真空冷冻干燥超细杜仲粉体的研制

来源:真空技术网(www.chvacuum.com)上海交通大学 作者:孙企达

  真空冷冻干燥(简称冻干FD)是发展近代生物医药工程与中药现代化的关键高新技术,近年来,日本不仅将中国名贵中药杜仲制成超细粉体胶囊(粉体中心粒径D50~50 μm),用于医疗,而且还制成称为长寿面的杜仲面、杜仲茶,大量应用。据近年研究表明,只有在中药粉体的中心粒径达到15 μm 的细度以下,人体对其有效成份的吸收率将会更好。在此研制的杜仲真空冷冻干燥超细粉,按粒子分布曲线(用Mastersizer-2000 型激光衍射仪检测)与2000 倍扫描电子显微镜检测,其粉体中心粒径高达D50=16.670 μm,部分还进入亚微米级。本文对其研制方法、技术、设备及检测质量控制等作了阐述。

  真空冷冻干燥是发展近代生物工程与医药、中药现代化的关键高新技术。近年来,日本、韩国及西方发达国家采用真空冷冻干燥对汉方药(中草药)进行改革,制备中药超细粉体。日本不仅将我国的名贵中药杜仲制成粉体胶囊(300 目左右,粉体中心粒径D50~50 μm)用于医疗,而且还开发出了称为长寿麵的杜仲麵,杜仲茶等保健品。特别将杜仲麵大量推广,一年销量有2 亿包之巨(103 g/ 包),具有降血压防脑卒中,脚轻手健,延缓衰老的作用。日本不产杜仲,原料均来自中国。杜仲主要产于中国四川、重庆、云南、贵州、陕西、湖北等地。

  杜仲是一种传统名贵中药,它是一种杜仲科药用植物,落叶乔木,树皮灰褐色,粗糙,连同枝、叶、根都含杜仲胶,尤其树皮折断拉开有许多银白色细丝。中国古代《神农本草经》、明代李时珍著《本草纲目》均列为上品。杜仲味甘、性温,功能补肝肾,强筋骨,安胎。即甘温化阳,补肝肾,强筋骨,强腰膝,可治疗肾虚腰痛及妇女经期腰痛,为治疗腰痛之要药;又能补肝肾,固冲任,可治疗肝肾不足,冲任不固之胎动不安。现代医药研究,杜仲的化学成分含杜仲苷、松脂醇二葡萄苷、桃叶珊瑚苷、鞣质、黄酮类化合物以及锗、硒等15 种无机元素,微量生物碱和维生素C 等成分。具有降血压、扩张血管、增强免疫、镇静、镇痛、抗应激、利尿、延缓衰老等作用。

  我国著名中药企业上海雷允上药业有限公司按卫生部颁中药成方WS3-B-3107-98 执行标准, 开发出了强力天麻杜仲胶囊(国药准字Z31020332),具有散淤活血,舒筋止痛,主治用于中风引起的筋脉掣痛、肢体麻木、行走不便、腰腿酸痛,头痛头昏等症状。但目前国内外杜仲粉体的制备均为一般热干燥后粉碎,颗粒均较粗,最细中心粒径80~120目(~200 μm)。影响使用效果与药料的利用率。

  经近年研究表明,只有在中药粉体的中心粒径达到15 μm 的细度以下, 这时药材细胞的破壁率≥95%。因此,当这种中药超细粉体服用后,细胞内的有效成分不必再需通过细胞壁和细胞膜建立的屏障才能被给药部位吸收,而是直接和给药部位接触吸收;同时,中药超细粉体的比表面积很大,与给药部位接触面积大,而且其粘附性能使药物在吸收部位的时间延长,可大大提高有效成分的吸收速度和吸收程度,从而达到速效、高效、长效的治疗效果。因此开发疗效更好,品种更优的中药超细粉体新产品,形成中药的新材料、新剂型,将具有深远的理论和现实意义。国家科委与国家中医药管理局已将其列入“21 世纪中药现代化发展战略”之一。

  我们在以往长期从事真空冷冻干燥技术与应用的基础上,将新鲜杜仲采用真空冷冻干燥再结合超音速气流低温粉碎技术,制成真空冷冻干燥超细杜仲粉体。经英国马尔文公司Mastersizer-2000 型激光衍射仪检测得到粉体分布曲线表明,中心粒径高达D50=16.670 μm,部分还进入亚微米级,这在2000 倍扫描电子显微镜下也清晰可见。这对杜仲原始生物酶、蛋白质、氨基酸、维生素、热敏有效成分作最大限度保留,使这种具有活性的冻干杜仲超细粉的营养价值及药效提高,远优于传统的晒干、热风干燥制备的杜仲粉,可大大提高药料利用率及有效成分的人体吸收效果,达到用量少、见效快等效果。

1、真空冷冻干燥超细杜仲粉体的制备

  1.1、真空冷冻干燥技术在制备超细生物材料的应用特点

  真空冷冻干燥技术在超细材料科学方面的应用开始于20 世纪80 年代,主要用于制备纳米级超细粉(1 nm~500 nm)。Landsbergs 和Schnettler分别用冻干技术制备了粉径为1nm 的金属超细粉和陶瓷微粉。至今用冻干技术制成的超细粉已应用于各种重要的高新技术领域,但该技术特别在制备的生物材料方面能保持生物活性,与维生素、热敏有效成分,特别有利于生物工程、医药及现代高效中药的开发应用。

  表1 为以往我们制备中药天花粉作的实验比较,证明真空冷冻干燥远比传统高温干燥为优。

表1 真空冷冻干燥与传统高温干燥的超细天花粉的对比

真空冷冻干燥与传统高温干燥的超细天花粉的对比

  1.2、原料及制备工艺

  1.2.1、杜仲原料

  采用新鲜杜仲直接冻干,原料产于本公司在四川、重庆无污染基地,生产中不施用化肥农药,符合国家绿色环保要求,达到出口标准。杜仲是一种纤维素很强的树皮片状物,用平常中药制备的干燥方法,其含水量一般都>5%~8%左右。所以要将一般中药的杜仲皮进行粉碎成超细粉,极为困难,人体也不易吸收。本发明是利用真空冷冻干燥的脱水方法,将杜仲鲜皮进行冻干脱水,将脱水后只含有极小水份(一般可达<2%以下) 组织极其疏松的杜仲皮进行超细粉碎,可获取超细的杜仲粉。这种超细粉末的溶解性极好,鲜皮中的有效成份保留完好。经过冻干的超细杜仲粉与传统杜仲粉对比,无论是在质量成份上,还是细度上都有无比的优势。

  1.2.2、工艺流程及设备

  主要实施方法为真空冷冻干燥技术结合超音速气流低温粉碎技术,直接将新鲜杜仲制成真空冷冻干燥超细杜仲粉体。

  主要工艺流程如下:

  鲜杜仲→清洗→切段→装盘→预冻→真空冻干→出仓→粗粉碎→低温超细粉碎→检测→充氮→包装→灭菌

  真空冷冻干燥时,首先要掌握杜仲的共晶点,因为新鲜杜仲是植物片状组织,不存在溶液组织,所以共晶点不会太低,可将制品预冻温度降至-20 ℃左右即可。真空度调节在40 Pa~60 Pa左右。一有利于热传导,二有利于蒸汽压的溢流。最高温度控制在40 ℃~45 ℃左右,温度太高会影响杜仲皮的原生态颜色及组织成份。

  这样干燥后得到的杜仲片状制品极为干燥,组织极为疏松,为超细粉打下了良好的基础。粉碎后所得的杜仲粉,颜色为原生态色,没有像其它干燥后的发黄、发黑的现象,并且在水中极易溶解。冻干杜仲粉片出箱后,经低温涡流式粗粉碎与超音速气流超细粉碎,获得杜仲粉的超细粉体。

  中心平均粒径≈15 μm,在环境条件为温度<25 ℃,相对湿度<75%时,用高阻隔塑料复合膜袋真空充氮包装,以防吸潮与氧化。

真空冷冻干燥设备示意图

图1 真空冷冻干燥设备示意图

超音速气流低温粉碎机示意图

图2 超音速气流低温粉碎机示意图

2、检测及质量控制

  图3 图4 分别为真空冷冻干燥超细杜仲粉的细度的分布曲线, 采用英国马尔文公司的Masterizer-200 型激光衍射仪检测,中心粒径已达1000 目约16.670 μm(图3)以及2000 倍扫描电子显微镜照片(图4)

  粉体颗粒大部分为微米级,部分已进入亚微米级,可大大提高药物的生物利用率及有效成分的人体吸收效果,达到用量少、见效快的目的,优于一般热干燥的杜仲粉(只有几十目)。

  产品质量控制:

  (1)色泽:浅绿白,白度>80。

  (2)粉体平均细度≈16 μm。

  (3)含水量:<3%。

  (4)菌落总数:<50 cfu/g。

  这种制成的真空冷冻干燥超细全杜仲胶囊以及杜仲面,具有活性高、含量高、用量小、易吸收、见效快、易携带等特点,提高了杜仲的经济和食用价值。

真空冷冻干燥超细杜仲粉细度分布曲线

图3 真空冷冻干燥超细杜仲粉细度分布曲线

超细杜仲粉的扫描电子显微镜照片

图4 超细杜仲粉的扫描电子显微镜照片

3、结论

  经真空冷冻干燥低温超高速气流工艺粉碎的杜仲,其细度可达到1000 目(中心粒径16 μm左右),可大大提高利用率及有效成分的人体吸收效果,达到用量少、见效快等效果,优于传统的晒干或热风干燥制备的杜仲粉(只有几十目)。同时还对杜仲热敏有效成分作最大限度保留,使这种具有活性的冻干杜仲的营养价值及药效提高。推广杜仲面生产具有在抗衰老保健方面有很高的社会经济效益。

  由此,中药真空冷冻干燥超细粉体对提高中药疗效,降低毒副作用,减少服用剂量,与发展保健食品具有重要意义。因此,符合国家科委与国家中医药管理局将其列入“21 世纪中药现代化发展战略”的精神。对中药制剂现代化以及保健品的开发具有广阔的前景和很高的社会经济效益。

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