CN100577134C - 用于植物药材的超微粉化方法、该方法所得产物及其用途 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于富含木质－纤维素的根茎类植物药材的超微粉化方法，该方法包括机械粉碎、蒸气爆碎、微生物酶酶解、深低温处理、气流粉碎及水提分离。本发明还涉及由上述方法所得到的植物药材的超微粉化的产物及其在制备中药制剂、提取和转化原料中药学有效成分、制备发酵产品的应用。

Description

用于植物药材的超微粉化方法、该方法所得产物及其用途

技术领域

本发明涉及一种用于植物药材的超微粉化方法，更确切地说，本发明涉及用于富含木质纤维素的根茎类植物药材的超微粉化方法、由该方法所得到的超微粉化产物及其在开发中药新制剂、提取和转化原料药学有效成分、制备发酵产品方面的应用。

背景技术

超微粉化技术属于材料新技术领域，是20世纪70年代初诞生的一项跨学科、跨行业的高新技术，一般是指将3mm以上的物料颗粒破碎至25μm以下的粉碎过程。材料经超微粉化过程后，变为超微粉体，由于其颗粒的比表面积增大，表面能提高，表面活性增强，表面与界面的性质发生了很大变化，致使超微粉体常常显示出与本体材料不尽相同的物理、化学性质，并在应用中表现出独特的功能特性。随着理论和实践的不断完善，超微粉化技术数十年来得到长足发展和进步，目前已在石油、化工、矿产、冶金、军工、电子、医药、生物和轻工等诸多行业，以及食品、保健品、日用化学品、化妆品、农产品、饲料、涂料、陶瓷等大量产品制造中得到了广泛应用。

在中药现代化的进程中，超微粉化技术亦日渐成为一项重要的新技术，特别是在中药饮片剂型改革方面的应用引起广泛关注。饮片是单味中药经传统炮制加工后，供中药配方的基本药材。作为主要中药原料类型之一的根茎类植物药，其传统中药饮片是被切成片状，少数制成粗粉，供配方和中药制剂生产之用，是根茎类中药材的第一次加工。由于传统中药饮片主要靠煎煮和/或浸出获得有效成分，溶出率低，废渣率高，许多有用的药学活性成分随药渣丢弃，不仅浪费了宝贵的中药资源，也造成了环境污染。颗粒中药饮片是根茎类中药材的第二次加工，主要靠机械粉碎的方法，将根茎类植物药的中药饮片粉碎成20-80目左右(粒径约200-800μm)的粉末后，加入添加剂制成颗粒状，供配方、中药生产使用。由于其对根茎类药物组织结构的破坏极不充分，仍存在溶出率偏低的问题。用其制备的口服制剂，存在着溶散时限长、吸收率不高、血药浓度不稳定等问题。近年来开始采用超微粉化技术(主要采用物理方法)获得的粒径在微米级(1-100μm)、亚微米级(0.1-1μm)的超微粉体中药饮片，是根茎类中药材的第三次加工，也是用现代制造技术进行中药材剂型改革的重大突破，其最突出的特征是省却了煎煮溶出和/或浸提步骤，将超微粉体中药饮片直接用于调配中药处方，以及配制颗粒剂、丸剂、片剂、胶囊等口服制剂(如广东一方制药有限公司已用此类方法生产出500多种中药配方颗粒)，或用作中药化学成分提取的原料。与传统中药饮片相比，超微粉体中药饮片具有如下突出优点：1)由于植物细胞破壁率显著增加，有效成分的溶出率和吸收率均显著提高，从而可减少用药量，节约了中药资源；2)中药材超微粉化后，主要以生药形式直接制备口服制剂，不仅充分保留了药学活性成分，而且无废渣产生，减少了资源浪费和环境污染；3)用于成分提取和/或发酵(生物转化)获得有效物质时，药学活性成分的得率明显提高。尽管如此，实践中发现目前用纯物理方法获得的超微粉体中药饮片——特别是富含木质纤维素的根茎类植物药的超微粉体中药饮片，仍存在下述缺点：1)根茎是药用植物中木质化最突出的药材部位之一，绝大多数根茎类植物药材的木质素、半纤维素和纤维素含量均超过干重的30％，有的甚至超过50％，具有更大的硬度和韧性，故在物理超微粉化过程中，较其它的药材部位(如种子、叶片等)发生更大的能耗和机械损耗。此外，木质纤维素的大量存在，使植物细胞的各种组织结构和亚结构受到顽强保护，对有效成分的结构阻隔作用更为明显，换句话说，纯物理超微粉化技术并未很好解决根茎类植物药材中有效成分和无关成分的分离问题。2)现有超微粉化工艺以及后续的常规口服剂型(片剂、胶囊、颗粒剂、冲剂等)制粒工艺，由于木质素和纤维素等细胞骨架结构的存在，使加工原料具有很大分散性，会产生较大的粉尘污染，一定程度上会对操作人员的身体健康造成危害，也会造成一定的环境污染。3)超微粉体中药饮片制备工艺目前仅限于物理粉碎(主要是机械和气流粉碎)，效率不高；富含木质纤维素的根茎类植物药，其产过程更是耗时耗能，所含木质素和纤维素的比例及状态明显影响着粒度的均一性和最终产品的质量控制，致使生产成本较高，从而使患者的用药成本随之提高，不利于提高广大患者的就医能力和中医药普及。4)超微粉体中药饮片直接制备的口服制剂，由于带有过去应随药渣弃去的大量木质素和纤维素成分，服用后不仅仍有结构阻隔作用影响有效成分的解离和吸收、致使肝肠首过效应和生物利用度较低，而且不被人类肠胃道消化吸收的木质素和纤维素还会通过反向吸收水分、刺激胃肠排空加快等方式进一步削弱已溶出药学活性成分的黏附和吸收，造成血药浓度不稳定，从而影响到药效发挥，最终影响了口服药物的治疗效果。

发明内容

本发明的第一个目的在于提供一种植物药材的超微粉化方法，所述植物药材为富含木质素、半纤维素或纤维素的根茎类药材。本发明的第二个目的在于提供由该超微粉化方法所得到的植物药材的超微粉化产物。本发明的第三个目的在于提供上述超微粉化产物的用途。

本发明提供的植物药材的超微粉化方法，包括下列步骤：机械粉碎、蒸气爆碎、微生物酶酶解、深低温处理、气流粉碎和水提分离。

上述的植物药材为富含木质素、半纤维素或纤维素的根茎类药材。

所述机械粉碎是将药材物理粉碎至粒径为100-200μm的细粉体。

所述蒸汽爆碎是将机械粉碎产物以水蒸汽进行闪蒸1-10min后，瞬时恢复常压状态，形成汽爆，也就是由于内部水分的突然绝热膨胀而被爆碎。

上述水蒸汽的温度为180-235℃，压力为1.5-2.8Mpa，闪蒸时间为2-3min。

所述深低温处理是将微生物酶酶解产物适当干燥后，采用以液氮为介质或以深低温冰箱为容器的深低温冻结技术，对其进行冰冻处理，使物料达到裂碎临界点，即玻璃点。

上述液氮的温度为-123℃，深低温冰箱的温度为-85℃。

所述气流粉碎是将深低温处理产物用能量粉碎方法进行粉碎，直至得到粒径为1-25μm的超微粉体。

上述能量粉碎方法为气流磨法。

所述微生物酶酶解是将蒸气爆碎产物用微生物经深层液体发酵培养后去除菌体的发酵培养液进行酶解反应。

上述微生物是白腐菌白腐菌GIM5.178-XW和绿色木霉CGMCC3.3711-XW。

所述水提分离是将气流粉碎产物用水冷浸抽提，使可溶性的药物化学成分和半纤维素成分与不溶性的木质素和纤维素进行充分分离，最终获得所需要的有效成分。

本发明还提供由上述方法所得到的植物药材的超微粉化产物。该超微粉化产物可以用于制备中药制剂、用物理方法、化学方法和/或生物方法进一步提取和/或转化药学有效成分、用微生物发酵的方法获得发酵产品，包括液态和/或固态产品。

具体制备方法如下：

1、将根茎类植物药净化后，先用切片机切成传统饮片，适当干燥后(含水量＜30％)，再用机械粉碎法(包括使用球磨机、棒磨机、管磨机，以及广义球磨机振动磨、离心球磨和行星磨等)粉碎成细粉体(平均粒径100-250μm)。

2、将所获生药细粉体在汽爆罐内实施蒸气爆碎(在高压1.5-2.8MPa、高温180-230℃的条件下进行闪蒸，作用5-10min后突然减压形成汽爆，处理后的物料膨松呈海绵状；调整物料的湿度，达到70-80％。

3、将完成汽爆和湿化的细粉体置于浅盘，在恒温室内，先后与去除菌体后的白腐菌GIM5.178-XW发酵浓缩液以及绿色木霉CGMCC3.3711-XW的发酵浓缩液充分混合，在40℃恒温下进行酶解，反应时间分别为12h。

4、将酶解完毕的细粉体适度干燥后，进行深低温冷冻。方法有二：一是将酶解粉体在液氮(-123℃)中浸没4-5次，每次2分钟，使粉体充分冻结至裂碎临界点(即“玻璃点”)。二是将酶解粉体置于深低温冰箱(-85℃)中缓慢冷冻，约60min，使粉体充分冻结至裂碎临界点(“玻璃点”)。

5、将处于裂碎临界点的冻结粉体投入气流粉碎机(包括使用圆盘式气流磨、循环管式气流磨、对喷式气流磨、流化床对喷式气流磨和靶式气流磨等)，借助气流的高速撞击运动，将物料粉碎至微米级的超微粉体(平均粒径1-25μm)。

6、气流粉碎后的超微粉体，加入5倍的无菌水浸提40分钟，然后对浸提液进行离心，3500r/min，15min，分离可溶的化学成分和不溶的木质素及纤维素。

7、可溶部分用高压蒸汽(110℃，98KPa，20min)，消除杂菌并进行酶灭活。适当浓缩，作为继续提取、纯化或发酵的原料，或干燥(冷冻、喷雾、真空、烘干)处理，成为超微粉体中药饮片。

有益效果

本发明提供的一种适用于富含木质纤维素根茎类植物药超微粉碎的新技术路线。在机械粉碎对植物纤维细胞组织结构充分破坏的基础上，通过蒸气爆碎，进一步消除半纤维素的结构黏结作用和破坏木质-纤维素形成的网格骨架，使物料的可酶解率明显提高；通过微生物酶酶解，明显减少细粉体中木质素和纤维素含量，破坏其残余网格骨架，进一步增加有效成分的溶出效率；通过反复深低温冷冻的方法，增加细粉体的刚性和脆度，增强其分散性，减少粉碎时间和强度，从而节约能耗、降低污染；通过进一步气流粉碎，获得纯度极高、粒度均衡、界面清洁的高质量超微粉体；通过水提分离，区分有效成分和无关成分，以达到最终获得有效成分含量高、吸收速度快、生物利用度好的高质量中药口服制剂的目的。

适合应用本发明所述方法制备超微粉体中药饮片的植物药，其选择依据有两条：①根茎类植物药；②结构中木质素、半纤维素和纤维素含量超过干重的20％。包括：甘草、人参、柴胡、桔梗、远志；进一步地，还包括三七、土茯苓、大黄、山药、川芎、川骨、丹参、升麻、天麻、天门冬、木香、牛膝、生姜、白术、白芨、石斛、地骨皮、何首乌、沙参、芍药、防己、知母、虎杖、前胡、苦参、乌药、茯苓、地黄、黄柏、黄芩、黄芪、黄连、黄精、葛根、泽泻、独活、猪苓、山豆根、板兰根；更进一步地，还包括万年青、羊蹄菜、龙胆草、竹节人参、甘松、茜草、菖蒲、郁金、白芷、延胡索、苍术、贝母、百部。

本发明所涉及的超微粉体中药饮片，与目前单纯用物理方法(机械或气流粉碎)所获得的超微粉体中药饮片相比，具有以下有益效果：

1、本发明所涉及用于根茎类植物药的机械粉碎方法(本发明采用球磨粉碎法)，只需将充分干燥(湿度＜30％)的传统中药饮片快速粉碎成平均粒径100-250μm(60-200目)的细粉体，对颗粒的均匀性要求不高。耗时短，能耗低，粉尘少，对工作人员和环境危害小；只要适于粉碎富含木质纤维索物料的机械粉碎方法和设备均可应用，故普适性和经济性好。

2、本发明所涉及用于根茎类植物药的蒸气爆碎方法，通过高温高压闪蒸的外力解聚作用和瞬间减压汽爆喷放的机械破坏作用，使富含木质纤维素的生药细粉体中的木质素软化和部分解聚；半纤维素充分暴露并迅速降解成可溶性糖；纤维素网格结构的连接强度被大大削弱，细胞壁大量破碎，内表面充分暴露，比表面积增加，可酶解率明显提高；其综合效果使原料中木质素和纤维素的可解离性大大提高。同时，闪蒸和汽爆的瞬时性，亦保证了原料中生物活性成分不被明显破坏。

3、本发明所涉及用于根茎类植物药细粉体的酶水解过程，系用含有降解木质素主要酶系的白腐真菌(本发明用GIM5.178-XW)和高产半纤维素酶、纤维素酶的绿色木霉(本发明用CGMCC3.3711-XW)之发酵浓缩液，在恒温室内的浅盘上定时酶解完成。通过蒸气爆碎基础上的酶水解，物料中的木质素、半纤维素、纤维素被进一步降解，木质纤维素结构进一步破坏，细胞内外成分被进一步解离，有效生物活性物质得到更加充分的释放。同时，被降解的半纤维素和部分木质素、纤维素成为可溶的、可被人体吸收和/或利用的单糖、二糖、低聚糖和多糖等有益物质。

4、本发明所涉及用于根茎类植物药的深低温冷冻方法，系将低温冻结技术应用于根茎类植物药的超微粉化处理。根据物料特性，将已酶解的超细粉体低温冻结至裂碎临界点(“玻璃点”)，增加其分散性和易碎性，为后续的能量粉碎简化制备工艺，缩短运行时间，节省降温能耗，特别是明显有利于降低设备损耗和保护原料中的生物活性成分。

5、本发明所涉及用于富含木质纤维素根茎类植物药的能量粉碎方法(本发明采用高速气流粉碎方法)，系将能量粉碎技术与低温冻结技术相结合的新工艺，即把已低温冻结至裂碎临界点的生药细粉体送入气流粉碎机中，借助气流的高速撞击将冻结物料迅速粉碎成平均粒径1-25μm(500-12500目)的超微粉体。与常规气流粉碎工艺比较，新工艺具有耗时短，能耗低，纯度高，界面清洁，设备损耗小，易于大批量生产并能有效保护原料中生物活性成分等优点。

6、本发明涉及的超微粉化方法所得产物——富含木质纤维素根茎类植物药的超微粉体中药饮片在应用方面的有益效果：

1)用于直接制备中药口服制剂时，首先，由于上述超微粉化方法，原料中大量的木质纤维素成分被降解，其对有效成分从原料中解离和溶出的结构阻隔作用被明显消除，与等量的传统饮片、颗粒中药饮片以及单纯机械方法制备的超微粉体中药饮片比较，有效成分的溶出率大大提高(见实施例1)，即意味着疗效提高；其次，有效成分的增加，使废渣产生率减少，不仅减少了污染，而且原料利用率明显提高，节约了原料资源，无关成分的减少也意味着副作用的减少；再次，高度分解使有效成分得以以分子、胶体或微晶状态存在于分散剂或赋形剂中，药物总表面积增大，溶解和吸收速度加快，从原料中充分解离的活性成分具有两极性，使其更利于肠道黏附和吸收，从而提高了生物利用度，能够发挥高效、速效作用。

2)用于提取或纯化有效成分时，由于前述处理已大大增加了中药原料有效成分的溶出率，以及充分破坏了木质纤维素的结构阻隔作用，故可使进一步的分离、提取工艺和步骤变得简单，成本降低，有效成分的得率和纯度均能够显著提高(见实施例2)，从而进一步加强原料中药的疗效和效益。

3)用作发酵底物生物转化生成新药时，与机械粉碎超微粉体发酵产物比较，本发明可使中药原料中有效成分极为明显增加(见实施例3)。

附图说明

图1为本发明植物药材超微粉化流程图。

具体实施方式

实施例1：本发明对柴胡总皂甙的溶出率的影响

不同处理方法对生药柴胡中柴胡总皂甙溶出含量影响的比较实验按以下方法进行：

首先对柴胡作如下处理：将柴胡净化后，切片机切成传统饮片，适当干燥后再用球磨机粉碎成细粉体(平均粒径100-250μm)；将所获生药细粉体在汽爆罐内实施蒸气爆碎(在高压2.2MPa，180℃的条件下进行闪蒸，作用5min后突然减压形成汽爆)，处理后的物料膨松呈海绵状，并进一步调整物料的湿度，达到70-80％；将完成湿化的柴胡超细粉体置于浅盘，在恒温室内，先后与去除菌体后的白腐菌GIM5.178-XW发酵浓缩液和绿色木霉CGMCC3.3711-XW的发酵浓缩液充分混合，在40℃恒温下进行酶解，反应时间分别为12h；将酶解完毕的细粉体适度干燥后，将酶解粉体在液氮(-123℃)中浸没4次，每次2分钟，使粉体充分冻结至裂碎临界点(即“玻璃点”)；将处于裂碎临界点的冻结粉体投入气流粉碎机，粉碎至微米级的超微粉体(平均粒径1-25μm)，获得酶解后柴胡微粉体。

在处理过程中的每一步，分别精确称取柴胡传统饮片(2份)、颗粒饮片、超微饮片(仅物理粉碎)、汽爆后超微粉体、酶解后超微粉体各1000g，采用薄层色谱法测量柴胡总皂甙，检测方法参照《中华人民共和国药典》2005年版中规定的方法进行，比较不同生药处理方法对柴胡总皂甙溶出含量的影响。

不同生药处理方法对柴胡总皂甙溶出含量的影响/g·1000g^-1

实施例2：葛根总黄酮的提取率(与葛根醇浸液、葛根水浸液提取比较)不同处理方法对生药葛根中葛根总黄酮溶出含量影响的比较实验按以下方法进行：

将葛根净化后切成传统饮片，干燥后再用球磨机粉碎成细粉体(平均粒径100-250μm)，再在汽爆罐内实施蒸气爆碎(在高压2.2MPa，180℃的条件下进行闪蒸，作用5min后突然减压形成汽爆)，处理后的物料膨松呈海绵状，并调整物料湿度，达到70-80％；进一步气曝后的葛根粉置于浅盘，将先后与去除菌体后的白腐菌GIM5.178-XW发酵浓缩液和绿色木霉CGMCC3.3711-XW的发酵浓缩液充分混合，在40℃恒温下进行酶解，反应时间分别为12h；将酶解完毕的原料适度干燥后，在液氮(-123℃)中浸没4次，每次2分钟，使粉体充分冻结至裂碎临界点，而后投入气流粉碎机，获得粉碎至微米级的葛根超微粉体(平均粒径1-25μm)。在处理过程中的每一步，分别精确称取葛根传统饮片(2份)、颗粒饮片、超微饮片(仅物理粉碎)、汽爆后超微粉体、酶解后超微粉体各1000g备检。

然后以葛根素标准品为对照，采用紫外分光光度法测量葛根总黄酮，具体方法为：精确称取0.5g葛根粉末(过80目筛)，加70％乙醇溶液100ml，放入索式抽提器中。在85℃下提取8小时，用真空泵过滤，收集滤液，在旋转蒸发仪上蒸干，用95％乙醇定容，按标准曲线的制定方法进行检测，测得野葛中总黄酮含量为7.68％。随后采用70％的乙醇浓度、7倍的溶剂量、2小时的提取时间及提取次数为4次统一检测方法，分别对葛根传统饮片、颗粒饮片、超微饮片(仅物理粉碎)、汽爆后超微粉体和酶解后超微粉体计算其提取率。

不同生药处理方法对葛根总黄酮提取率的影响(％)

实施例3：甘草酸发酵后甘草次酸转化率(与物理粉碎超微粉体发酵比较)不同处理方法对甘草酸发酵后甘草次酸转化率的影响比较实验分三个步骤：首先对甘草进行前处理获得检测样品，其次对检测样品进行发酵，最后用高效液相方法检测甘草酸及甘草次酸，计算转化率。

将甘草净化后切成传统饮片，干燥，再用球磨机粉碎成细粉体(平均粒径100-250μm)，再在汽爆罐内实施蒸气爆碎(在高压2.2MPa，180℃的条件下进行闪蒸，作用5min后突然减压形成汽爆)，并调整物料湿度，达到70-80％；将进一步气曝后的甘草粉置于浅盘，先后与去除菌体后的白腐菌GIM5.178-XW和绿色木霉CGMCC3.3711-XW发酵浓缩液充分混合，40℃恒温酶解，反应时间分别为12h；将酶解完毕的原料适度干燥后，在液氮(-123℃)中浸没4次，每次2分钟，而后投入气流粉碎机，获得粉碎至微米级的甘草超微粉体(平均粒径1-25μm)。在处理过程中，分别精确称取超微饮片(仅物理粉碎)、酶解后超微粉体各1000g备用。

对超微饮片和酶解后的微粉体样品，以至少一种含有葡萄糖醛酸酶的乳杆菌发酵，例如乳杆菌属(Lactobacillus)的一个品系，厌氧环境，37℃，搅拌发酵18h后获得的发酵液。除了至少使用一种乳杆菌发酵以外，还可借由含葡萄糖醛酸酶的其它微生物进行。甘草酸与甘草次酸的检测方法参照《中华人民共和国药典》2005年版中规定的方法进行检测，依据药典规定的高效液相色谱法测量甘草酸和甘草次酸，比较两种不同生药处理方法对甘草次酸转化率的影响。

不同生药处理方法对甘草次酸转化率的影响(％)

Claims (17)

1、植物药材的超微粉化方法，包括下列步骤：机械粉碎、蒸气爆碎、微生物酶酶解、深低温处理、气流粉碎和水提分离。

2、权利要求1的方法，其中所述植物药材为根茎类药材。

3、权利要求2的方法，其中所述根茎类药材为富含木质素、半纤维素和纤维素的根茎类药材。

4、权利要求1的方法，其中所述机械粉碎是将所述药材用物理的方法进行粉碎，直至得到粒径为100-200μm的细粉体。

5、权利要求1的方法，其中所述蒸气爆碎是将机械粉碎产物以高压水蒸汽进行闪蒸1-10min后，瞬时恢复常压状态，形成汽爆，也就是由于内部水分的突然绝热膨胀而被爆碎。

6、权利要求5的方法，其中所述水蒸汽的温度为180-235℃，压力为1.5-2.8Mpa，闪蒸时间为2-3min。

7、权利要求1的方法，其中所述深低温处理是将微生物酶酶解产物适当干燥后，采用以液氮为介质或以深低温冰箱为容器的深低温冻结技术，对其进行冰冻处理，使物料达到裂碎临界点，即玻璃点。

8、权利要求7的方法，其中所述液氮的温度为-123℃，所述深低温冰箱的温度为-85℃。

9、权利要求1的方法，其中所述气流粉碎是将深低温处理产物用能量的方法进行粉碎，直至得到粒径为1-25μm的超微粉体。

10、权利要求9的方法，其中所述能量粉碎方法为气流磨法。

11、权利要求1的方法，其中所述微生物酶酶解是将蒸气爆碎产物用微生物经深层液体发酵培养后去除菌体的发酵培养液进行酶解反应。

12、权利要求11的方法，其中所述微生物是白腐菌GIM5.178-XW和绿色木霉CGMCC3.3711-XW。

13、权利要求1的方法，其中所述水提分离是将气流粉碎产物用水冷浸抽提，使可溶性的药物化学成分和半纤维素成分与不溶性的木质素和纤维素进行充分分离，最终获得所需要的有效成分。

14、由权利要求1的方法所得到的植物药材的超微粉化产物。

15、权利要求14的植物药材的超微粉化产物的用途，用于制备中药制剂。

16、权利要求14的植物药材的超微粉化产物的用途，用于用物理方法、化学方法和/或生物方法进一步提取和/或转化药学有效成分。

17、权利要求14的植物药材的超微粉化产物的用途，用于用微生物发酵的方法获得发酵产品，包括液态和/或固态产品。

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