)、貝利粉碎機(jī)和氣流粉碎機(jī)等。
2.3 納米粉體的制備
目前中藥納米粉體制備主要采用超細(xì)粉碎高能球磨法和超音速氣流粉碎法、分子凝膠、固體脂質(zhì)納米粒、微乳和固體分散體等。高能球磨法制備納米粉體能量利用低,耗費(fèi)時(shí)間長(zhǎng),且產(chǎn)品粒度分布不均勻,易引進(jìn)雜質(zhì)。普通超音速氣流粉碎機(jī)粉碎效能低。旋轉(zhuǎn)碰撞式超音速氣流粉碎機(jī)粉碎效能得到了進(jìn)一步提高。分子凝膠、固體脂質(zhì)納米粒、微乳和固體分散體等適合用來制備中藥提取物納米粒子。[1]
中藥材研磨的顆粒越細(xì)，其藥效作用越好。其中藥理化性能關(guān)系與其顆粒度的關(guān)系見表１[3]。
（圖片來源：祝戰(zhàn)科：新型中藥材超細(xì)粉磨工藝及粒度分析）
3 中藥材超細(xì)粉磨
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)粉碎工藝屬于物理法。超細(xì)中藥粉碎工藝是傳統(tǒng)工業(yè)粉碎與中藥特性相結(jié)合而形成的加工工藝［4］，而傳統(tǒng)的工業(yè)粉碎主要為三類：機(jī)械沖擊粉碎法、氣流粉碎法和球磨法。表２為超細(xì)中藥加工設(shè)備同其他傳統(tǒng)設(shè)備的對(duì)比。
（圖片來源：祝戰(zhàn)科：新型中藥材超細(xì)粉磨工藝及粒度分析）
3.1 機(jī)械粉碎法
機(jī)械粉碎法是利用機(jī)械粉碎機(jī)來對(duì)中藥材進(jìn)行粉碎獲得粉體。機(jī)械粉碎機(jī)的工作原理主要是通過改變粉碎介質(zhì)、增加攪拌振動(dòng)裝置、改變機(jī)器的結(jié)構(gòu)或運(yùn)動(dòng)形式、安裝分級(jí)器等方面，使外加力充分而強(qiáng)大地作用于待處理物料，以達(dá)到理想的粉碎效果。利用該粉碎機(jī)進(jìn)行普通物料粉碎時(shí)可使粉體的D90（顆粒累積分布為90%的粒徑）小于2μm，D50（顆粒累積分布為50%的粒徑）達(dá)到0.1～1μm。新研制開發(fā)的MIC研磨剪切超細(xì)粉碎機(jī)是利用多個(gè)高速公轉(zhuǎn)和自轉(zhuǎn)的環(huán)狀粉碎媒體，獲得強(qiáng)大的離心力場(chǎng)，使原料受到強(qiáng)大的壓縮力、剪切力及研磨力，將原料粒子“研碎”，得到的粉體粒徑可達(dá)到2μm以下[5-7]。
3.2 氣流粉碎技術(shù)
氣流粉碎技術(shù)是利用物料在高速氣流的作用下,獲得巨大的動(dòng)能,在粉碎室中造成物料顆粒之間的高速碰撞,劇烈摩擦,以及高速氣流對(duì)物料的剪切作用,從而達(dá)到粉碎物料的目的。這樣原料被加工成極細(xì)的粉末(<10μm),使原料具備了原來沒有的一系列理化特征[16]。
氣流粉碎機(jī)的發(fā)展為中藥精細(xì)加工提供了可靠的保證。氣流式粉碎機(jī)也被稱為流能磨，其工作原理是使物料顆粒之間以及顆粒與室壁之間在高速流體的作用下發(fā)生碰撞、沖擊和研磨而產(chǎn)生強(qiáng)烈粉碎作用的一種粉碎設(shè)備[8]。該粉碎機(jī)對(duì)于質(zhì)地堅(jiān)硬的物料有較好的適用性，經(jīng)氣流粉碎機(jī)粉碎后得到的粉體粒徑分布范圍窄，同時(shí)，在整個(gè)粉碎的過程中會(huì)產(chǎn)生冷卻效應(yīng)，物料在粉碎時(shí)產(chǎn)生的熱量與冷卻的溫度相互抵消，因此，該設(shè)備粉碎溫度較低，是低熔點(diǎn)和熱敏性中藥材制備超微粉的首選[9-10]。但因其在粉碎的時(shí)候存在較高的氣流速度，會(huì)使物料所含的部分揮發(fā)性成分損失，該儀器比較適合質(zhì)地松脆的原料粉碎。但應(yīng)該注意，該粉碎機(jī)消耗能量較高，是普通粉碎方法的數(shù)倍[11]。
3.3 球磨法
球磨的機(jī)理是磨球在重力、離心力、科式力、摩擦力的的作用下與罐體內(nèi)壁及其他磨球相互碰撞、積壓、摩擦,從而使物料逐漸破碎或混合。行星球磨機(jī)被廣泛用于物料混合、細(xì)磨、小樣制備以及納米材料分散、高新技術(shù)材料的研制。行星球磨機(jī)大體分立式和臥式兩種,由于臥式球磨機(jī)球磨時(shí)在球磨罐底部沒有物料沉積,球磨效果要好于立式球磨機(jī)。工作時(shí)物料和磨球按一定比例混合后裝入球磨罐內(nèi),為獲得高的生產(chǎn)效率和好的球磨效果,一般裝料量不超過球磨罐容量的三分之二[14]。
3.4 振動(dòng)磨
振動(dòng)磨主要是利用高強(qiáng)度的振動(dòng)使物料和器壁進(jìn)行高速碰撞和切磋，且能在短時(shí)間內(nèi)使得物料混合均勻的超微粉碎技術(shù)。影響超微粉碎主要的工藝參數(shù)是粉碎時(shí)間和介質(zhì)填充率，振動(dòng)磨的介質(zhì)填充率比較高，一般為60%～80%，并且在單位時(shí)間內(nèi)物料撞擊和剪切的次數(shù)較多，振動(dòng)磨的沖擊次數(shù)通常是普通球磨機(jī)的4～5倍，所以粉碎效率是普通球磨機(jī)的10～20倍，耗能也低很多。同時(shí)，由于振動(dòng)磨配有水冷卻裝置，可實(shí)現(xiàn)低溫或常溫的粉碎，對(duì)含有揮發(fā)性成分的中藥材同樣較適用，經(jīng)振動(dòng)磨粉碎制備的產(chǎn)品，粒徑平均可達(dá)2～3μm以下[7]。
在利用振動(dòng)磨進(jìn)行超微粉碎過程中，粒子粒徑呈現(xiàn)“快粉碎-慢粉碎-粉碎平衡-逆粉碎”4個(gè)階段的變化，當(dāng)粉碎達(dá)到平衡后，粉體的粒徑不再隨粉碎時(shí)間的延長(zhǎng)而減小，甚至?xí)霈F(xiàn)粉體團(tuán)聚導(dǎo)致粒徑有所增大的趨勢(shì)，因此，在應(yīng)用時(shí)應(yīng)控制粉碎時(shí)間[7,12-13]。
3.5 超細(xì)中藥研磨法[3]
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)特點(diǎn)，提出了一種新型超細(xì)粉磨方法。該方法可涵蓋各種物料從超細(xì)到納米尺寸的粉磨。在理論分析及關(guān)鍵設(shè)備和技術(shù)前期研究的基礎(chǔ)上，提出了技術(shù)工藝方案，并獲取了相關(guān)技術(shù)參數(shù)，形成了該技術(shù)的整體設(shè)計(jì)方案及工藝系統(tǒng)。
對(duì)待粉磨的物料即中藥材原料，在外界旋轉(zhuǎn)動(dòng)力Ｔ及震力的作用下，研磨介質(zhì)（簡(jiǎn)稱磨介，即滾棒）做時(shí)而散開、時(shí)而聚合的上拋運(yùn)動(dòng)，滾棒自身做同向自轉(zhuǎn)，速度為ω′，滾棒群做公轉(zhuǎn)，速度為ω，通過內(nèi)外層的滾棒不斷交換位置，兩兩滾棒不斷沖撞、擠壓剪切中藥材物料，使物料被擠破剪斷。在破碎過程中大顆粒受力先被破碎，顆粒從大到小不斷地被破碎。整個(gè)破碎過程在-10℃的低溫環(huán)境中進(jìn)行，使堅(jiān)韌性中藥材變成易粉碎的濕脆體，提高了粉碎效率，且低溫條件下的這種粉磨方式可有效防止加工過程成分揮發(fā)或氧化，保證藥性不受損失。設(shè)備結(jié)構(gòu)及原理簡(jiǎn)圖如圖3所示。Ｐ為擠壓力，τ為剪切力。
圖3設(shè)備結(jié)構(gòu)及原理簡(jiǎn)圖
Fig.3 Equipment structure and schematic diagram
4 結(jié)語
隨著當(dāng)今科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步與發(fā)展，越來越多的新技術(shù)與新設(shè)備已廣泛應(yīng)用于中藥粉碎及超細(xì)研磨的研究中。對(duì)于原生粉入藥的制劑，中藥材必須經(jīng)過粉碎達(dá)一定粒徑并混合均勻后方能進(jìn)行下一步生產(chǎn)。粉碎后的藥粉有利于有效成分的溶出和吸收，且能提高藥物的生物利用度和制劑穩(wěn)定性。
為貫徹落實(shí)國(guó)家“十三五”規(guī)劃綱要和《中國(guó)制造2025》，工業(yè)和信息化部研究編制了《醫(yī)藥工業(yè)發(fā)展規(guī)劃指南》(以下簡(jiǎn)稱《指南》)。《指南》中提到，“與2015年相比，2020年規(guī)模以上企業(yè)單位工業(yè)增加值能耗要下降18%”“要提高制藥設(shè)備的集成化、連續(xù)化、自動(dòng)化、信息化、智能化水平”。目前，我國(guó)中成藥生產(chǎn)面臨轉(zhuǎn)型升級(jí)，為實(shí)現(xiàn)《指南》“綠色發(fā)展”“智能制造”等目標(biāo)，中藥行業(yè)應(yīng)當(dāng)借鑒與探索新的制藥設(shè)備與工藝[15]。
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（中國(guó)粉體網(wǎng)編輯整理/青黎）
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