气流超微粉碎技术的应用几乎遍及所有的精细加工行业,如化工、医药、食品、塑料、矿业、金属材料等,据国外不完全统计,可供气流粉碎的产品多达千余种,这说明该种技术在许多特定的粉体领域占有特殊的地位。
该技术是利用物料在高速气流的作用下,获得巨大的动能,在粉碎室中造成物料颗粒之间的高速碰撞,剧烈摩擦,以及高速气流对物料的剪切作用,从而达到粉碎物料的目的。这样原料被加工成极细的粉末( < 10 μm) ,使原料具备了原来没有的一系列理化特征。
我国有丰富的中药资源,以往粗放的加工手段已不适应当前的要求,随着超微技术的发展与延伸,开发疗效更好,品种更优的超细中药粉体,将具有深远的理论和现实意义。
1、超微粉碎技术在中药加工中的地位与现状
超微粉碎是中药材加工和中药制剂生产工艺中的重要环节。中药自古就有“水飞”、“ ”、“捣”等精细加工方法,其主要应用对象是矿物药、贵重药和具有特殊性质的中药,但处理量极少。
我国现有中药加工传统工艺采用锤击式、球磨式、万能磨粉式、流动式、截切式、滚筒式等多种粉碎机械。由于粉碎方式不同,对于粉末的粒度、出粉率,以及有效成分的保存等方面都有一定局限,且采用非密闭制粉,造成粉尘泄漏大,收粉率不高。对于具有特殊性质的物料如热敏性、低融点、成分易破坏药材的处理,以及提高收粉率方面仍未得到根本的解决。
2、气流超微粉碎技术的特点
2. 1粉碎温度低,可粉碎热敏性、低融点的物料。
根据高速喷射气流的焦耳汤姆逊效应,当气体有喷嘴喷射而绝热膨胀时,气体会自身冷却,从而抵消了物料碰撞和摩擦产生的微热。
2. 2 生产周期短,收粉率高。气流粉碎是高速碰撞与密闭粉碎,物料间彼此碰撞的概率大,粉尘也无泄漏。
2. 3 可获得高纯度(污染少) 、粒度分布均匀的产品(累计频率达D95以上) 。
2. 4 对一些不得以用湿法粉碎的物料,也能用气流粉碎进行干法粉碎出均匀而细小的粉末。
2. 5 可实现多种的联合操作,粉碎同时可实现干燥操作。
3、气流粉碎技术应用于中药精细加工的可行性分析
3. 1中药精细加工是中药材粉碎的需要
中药超微粉碎的目的是:
① 增加药物的比表面积,促进药物的溶解与吸收,提高药物的生物利用度。
② 便于调剂和服用。
③ 加速药材中有效成分的浸出与溶出。
④为制备多种制剂如混悬剂、散剂、丸剂、胶囊剂等剂型奠定基础。
3. 2 气流超微粉碎机的发展为中药精细加工提供了可靠的保证
最新一代气流粉碎机是在消化吸收国内外同类设备的技术的基础上产生的,集世界上先进的多喷管技术、流化床技术、卧式分级技术于一身,实现了流场多元化、料层液态化与分级卧式化的优化体系,体现了气动技术应用于超细粉碎和分级工艺中的最新成果,为该技术应用于中药的精细加工提供了技术保证。
3. 3 气流粉碎技术形成终级产品(中药超微粉) 的性状和功能描述
①增大表面积,提高溶出率、吸收率,提高生物利用度。
②在低温或常温下粉碎,保留活性成分,保证药物的疗效发挥。经过提取分离,节省原料,提高中药材利用率。可直接用于制剂,减少后继工艺设备投资,降低生产成本。
从上述可见,气流粉碎技术应用于中药的精细加工无论从理论上、技术上还是产品要求上都是切实可行的。
4、气流粉碎技术应用于中药精细加工存在的问题及其解决措施
气流粉碎技术是一种先进的粉碎技术,它应用于中药的精细加工的研究才刚刚起步,存在的问题很多,归纳起来主要反映在以下几个方面。
4. 1 工艺是否可控
中药与一般的无机矿物既有共同性又有其自身的特点,其粉碎工艺是否可控是该技术是否可应用于中药精细加工的核心问题,要解决工艺的可控性问题需进行以下方面的研究。
4. 1. 1 制备工艺流程的研究 结合粉体的一般特性和中药材自身特点,其工艺流程如下:
药材→初步粉碎→气流粉碎→旋风分离→质检→包装→成品
4. 1. 2 制备工艺参数的筛选和优化
①干燥水分:烘干的目的是为了控制水分,而水分往往影响物料的特性,一般认为水分越少越易粉碎,要求水分<4 %。在确定水分含量的情况下并以此为指标去筛选和优化烘干方式、烘干温度、烘干时间等因素。
②气流粉碎参数:气流粉碎机的主要技术参数包括:粉碎室直径(mm) 、粉碎压力(MPa) 、加料压力(MPa) 、耗气量(m3•min - 1) 、处理量(kg•h - 1) 、空压机功率(kW) 、给料粒度等。选择产品粒度为实验指标,进行正交实验设计和优选气流粉碎机的技术参数。
③粉体分级参数:影响分级粒径的主要参数有:离心式空气分级机的转速、加料量、二次风量。以分级粒径为指标正交筛选粉体分级参数。
4. 2 产品鉴定指标的选择
粉体是由众多的单个粒子组成的集合体,粉体各种性质既受单个粒子性质的影响,也与粒子间的相互作用有重要联系,所以全面反映粉体的质量就包含了两类重要参数: 单个粒子参数、粉体系数参数。但一般以其基本特性参数:粒径、粒度分布、比表面积、湿润性、流动性为主要研究对象。
4. 3 中药超微粉碎应用的关键技术
4. 3. 1 粉体的聚集及其解决措施
物质经超微化后比表面积显著增加,表面能很高和表面离子荷电,粒子处于非稳定状态,因而有强烈的相互吸引而达到稳定的趋向。为防止此粉体的聚集,使其处于单分散状态,可采取适宜的表面处理和包装技术。
4. 3. 2 化学提取过程中的糊化问题及其解决措施
中药的应用不外乎两种途径:提取入药和直接入药。从提取角度看有两个问题,其一是粉体的分散问题,其二是提取过程中的糊化问题。关于分散问题就需筛选和优化提取工艺参数(包括提取温度、提取时间、提取溶媒的种类等) 。
4. 3. 3 体外溶出度测定中的技术问题及其解决措施
从中药直接入药的角度来看,用超微中药粉体制成的制剂其最核心的问题是体外溶出技术的确立。解决此问题的措施是筛选溶出介质,溶出方法的方法学考察,指标成分综合选定。
4. 3. 4 药效学验证的技术问题及其解决措施
药效学是说明中药微粉对有效成分是否保存及增强药效的最有力的手段。其验证方法的确立具有重要的现实意义。有文献报道通过原生药材超细微粉制剂和传统工艺制剂的药效学研究表明:微粉可显著提高药材的药效学活性 ,但验证方法的确立有待深入研究。
5 、气流粉碎技术在中药精细加工中的应用现状和
前景
5. 1 开发现状 目前利用气流粉碎技术开发的中药品种较少,主要局限于一些作用独特的名贵细料中药,已见报道的有西洋参、灵芝、人参、珍珠、三七、花粉、灵芝孢子粉等,但实验数据少,说服力不强,某些保健产品的开发也只是刚刚起步,均未形成广阔的市场。
5. 2 前景展望
将气流粉碎技术引进中药的加工环节,可创制出全新的粉碎技术工艺,它既丰富了传统炮制的内容,又能为中药的加工和生产带来全新的面貌,成为中药行业的新技术生长点:
①超微细中药粉体对中药原料处理工艺的改造:中药超微粉碎后,在提取工艺中其与溶媒的接触面积增加,故而提取方式趋向于简化,提取时间缩短,转移率提高,这样既节约了时间,加快了生产周期,又节约了能源,还提高了原料的综合利用度。
②改善现有剂型的品质:散剂、颗粒剂、胶囊剂、片剂等固体制剂多是以粉体为原料,经粉碎、混合、制粒等操作制成。若将原料微粉化后,不但可改观其外观性状,还可改观其溶解度、溶出度、吸收率、附着力、生物利用度等多方面的药学参数。
④ 开发中药新剂型:直接口服制剂是针对一些珍贵的中药材如珍珠、麝香、鹿茸、人参、冬虫夏草、虎骨等,均可直接制成中药口服散剂、胶囊剂、微囊等剂型。透皮制剂是将中药材微粉化后,直接与基质混合而成,目前这类制剂的前期研究已在进行之中。
④开发多品种多系列的保健滋补品:可作为食品添加剂加入饮料与食品中而制成各种保健饮料与保健食品。
总之,充分利用气流粉碎超微技术,可提高中药工业技术化,有选择地开发系列产品,让中药走出国门,造福全人类。
注：目前，最新一代的适用于中药材粉碎的超微粉碎技术已经在泰安正信科技有限责任公司研发成功，并且成功实现了大规模工业化生产，有兴趣的可以参见泰安正信科技有限责任公司研发的SZM系列大、中、小型超低温物理研磨超微粉碎机
