真空冷冻干燥超细天麻粉体的研制

来源:真空技术网(www.chvacuum.com)上海交通大 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,日本将中国名贵中药天麻制成超细粉体胶囊(粉体中心粒径D50~50μ),用来取代西药治疗失眠,取得很好效果,无毒副作用。据近年研究表明,只有在中药粉体的中心粒径达到10~15μ的细度以下,人体对其有效成份的吸收率将会更好。在此研制的鲜天麻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4000倍扫描电子显微镜检测,其粉体中心粒径高达D50=12.996μ,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。日本将我国的名贵中药天麻制成粉体胶囊(300目左右,粉体中心粒径D50~50μ),用来治疗失眠取代西药安定等安眠药,取得很好效果,因安定等西药会影响神经、损害肝脏及肾功能。

  经近年研究表明,只有在中药粉体的中心粒径达到10~15μm的细度以下,这时药料细胞的破壁率≥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,而是直接由给药部位接触吸收;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,从而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,将新鲜天麻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天麻粉体。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=12.996μ,部分还进入亚微米级,这在4000倍扫描电子显微镜下也清晰可见。这对天麻原始生物酶、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天麻超细粉的营养价值及药效提高,远优于传统的晒干、热风干燥制培的天麻粉。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。再者,我们使用的天麻原料为直接来自在四川、重庆无污染基地,生产中不施用化肥药,符合国家绿色环保要求。

1、天麻及其药理作用

  天麻是一种传统名贵中药,又名赤箭、定风草、合离草,为兰科多年生寄生草本植物,中国古代的《神农本草经》、明代李时珍著《本草纲目》均列为上品,具有舒肝益肾健脾、宁心安神、调理血气、祛风通络等作用。可用于治肝上亢、眩晕头痛、惊痫抽搐;又可祛外风、通经络;止痛,治疗风湿肩背酸痛与肢体麻木;亦可治疗脑卒中、偏瘫等。

  经近年现代医学研究,天麻的化学成分含天麻苷、天麻苷元、β-甾谷醇和胡萝卜苷、柠檬酸及其单甲酯、棕榈酸、琥珀酸和蔗糖等,尚含天麻多糖、维生素A、多种氨基酸及微量生物碱,还含有多种微量元素,如铬、锰、铁、钴、镍、铜、锌等。

  天麻的主要药理作用:有降低外周血管、管血管和冠状血管阻力的作用,并有降血压及减慢心率的作用。天麻多糖有免疫活性,并具有益脑成分,它能调节植物神经,以及定向激活大脑海马区的神经干细胞,恢复海马区功能,从源头上改善失眠,提高记忆力、抑郁情绪低落等症状。

  多年来中医作为中风及中风后遗症及头昏失眠、益脑的首选。天麻主要产于中国四川、重庆、云南、贵州等地。

  天麻给药除汤剂外(煎制麻烦,使用和携带不便),常用粉体(外套胶囊)形式。但一般天麻制成粉体均颗粒较粗,中心粒径在80~120目(≈200μm),影响使用效果与药料的利用率。

  失眠在现代社会人群中较为普遍,除了因病理引起之外,由于社会、生活、工作和学习等等压力,在中青年上班族、学生,也常会失眠。长时间不仅影响生活、工作和学习。而且会导致记忆力下降、健忘、高血压、心脏病、糖尿病、胃病、肥胖、中风等疾病的发生。失眠对中老年人来说影响更大,甚至危及生命。此外长期海上作业的海员、军人失眠也较易发生,影响很大。

  对于失眠,一般服用安定等安眠西药,不仅影响神经,还损害肝脏、肾脏功能。近年来,日本将我国的天麻用高科技手段制成天麻粉体胶囊,用来治疗失眠取代西药安眠药,取得很好效果,很受人们欢迎。但粉体颗粒较粗,只达300目左右(D50≈50μm),影响使用效果。

2、真空冷冻干燥超细天麻粉体的制备

2.1 真空冷冻干燥技术在制备超细生物材料的应用特点

  真空冷冻干燥技术是发展近代生物工程与医药的关键高新技术之一。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(1~500nm)。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,因为该技术具有下列一些的突出特点:

  (1)能在溶液状态下获得组分的均匀混合,适合于极微量的添加,有效地合成复杂的功能陶瓷材料并精确控制其最终组分;

  (2)制得的超细粒子一般直径在10-9~5×10-5m范围内,不超过几微米。在煅烧冻结干燥物时,内含气体极易逸出,容易获得烧结的高纯度陶瓷超细粉末。由此制得的大规模集成电路基本平整度好。用来制催化剂,则其表面积和反应活性均较一般过程为高;

  (3)制备的生物材料能保持生物活性,特别有利于生物工程、医药及现代高效中药的开发。

从下表所列各种干燥方法在超细粉制备中的比较。

干燥方法处理过程优点缺点应用情况

干燥方法

处理过程

优点

缺点

应用情况

常温干燥

常温下自然干燥

简单、价格低

时间长,受周围气氛影响

硅凝胶粘土材料

热风干燥

在室温以上的热风中干燥

干燥速率快、能连续大量处理

干燥物需粉碎

一般无机粉体

红外线干燥

在红外线下干燥

照射面的加热十分有效

不适合较厚粉体层的加热

浆料涂膜的干燥,含水率测定

喷雾干燥

溶液喷成雾状在热风中干燥

可以造粒,大量连续干燥

需要大型装置,难以获得超细粉

一般无机和有机粉体

真空干燥

减压干燥

可在低温下用干燥密闭系统处理

连续处理较难

有机溶剂混合浆料、 CdS 、 PbO 干燥

真空冷冻干燥

溶液喷雾冷冻,再在真空下干燥

粉体活性大,污染少,可得均匀的多孔质粉体

连续处理较难

高纯陶瓷材料、催化剂、生物材料及药物

液体干燥

当与吸湿性溶液接触时发生干燥

可获得污染少的粉体,组成均匀

需要大量的有机溶剂

氧化铝、铁氧体

  真空冷冻干燥技术特别有意义的是在于生物制品、医药、中药方面的应用。如活菌苗、活毒疫苗、生化药品、中草药超细粉等。其特点是:

  1、能提高药效、不变质、可以实现常温长期贮存。

  2、容易实现药剂定量准确,水溶液配置与分注到各瓶中的精度容易控制,干燥后的粉体量精度更高。

  3、实现无菌化操作及大批量无菌化生产。

  4、药品有效成份损失浪费少,复水性好。

2.2 原料及制备工艺 2.2.1 天麻原料

  采用新鲜天麻直接冻干,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。

2.2.2 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,直接将新鲜天麻制成真空冷冻干燥超细天麻粉体。

  主要工艺流程如下:

  鲜天麻→清洗→去皮→切片→装盘→预冻→真空冻干→出仓→粗粉碎→低温超细粉碎→检测→包装→灭菌

  图1为真空冷冻干燥设备示意图;图2为超音速气流低温粉碎机示意图。

  天麻的冻干是在真空低温状态下进行的,为了使干燥速度加快,可将天麻切片,增加升华面积进行,预冻到-25℃左右,真空度控制在50Pa,最高温度加至50℃,这样干燥后得到的天麻片状制品极为干燥(一般含水量可达2%左右),组织极为疏松,为超细粉打下了良好的基础。粉碎后所得的天麻粉,颜色为原生态的白色,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。冻干天麻粉片出箱后,经涡流式粗粉碎与超音速气流超细粉碎,获得天麻粉的超细粉体。

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

  如将冻干超细天麻粉灌软胶囊,再成品包装即成真空冷冻干燥超细粉胶囊产品。

3. 检测及质量控制

  图3图4分别为真空冷冻干燥超细天麻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12.996μm(图3)以及4000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,优于一般热干燥的天麻粉(只有几十目)。

  产品质量控制:(1)色泽:洁白,白度>过90。(2)粉体平均细度<15μm。(3)含水量:<3%。(4)菌落总数:<50cfu/g。

  这种制成的真空冷冻干燥超细全天麻胶囊具有活性高、含量高、用量小、易吸收、见效快、易携带等特点。提高了天麻的经济和食用价值。

4、结论

  经真空冷冻干燥的天麻低温超高速气流工艺粉碎,其细度可达到1000目(中心粒径12μ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天麻粉(只有几十目)。同时还对天麻原始生物酶、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天麻的营养价值及药效提高。

  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。

参考文献

  1.G.W.Oetjen,P.Haseley,Freeze-Drying,Second,WILEY-VCH,2004

  2.高长玉,常惟智等,《药性歌括四百味》评述,北京人民军医出版社,2011

  3.陈祖耀,《低温物理学报》10[1],8,1994

  4.Malcolm F.F.,Vacuum 34(5),555,1994

  5.何煜,郭琪等,中药细胞级微粉碎对体内吸收的影响,中成药,1999,21(11),601~602

  6.孙企达,冷冻干燥超细粉体技术及应用,北京,化学工业出版社,2006

  7.杜军,现代超微粉碎技术在中药生产现代化中的应用,中国粉体技术,2002,8(4),242

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