1現狀
據統計我國現有獸藥生產企業2000余家,生產的獸藥品種規格約有2000多種,年產值已超過150億元人民;全國約有經營企業5萬多家,年銷售額約170億元人民幣。主要劑型僅有水針劑、片劑和針劑,原料藥廠所占比重不到5%。缺乏市場需要的群體疾病防治的澆潑劑、緩釋劑、氣霧劑等。大多數生產廠的生產環境、設備、工藝簡陋和落后,生產規模小。獸藥研發創新能力弱,新藥數量少,產品科技含量低。農業部已限定2005年底為獸藥生產廠達到 GMP要求的最后期限。這預示著獸藥生產整體水平的提高,優勝劣汰的競爭會更加激烈,有利于新技術、新工藝及新產品的研發和應用。
2提取技術
在中藥制劑生產中常用的提取方法主要有煎煮法、回流法、浸漬法、滲漉法等,但這些方法存在有效成分損失大、周期長、工序多、提取率不高等缺陷。目前在藥物研發生產中應用的提取新技術主要包括:
2.1超臨界流體萃取技術
超臨界流體萃取(SCFE)技術是目前國內外較廣泛研究和應用的一種新技術。由于超臨界流體的密度僅是溫度和壓力的函數,在一定壓力范圍內其密度與其溶解能力成比例,故可通過對溫度、壓力的控制來改變對物質的溶解度,而且在臨界點附近溫度與壓力的微小變化有可能導致溶質溶解度發生數量級的突變。在超臨界萃取體系中,處于超臨界狀態流體(溶劑)的性質可以通過添加其他物質(夾帶劑)改進;溶劑的溶解能力隨密度增大而增強;溶質的蒸氣壓隨溫度升高而指數上升;低揮發性物質在高壓下,溶解度隨溫度升高而增大,在低壓下溶解度隨溫度升高而降低。因此SCFE可以通過控制體系的壓力和溫度使其選擇地萃取其中某組分,然后通過溫度或壓力的變化,降低超臨界流體的密度,對所萃取的物質進行分離,并讓超臨界流體循環使用。目前廣泛使用的是超臨界co,萃取。
SCFE由于可通過調控壓力和溫度,選擇性地萃取某些成分,使萃取到分離可一步完成,因此特別適用于提取分離揮發性成分、脂溶性物質、高熱敏性物質,產品基本無有機溶劑殘留,產品純度亦較高。但它較適用于親脂性、分子量較小物質的萃取,對極性大、分子量大的物質如苷類、多糖類,要加夾帶劑(一般常用的夾帶劑有水、乙醇、丙酮、乙酸乙酯等),在夾帶劑的使用上還缺乏足夠的理論方面的研究,可測性差,主要靠實驗摸索,操作在很高的壓力下進行,設備屬高壓設備,一次性投資較大,運行成本較高,給工業化廣泛應用帶來了障礙。
2.2超聲循環提取技術
超聲波對各種成份的提取分離的強化作用主要源于其空化作用。在空化發生時液體中的微小氣泡核在高強度超聲波作用下發生振蕩、生長、收縮及崩潰等一系列動力學過程。湍流效應、微擾效應、界面效應和聚能效應等是空化作用在超聲提取體系中的具體體現。超聲提取早已廣泛應用于實驗室少量樣品處理,它所具有的時間短、溫度低、提取率高等優點已被公認,缺乏有效的工程放大手段是限制其大規模應用的瓶頸。雖然目前國內逐漸有越來越多的超聲提取設備出現在市場上,但真正能夠適于工業大生產的超聲提取裝備仍然很少,本文僅對超聲循環提取技術和設備作簡要介紹。
超聲循環提取技術是在國家863和攻關項目的支持下,根據生化工程理論和方法,提出了物料和超聲場之間“模擬移動”,根據流體流動、混合理論和給予每個物料顆粒“相同機會”,最大限度地提高超聲場的利用率,解決局部過度超聲處理和超聲波在介質中的快速衰減問題。通過采用獨特的循環技術和超聲場的合理設計,極大地增加了超聲場的物料處理能力,小功率超聲場即可處理大量物料,從而解決了超聲提取的工程放大難題。目前已形成了從0.5升到8000升有效容積的實驗室SY、中試HF、生產SC三大系列產品,數十個品種,已在北京同仁堂、北京大學藥學院等近三十家研發、生產單位使用。
同國內外相關設備相比較,通過大量試驗證明,超聲循環提取技術和設備具有如下特點。效率高:提取時間僅為常規提取方法的幾分之一到幾十分之一;能耗低:一般均在室溫下提取,單位物料處理量能耗較常規提取方法可降低50~4;產品質量高:由于提取時間短、溫度低,產品中雜組份含量減少,提高了提取產品品質;提取率高:有效成份得以充分釋出,甚至有些用常規方法難于提出的組份亦能快速提取出來;適用范圍廣:不受溶劑性質、提取物分量大小、極性等限制,還可以用于提取——純化的耦合、超聲分散、乳液制備、緩釋藥物超微膠囊和納米膠囊制備等;操作簡便:可進行間歇提取或多級連續提取,有順流和逆流兩種方式可供選擇、易于實現自動化,符合GMP要求;產品性/價比高:價格大大低于超臨界萃取和進口設備,設備占地面積小。但需要加強成套生產線的集成和自動控制的集成等方面的研發。
2.3微波萃取技術
微波提取技術亦是目前研究較多的提取新技術之一。它是根據不同物質吸收微波能力的差異使得基體物質的某些區域或萃取體系中的某些組分被選擇性加熱,從而使得被萃取物質從基體或體系中分離,進入到介電常數較小、微波吸收能力相對差的萃取劑中,達到提取的目的。
微波萃取具有時間短、設備簡單、適用范圍廣、萃取效率高等特點。微波萃取選擇性差的問題可以通過對微波的施加功率及時間的控制或者與另一些優勢技術相結合來改善。微波提取一般適用于熱穩定性的物質,對熱敏性物質,微波加熱易導致它們變性或失活;要求物料有良好的吸水性,否則細胞難以吸收足夠的微波能將自身擊破,產物也就難以釋放出來;微波提取對組分的選擇性差。
2.4酶法提取
酶法提取是利用酶反應較溫和地將植物組織分解,從而可以最大限度從植物體內提取有效成分。纖維素酶用于以纖維素為主的中藥材提取有效成分能提高有效成分的收率。酶法提取要求酶有極高的活性、高度的專一性和溫和反應條件。在植物藥用成份提取中酶可以作為浸提輔助劑,在動物藥提取中可以作為激活劑和脫毛劑等,可以作為提取液的澄清劑和藥渣再利用的催化劑。酶法提取的效果主要取決于酶的種類、用量、酶解時間、溫度、酸堿度、物料細度、攪拌等多種因素。酶法提取要拓寬其應用領域,還需要進一步深入探討酶的濃度、底物的濃度、溫度、酸堿度、抑制劑和激動劑等對提取物有何影響。
2.5半仿生提取法
半仿生提取法(SBE)是從生物藥劑學的角度,模擬口服給藥及藥物經胃腸道轉運的原理,為經消化道給藥中藥劑設計的一種新的提取工藝。它應用于中藥提取中堅持了“有成分論,不唯成分論,重在機體的藥效學反應”。這種新提取法可以提取和保留更多的有效成分,能縮短生產周期,降低成本。但 SBE的有效成分利用率較低。
3分離純化技術
傳統的分離方法主要有沉降、過濾、離心,傳統的純化方法主要有水提醇沉法(水醇法)、醇提水沉法(醇水法)、酸堿法、鹽析法、離子交換法和結晶法等。目前新的分離純化方法主要有絮凝沉淀法、大孔樹脂吸附法、超濾法、高速離心法等。
3.1絮凝沉淀
絮凝沉降是在混懸的提取液或提取濃縮液中加入一種絮凝沉淀劑以吸附架橋和電中和方式與蛋白質果膠等發生分子間作用,使之沉降,除去溶液中的粗粒子,以達到精制和提高成品質量的目的。目前使用的絮凝劑主要有鞣質、明膠、蛋清、101果汁澄清劑、ZTC澄清劑、殼聚糖等。
3.2超濾濃縮
膜分離技術是以壓力為推動力,利用膜的選擇性實現混合組份的分離。膜分離主要包括微濾、超濾、反滲透及納濾。超濾(Ultrafiltration)是根據體系中分子的大小和性狀,通過膜的篩分作用,在分子水平上進行分離,可分離分子量為1000道爾頓~1000000道爾頓的物質,起到精制、富集及濃縮的作用。同微濾過程相比,超濾過程受膜表面孔的化學性質的影響較大。影響超濾效果的主要因素包括膜的選擇性、料液預處理方式、壓力、流速、溫度、濃度、pH值、時間、膜再生的方式等。目前超濾主要用于濃縮、分級、大分子溶液的凈化等。應用時主要應考慮膜的壽命、膜面污染的防治、清洗及膜的再生方式。
3.3高速離心
通過離心機的高速運轉,使離心加速度超過重力加速度的成百上千倍,從而使沉降速度增加,以加速藥液中雜質沉淀并去除的一種方法。沉降式離心機分離藥液具有省時、省力,藥液回收完全,有效成分含量高、澄明度高的特點,更適于分離含難于沉降過濾的細微粒或絮狀物的懸浮液。 在絮凝沉淀過程中可以加人交流電場或直流電場強化,即電場絮凝。電場絮凝可以大大降低絮凝劑的用量,增加絮凝體的大小和強度,縮短絮凝時間。電場絮凝不但可以用于混懸液的液固分離,亦可以代替部分乙醇沉淀等過程。
3.4分子蒸餾
分子蒸餾(molecular distillation)是一種在高真空度下進行的液一液分離操作的連續蒸餾過程,它亦是一種在高真空度條件下進行非平衡分離操作的連續蒸餾過程。它是基于在一定的溫度和真空度下不同物質的分子平均自由程差異,液體混合物各分子受熱后會從液面逸出,并在離液面小于輕分子平均自由程而大于重分子平均自由程處設置一個冷凝面,使輕分子不斷逸出,而重分子達不到冷凝面,從而打破動態平衡而將混合物中的輕重分子分離。由于輕分子只走了很短的距離即被冷凝,所以分子蒸餾亦稱短程蒸餾(short-path distillation)。在分子蒸餾過程中,物料處于高真空、相對低溫的環境,停留時間短,損耗極少,故分子蒸餾技術特別適合于高沸點、低熱敏性物料。目前該技術已廣泛應用于石油化工、醫藥、食品、化妝品等行業。對于一些熱敏性極強的物料(如二十八烷醇和三十烷醇的分離)、天然維生素E等分子蒸餾均取得良好的分離效果。
目前有關分子蒸餾基礎理論的研究非常少,還無法從理論上指導分子蒸餾器的設計,現有的分子蒸餾器的設計主要是依靠經驗,而且只局限于對降膜式分子蒸餾器和離心式分子蒸餾器液膜內流動
狀態、傳熱、傳質及汽相分子的運動狀況的研究。對刮膜式分子蒸餾器設計研究很少的主要原因是很多情況下降膜式和離心式分子蒸餾器內液膜的流動狀況可以看成是穩態層流,而刮膜式分子蒸餾器內的液膜流動為非穩態的湍流流動。
國內對分子蒸餾技術的研究起步較晚,基礎較弱,現在還處于消化吸收及小試研究階段。分子蒸餾技術目前面臨的主要課題是擴大應用領域,尤其是對一些分離難度大的天然藥物的應用。
3.5大孔吸附樹脂
大孔吸附樹脂是由有機單體加交聯劑、致孔劑、分散劑等添加劑聚合而成,是不含離子交換基團的由許多微觀小球組成的多孑L球狀交聯聚合物。樹脂理化性質穩定,不溶于酸、堿及有機溶媒,不受無機鹽類及強離子低分子化合物存在的影響。依據其表面性質的差異可分為非極性、極性和中性大孔吸附樹脂。大孔吸附樹脂是吸附性和篩選性原理相結合的分離材料。它本身具有的吸附性,是由于范德華力或產生氫鍵的結果。篩性原理是由于其本身多孔性結構所決定。大孔吸附樹脂根據孔徑、比表面積及構成類型被分為許多型號,一般根據所需分離純化物質的分子大小及極性強弱,選用與之相適應的大孔吸附樹脂,可收到較好的分離效果。影響大孔吸附樹脂分離效果的主要因素包括比表面積、孔徑、粒徑、強度、溶脹系數、孔的三維結構等。一般根據所需分離純化物質的分子大小及極性強弱,選用與之相適應的大孔吸附樹脂。大孔吸附樹脂可用于多種藥用成份的分離,還可用于含量測定前樣品的預分離。應用大孔吸附樹脂富集藥物有效成分,具有分離度好、專屬性強及重現性好,無雜質干擾,靈敏度高等特點。在實際應用中,要達到滿意的分離效果,必須根據化合物的結構特點并綜合考慮各種影響因素,設計合適的分離條件,在必要情況下,可進行預試驗而確定。
4其它技術
4.1超微粉碎
中藥有效成分的溶出速度與藥物細度有關,同時與藥物在體內的生物利用度之間存在密切關系。應用超微加工技術可將原生藥從傳統粉碎工藝得到的中心粒徑150目"-200目的粉末(75im以下),提高到現在的中心粒徑為51m~lOim,在該細度條件下,一般藥材細胞的破壁率95%。
超微粉碎的機理一般包括對物料的沖擊、碰撞、摩擦、剪切、研磨、同步斷裂等作用。選擇粉碎方法時,須視粉碎物料的性質和所要求的粉碎程度而定。一般來說,粒度較大或中等的堅硬物料采用壓碎、沖擊的方式;粒度較小堅硬的物料采用壓碎、沖擊、碾磨方式;粉狀或泥狀的物料采用剪切、壓碎、碾磨的方式;韌性材料采用剪切或快速打擊的方式。
超微粉碎技術由于粉碎過程中不產生局部過熱,且在低溫狀態下進行,粉碎速度快,因而最大限度地保留了材料中的生物活性物質及各種營養成分,適用于多種藥物制劑和保健品、化妝品等。但在超微粉碎過程中,由于粒徑的減小,其物理特性會發生很大變化(如表面能增加等),使顆粒處于不穩定狀態,流動性差,易聚集形成假大顆粒,所以只有不斷優化工藝參數才能對物料進行高質量、高效率地粉碎。
4.2干燥技術
噴霧干燥是流化技術用于液態物料干燥的一種方法,由于是瞬間干燥,特別適用于熱敏性物料,故所得產品質量好,保持原來的色香味,且易溶解。利用噴霧干燥制備微囊的研究正在進行,它是將心料混懸在衣料的溶液中,經離心噴霧器將其噴入熱氣流中,所得的產品是衣料包心料而成的微囊,這種微囊粉末可采用于直接壓片,也可制備膠囊劑、糖漿劑或混懸劑。
冷凍干燥是將需干燥的液體物料冷凍成固體,在低溫減壓條件下利用冰的升華性能,使物料低溫脫水而達到干燥的一種方法。由于物料在高度真空及低溫條件下干燥,故特別適于某些極不耐熱物質的干燥。噴霧凍干制得的產品微粒小、干燥快、時間短、均勻、流動性好,并具良好的速溶性。
4.3制粒技術
流化床制粒又稱一步制粒技術,它可以大大減少輔料的用量,浸膏在顆粒中的含量可達50%~70%,顆粒在沸騰狀態下形成,表面圓整,流動性好。同時,由于制粒過程在封閉的制粒機內完成,生產過程不易被污染,成品質量能得到更好的保障。
快速攪拌制粒時,通常將盛有固體物料(輔料)的容器提升密閉,由加料口加入浸膏,開啟三向攪拌葉以一定的速度轉動,使物料從盛器的底部沿壁拋起形成旋轉的波浪,其波峰通過時被高速旋轉的 刮粒刀切割成帶一定菱角的小塊,小塊間相互摩擦,最后形成球狀顆粒。該法制成的顆粒均勻、圓整,輔料用量少,制粒過程密閉、快速。
干法制粒是將具有一定相對密度的藥液,經噴霧干燥得到干粉,添加一定輔料后,以滾筒平壓制粒機制粒。該法所需輔料少,甚至不用輔料。
4.4固體分散技術
固體分散技術是指藥物以微粒、微晶或分子狀態等均勻分散在某一固態載體中。藥物在載體中分散的狀態分為簡單低共熔混合物、固溶物、偏晶體、玻璃態固溶體和分子復合物等。固態載體常用水溶性和親水性很強的物質,以增加一些難溶性藥物的溶解度和溶解速率,增加藥物口服后的生物利用。常用于增溶作用的載體有水溶性聚合物,水溶性小分子化合物,有機酸類物質及其它親水性輔料等。也可以應用一些水不溶性載體或難溶性材料作為藥物的載體,如乙基纖維素、鄰苯二甲酸醋酸纖維素、聚丙烯酸樹脂、膽固醇、棕櫚酸甘油酯等,阻止藥物的釋放,以達到緩釋或控釋的目的。
4.5微型包囊技術
微型包囊技術是利用高分子材料(通稱壁材),將藥物微粒或藥液微粒(通稱心材)包埋成微小囊狀物的技術,藥物微囊化后,具有延長療效,提高穩定性,掩蓋不良氣味,降低在胃腸道中的副作用,減少復方配伍禁忌,改變某些藥物的物理特性等作用。微囊以往多以凝聚法制備而成。噴霧干燥法制備微囊也日趨成熟,在噴霧過程中,由心材和壁材組成的均勻物料,被霧化成微小液滴后,受周圍熱空氣的影響,使霧滴表面形成一層半透膜,形成粉末狀微囊顆粒。
5結束語
由于我國已正式加入WTO,仿制獸藥受阻。我國獸藥企業普遍創新能力較差,企業基本沒有新藥研發機構,在新藥的研發上經費投入很少,企業和研發機構之間、企業和企業之間缺乏新藥創新上的有效合作,而核心關鍵技術的競爭將會是決定我國的獸藥企業之間競爭的主要因素之一,因此,要想振興我國的獸藥工業,增強我國獸藥工業的國際競爭力,研發和采用各種高新技術,形成具有自主知識產權的核心關鍵技術和產品是必由之路。