真空冷凍干燥超細杜仲粉體的研制

2014-04-27 孫企達 上海交通大學

  真空冷凍干燥(簡稱凍干FD)是發展近代生物醫藥工程與中藥現代化的關鍵高新技術,近年來,日本不僅將中國名貴中藥杜仲制成超細粉體膠囊(粉體中心粒徑D50~50 μm),用于醫療,而且還制成稱為長壽面的杜仲面、杜仲茶,大量應用。據近年研究表明,只有在中藥粉體的中心粒徑達到15 μm 的細度以下,人體對其有效成份的吸收率將會更好。在此研制的杜仲真空冷凍干燥超細粉,按粒子分布曲線(用Mastersizer-2000 型激光衍射儀檢測)與2000 倍掃描電子顯微鏡檢測,其粉體中心粒徑高達D50=16.670 μm,部分還進入亞微米級。本文對其研制方法、技術、設備及檢測質量控制等作了闡述。

  真空冷凍干燥是發展近代生物工程與醫藥、中藥現代化的關鍵高新技術。近年來,日本、韓國及西方發達國家采用真空冷凍干燥對漢方藥(中草藥)進行改革,制備中藥超細粉體。日本不僅將我國的名貴中藥杜仲制成粉體膠囊(300 目左右,粉體中心粒徑D50~50 μm)用于醫療,而且還開發出了稱為長壽麵的杜仲麵,杜仲茶等保健品。特別將杜仲麵大量推廣,一年銷量有2 億包之巨(103 g/ 包),具有降血壓防腦卒中,腳輕手健,延緩衰老的作用。日本不產杜仲,原料均來自中國。杜仲主要產于中國四川、重慶、云南、貴州、陜西、湖北等地。

  杜仲是一種傳統名貴中藥,它是一種杜仲科藥用植物,落葉喬木,樹皮灰褐色,粗糙,連同枝、葉、根都含杜仲膠,尤其樹皮折斷拉開有許多銀白色細絲。中國古代《神農本草經》、明代李時珍著《本草綱目》均列為上品。杜仲味甘、性溫,功能補肝腎,強筋骨,安胎。即甘溫化陽,補肝腎,強筋骨,強腰膝,可治療腎虛腰痛及婦女經期腰痛,為治療腰痛之要藥;又能補肝腎,固沖任,可治療肝腎不足,沖任不固之胎動不安。現代醫藥研究,杜仲的化學成分含杜仲苷、松脂醇二葡萄苷、桃葉珊瑚苷、鞣質、黃酮類化合物以及鍺、硒等15 種無機元素,微量生物堿和維生素C 等成分。具有降血壓、擴張血管、增強免疫、鎮靜、鎮痛、抗應激、利尿、延緩衰老等作用。

  我國著名中藥企業上海雷允上藥業有限公司按衛生部頒中藥成方WS3-B-3107-98 執行標準, 開發出了強力天麻杜仲膠囊(國藥準字Z31020332),具有散淤活血,舒筋止痛,主治用于中風引起的筋脈掣痛、肢體麻木、行走不便、腰腿酸痛,頭痛頭昏等癥狀。但目前國內外杜仲粉體的制備均為一般熱干燥后粉碎,顆粒均較粗,最細中心粒徑80~120目(~200 μm)。影響使用效果與藥料的利用率。

  經近年研究表明,只有在中藥粉體的中心粒徑達到15 μm 的細度以下, 這時藥材細胞的破壁率≥95%。因此,當這種中藥超細粉體服用后,細胞內的有效成分不必再需通過細胞壁和細胞膜建立的屏障才能被給藥部位吸收,而是直接和給藥部位接觸吸收;同時,中藥超細粉體的比表面積很大,與給藥部位接觸面積大,而且其粘附性能使藥物在吸收部位的時間延長,可大大提高有效成分的吸收速度和吸收程度,從而達到速效、高效、長效的治療效果。因此開發療效更好,品種更優的中藥超細粉體新產品,形成中藥的新材料、新劑型,將具有深遠的理論和現實意義。國家科委與國家中醫藥管理局已將其列入“21 世紀中藥現代化發展戰略”之一。

  我們在以往長期從事真空冷凍干燥技術與應用的基礎上,將新鮮杜仲采用真空冷凍干燥再結合超音速氣流低溫粉碎技術,制成真空冷凍干燥超細杜仲粉體。經英國馬爾文公司Mastersizer-2000 型激光衍射儀檢測得到粉體分布曲線表明,中心粒徑高達D50=16.670 μm,部分還進入亞微米級,這在2000 倍掃描電子顯微鏡下也清晰可見。這對杜仲原始生物酶、蛋白質、氨基酸、維生素、熱敏有效成分作最大限度保留,使這種具有活性的凍干杜仲超細粉的營養價值及藥效提高,遠優于傳統的曬干、熱風干燥制備的杜仲粉,可大大提高藥料利用率及有效成分的人體吸收效果,達到用量少、見效快等效果。

1、真空冷凍干燥超細杜仲粉體的制備

  1.1、真空冷凍干燥技術在制備超細生物材料的應用特點

  真空冷凍干燥技術在超細材料科學方面的應用開始于20 世紀80 年代,主要用于制備納米級超細粉(1 nm~500 nm)。Landsbergs 和Schnettler分別用凍干技術制備了粉徑為1nm 的金屬超細粉和陶瓷微粉。至今用凍干技術制成的超細粉已應用于各種重要的高新技術領域,但該技術特別在制備的生物材料方面能保持生物活性,與維生素、熱敏有效成分,特別有利于生物工程、醫藥及現代高效中藥的開發應用。

  表1 為以往我們制備中藥天花粉作的實驗比較,證明真空冷凍干燥遠比傳統高溫干燥為優。

表1 真空冷凍干燥與傳統高溫干燥的超細天花粉的對比

真空冷凍干燥與傳統高溫干燥的超細天花粉的對比

  1.2、原料及制備工藝

  1.2.1、杜仲原料

  采用新鮮杜仲直接凍干,原料產于本公司在四川、重慶無污染基地,生產中不施用化肥農藥,符合國家綠色環保要求,達到出口標準。杜仲是一種纖維素很強的樹皮片狀物,用平常中藥制備的干燥方法,其含水量一般都>5%~8%左右。所以要將一般中藥的杜仲皮進行粉碎成超細粉,極為困難,人體也不易吸收。本發明是利用真空冷凍干燥的脫水方法,將杜仲鮮皮進行凍干脫水,將脫水后只含有極小水份(一般可達<2%以下) 組織極其疏松的杜仲皮進行超細粉碎,可獲取超細的杜仲粉。這種超細粉末的溶解性極好,鮮皮中的有效成份保留完好。經過凍干的超細杜仲粉與傳統杜仲粉對比,無論是在質量成份上,還是細度上都有無比的優勢。

  1.2.2、工藝流程及設備

  主要實施方法為真空冷凍干燥技術結合超音速氣流低溫粉碎技術,直接將新鮮杜仲制成真空冷凍干燥超細杜仲粉體。

  主要工藝流程如下:

  鮮杜仲→清洗→切段→裝盤→預凍→真空凍干→出倉→粗粉碎→低溫超細粉碎→檢測→充氮→包裝→滅菌

  真空冷凍干燥時,首先要掌握杜仲的共晶點,因為新鮮杜仲是植物片狀組織,不存在溶液組織,所以共晶點不會太低,可將制品預凍溫度降至-20 ℃左右即可。真空度調節在40 Pa~60 Pa左右。一有利于熱傳導,二有利于蒸汽壓的溢流。最高溫度控制在40 ℃~45 ℃左右,溫度太高會影響杜仲皮的原生態顏色及組織成份。

  這樣干燥后得到的杜仲片狀制品極為干燥,組織極為疏松,為超細粉打下了良好的基礎。粉碎后所得的杜仲粉,顏色為原生態色,沒有像其它干燥后的發黃、發黑的現象,并且在水中極易溶解。凍干杜仲粉片出箱后,經低溫渦流式粗粉碎與超音速氣流超細粉碎,獲得杜仲粉的超細粉體。

  中心平均粒徑≈15 μm,在環境條件為溫度<25 ℃,相對濕度<75%時,用高阻隔塑料復合膜袋真空充氮包裝,以防吸潮與氧化。

真空冷凍干燥設備示意圖

圖1 真空冷凍干燥設備示意圖

超音速氣流低溫粉碎機示意圖

圖2 超音速氣流低溫粉碎機示意圖

2、檢測及質量控制

  圖3 圖4 分別為真空冷凍干燥超細杜仲粉的細度的分布曲線, 采用英國馬爾文公司的Masterizer-200 型激光衍射儀檢測,中心粒徑已達1000 目約16.670 μm(圖3)以及2000 倍掃描電子顯微鏡照片(圖4)

  粉體顆粒大部分為微米級,部分已進入亞微米級,可大大提高藥物的生物利用率及有效成分的人體吸收效果,達到用量少、見效快的目的,優于一般熱干燥的杜仲粉(只有幾十目)。

  產品質量控制:

  (1)色澤:淺綠白,白度>80。

  (2)粉體平均細度≈16 μm。

  (3)含水量:<3%。

  (4)菌落總數:<50 cfu/g。

  這種制成的真空冷凍干燥超細全杜仲膠囊以及杜仲面,具有活性高、含量高、用量小、易吸收、見效快、易攜帶等特點,提高了杜仲的經濟和食用價值。

真空冷凍干燥超細杜仲粉細度分布曲線

圖3 真空冷凍干燥超細杜仲粉細度分布曲線

超細杜仲粉的掃描電子顯微鏡照片

圖4 超細杜仲粉的掃描電子顯微鏡照片

3、結論

  經真空冷凍干燥低溫超高速氣流工藝粉碎的杜仲,其細度可達到1000 目(中心粒徑16 μm左右),可大大提高利用率及有效成分的人體吸收效果,達到用量少、見效快等效果,優于傳統的曬干或熱風干燥制備的杜仲粉(只有幾十目)。同時還對杜仲熱敏有效成分作最大限度保留,使這種具有活性的凍干杜仲的營養價值及藥效提高。推廣杜仲面生產具有在抗衰老保健方面有很高的社會經濟效益。

  由此,中藥真空冷凍干燥超細粉體對提高中藥療效,降低毒副作用,減少服用劑量,與發展保健食品具有重要意義。因此,符合國家科委與國家中醫藥管理局將其列入“21 世紀中藥現代化發展戰略”的精神。對中藥制劑現代化以及保健品的開發具有廣闊的前景和很高的社會經濟效益。