超微粉碎是近年來發展非常迅速的一項新技術。應用這種技術,可將固體物質粉碎成直徑小于10 μm 的超細粉體,因而,經超微粉碎處理的粉體具有良好的溶解性、分散性、吸附性及化學反應活性。在單純的機械粉碎中,部分機械能克服摩擦轉化為大量熱能,既消耗了能量又達不到所需的粒度,而超微粉碎的細胞破壁率可達90%以上[1]。所以,將它應用于中藥制劑的生產過程中,可大幅度提高藥材中有效成分在體內的釋放和吸收,提高中藥制劑的藥效。
1 超微粉碎的特點
1.1 速度快,時間短,提高工作效率
超微粉碎與以往的純機械粉碎完全不同, 是采用超音速氣流、冷漿等方法進行粉碎。在粉碎過程中不產生局部過熱現象,甚至可在低溫狀態下進行粉碎。速度快,瞬間即可完成,因而,最大限度地保留粉體的生物活性成分,以利于制成所需的高質量產品。
1.2 粒徑小,分布均勻,便于應用
超微粉碎粒度分布狹窄,既嚴格限制了大顆粒,又避免了過碎,一般在10 μm 以下。由于超微粉碎得到的粉末粒徑小,經高強度剪切力作用可以均勻混合,因此在粉碎效果和粉碎質量方面,超微粉碎均優于純機械粉碎[2]。超微粉趨于“球型”,均勻細膩,其表面積和孔隙度大大增加,并在光、電、磁、熱等性質及溶解性、吸附性、親和力方面發生奇妙的變化。因而,制成片劑,可改善片劑表面的均勻性和崩解性;制成混懸型液體制劑,可增加液體制劑的穩定性。另外,在臨床口服給藥時,經超微粉碎的藥物有較好的口感。
1.3 節省資源,提高利用率
一般藥物,經超微粉碎后,近納米細粒徑的超細粉可不再經過浸提、煎煮等處理,而直接用于制劑生產,這樣即減少了生產環節中有效成分的損失,最大限度地利用了原材料,又可以減少服用量,因此該技術尤宜于珍貴稀有中藥的粉碎[3]。
1.4 利于保留生物活性成分,適用范圍廣
在超微粉碎過程中,可不產生過熱現象,甚至可在低溫狀態下進行,并且粉碎速度快,有利于保留不耐高溫的生物活性成分及各種營養成分,從而提高藥效,因此超微粉碎技術也可以適用于含芳香性揮發成分藥材。超微粉碎可根據不同藥材的需要,采用中溫、低溫及超低溫粉碎。對纖維狀、高韌性、高硬度或具有一定水分的藥物均適應,尤其對質地致密的動物貝殼類、骨類藥材和礦物類藥才更具有優越性。此項技術既可用于干法粉碎,也適用于濕法粉碎,因此應用范圍廣。
1.5 利于吸收,提高生物利用度
藥物的吸收速度受藥物在吸收部位體液中藥物的溶解度和溶出速率的影響。實驗證明,中藥有效成分的溶出速度、溶出量與粉碎產品顆粒的特性密切相關[4]。溶出速率與藥物的表面積成正比,等量的藥物,其粒子越小、表面積越大,越有利于藥物的溶出和吸收。
文獻[5~9]采用高效液相法,對幾種中藥普通粉及超微粉的有效成分溶出量和溶出速率進行了比較,結果見表1。實驗結果顯示,固體藥物粉碎得越細,其體外溶出度越大。文獻[10]對腦髓康膠囊中全蝎和天麻經超微粉碎的生物利用度進行了考察,結果表明其生物利用度從75%提高到90%。
1.6 細胞級粉碎,有利于提高藥效
中藥材中的有效成分通常分布于細胞內與細胞間質,而以細胞內為主。存在于細胞內的有效成分只有透過細胞壁及細胞膜釋放出來,才能被小腸壁吸收而發揮作用。超微粉碎正是以植物類藥材細胞破壁為目的的粉碎作業,細胞經破壁后,細胞內的有效成分充分暴露出來,藥物的釋放速度及釋放量會大幅度提高[11]。經超微粉碎的藥物粒徑很小,破壁率高,有效成分在進入體內后,可溶性成分迅速溶解,即使溶解性差的成分也因超微粉具有較大的附著力而粘附在粘膜上,因而有利于藥物的吸收。
1.7 改善衛生條件,提高產品衛生學水平
超微粉碎是在封閉系統下進行粉碎的,既避免了微粉污染周圍環境,又可防止空氣中的灰塵污染產品。故在食品及醫療保健品中運用該技術,可使微生物含量及灰塵得以控制[12],便于符合藥品生產的GMP 要求。
2 超微粉碎常用的設備和原理
2.1 機械沖擊式粉碎機
機械沖擊式粉碎機,粉碎效率高、粉碎比大、結構簡單、運轉穩定, 適合于中、軟硬度物料的粉碎。這種粉碎機不僅具有沖擊和摩擦兩種粉碎作用,而且還有氣流粉碎作用,產品細度可達10 μm,配以高性能的精細分級機后可以生產5–10 μm 的超細粉體產品[13]。
2.2 氣流粉碎機
氣流粉碎機是以壓縮空氣或過熱蒸汽通過噴嘴產生的超音速高湍氣流作為顆粒的載體,顆粒與顆粒之間或顆粒與固定板之間發生沖擊性擠壓、摩擦和剪切等作用,從而達到粉碎的目的。其優點是適合礦物藥粉碎,粉碎粒度細而均勻,產品受污染較少,可實行聯合操作;另外也可粉碎熱敏性材料,生產過程連續。但氣流粉碎也存在一定的缺點,比如:設備制造成本高、投資大、能耗高、能量利用率較低等[14]。
2.3 球磨機
球磨機是用于超微粉碎的傳統設備,其特點是粉碎比大、結構簡單、機械可靠性強,另外球磨機的磨損零件容易檢查和更換,工藝成熟,產品顆粒可達20~40 μm。
2.4 振動磨
振動磨是利用高強度的振動,使物料在磨筒內受到高速度的撞擊、切磋,使物料在極短時間內取得均勻的粉碎和混合效果。其優點是介質填充率和單位時間內的作用次數高、能耗低。通過調節振幅、振動頻率、介質類型等,可加工不同粒度的產品。其不足是產品粒度與給料最大粒度有關,當給料最大粒度為10 mm左右時,產品粒度大于10 μm;另外,在干法工作時,對中藥的水分較敏感,水分增加,生產能力下降。
2.5 攪拌磨
同普通球磨機相比,攪拌磨采用高轉速、高介質充填及小介質尺寸獲得了極高的功率密度,使細物料研磨時間大大縮短,是超微粉碎機中能量利用率最高的一種設備。高功率密度攪拌磨可用于最大粒度小于微米以下產品,在染料、陶瓷、造紙、涂料、化工產品中已獲得了成功。
3 超微粉碎技術在中藥學中的應用
3.1 研究中藥經超微粉碎后的藥效學
據報道,不同粉碎度三七體外溶出試驗結果表明:三七粉碎度不同,其體外溶出度亦不同,溶出度大小順序為微粉>細粉>粗粉>顆粒,故以三七微粉入藥較為適宜[10]。第三軍醫大學通過對超微粉碎后的中華鱉甲進行研究發現:鱉甲超微細粉能提高小鼠溶血素抗體積數水平及小鼠巨噬細胞吞噬功能,可以確定其具有免疫調節作用[15],同時鱉甲超微細粉還能增加大鼠的骨密度[16]。山東省醫藥工業研究所利用超微粉碎技術,將原生藥材從傳統粉碎工藝得到的中心粒徑150~200目的粉末(75 μm以下)減小到現在的中心粒徑為10 μm以下,該研所通過對兩種不同粉碎技術加工的原生藥材制成的同樣產品,包括外用制劑和內服制劑進行藥效學比較,發現二者藥效學指標存在著較大的差異,應用超微粉碎技術,可明顯減少中藥服用量[17]。對當歸散的鎮痛免疫作用研究表明:同計量比較,超微當歸散明顯強于傳統當歸散,而超微當歸散的小劑量組與傳統當歸散的大劑量組作用幾乎相當[18]。研究表明:超細珍珠粉用于美容無沙礫感,用于臨床利于人體吸收,可提高生物利用度[19];水蛭經超微粉碎,可明顯改善氣味、口感,提高藥效[20]。
3.2 完善中藥固體制劑工藝,改善劑型
中藥丸、散劑占固體類制劑相當大的比例,傳統的加工技術使藥物粒度多在125~180 μm之間,不利于有效成分的充分吸收,一些外用散劑甚至會產生局部刺激作用。但引入超微粉碎技術,可使藥物粒子達到10 μm,甚至更小,可明顯增加內服制劑在體內的溶解吸收程度,并有可能用較小劑量達到原方的療效。蘇瑞強[21]等采用普通粉碎技術制備的六味地黃丸由于藥粉粒度的差異,照成批次間溶出度具顯著差異,而利用超微粉碎技術獲得的生藥粉制劑,更符合中醫處方用藥的要求。外用散劑引入超微粉碎技術可增加藥物的分散性,有利于涂布、附著,使有效成分更易于透皮吸收,并可減少對皮膚的刺激性。在沖劑、膠囊劑、片劑、膜劑等固體制劑中,根據處方性質,在制備工藝的某些環節引入超微粉碎技術,有可能改善溶解度、崩解度、吸收率、附著力及生物利用度。
3.3 豐富和完善中藥炮制技術
使藥物質酥易碎、便于藥物吸收、提高藥效是中藥炮制的目的之一。超微粉碎技術的應用,可使適宜研末沖服的藥物達到最適粒度,更好地發揮藥效并節省藥材,從而大大豐富和完善了中藥炮制技術。
3.4 研制超細粉體化飲片,促進產業化
對工業化提取工藝不適合的某些中藥,如礦物藥、貴重藥、有效成分易受濕熱破壞的藥物、有效成分不明的藥物等,可粉碎后入藥,但常規粉碎工藝制得的產品起效慢、生物利用度不高;而超細粉體工藝制得的產品起效迅速、生物利用度高,能提高療效、降低不良反應、減少服用劑量、節約藥材。
3.5 開發中藥新劑型
通過超細化對于鹿茸、珍珠、海馬、冬蟲夏草等珍貴中藥材均可直接制成中藥口服散劑、膠囊劑、微囊、β-環糊精包含物及膏劑等[22]。在沖劑、膠囊劑、片劑、膜劑等固體制劑中,根據處方性質,在制備工藝的某些環節引入超微粉碎技術,亦可在溶解度、崩解度、吸收率、附著力及生物利用度方面改善其品質。
4 結語
經濟學家預測,中國“入世”受益最大的是紡織業、交通業和中醫藥業。實踐證明,超微粉碎是跨學科、跨行業的高新技術,應用這項技術研究開發中藥新劑型,可以從整體上提高中藥的制藥水平,增強中藥在國際市場的競爭力。但也應看到,中藥材經超微粉碎后,對于含鞣質較多的藥材,細胞破壁大所引起的“無效成份”的釋放,可能影響其他有效成份的吸收,出現流動性差、吸濕等問題。所以要結合藥物分析、藥效學、藥動學、藥理學等,篩選中藥超微粉碎的最佳工藝。