中药研磨装置的进展研究

宋征宇

【摘 要】从机械式超微粉碎设备与气流式的超微粉碎设备的比较入手，阐述了超微粉碎机组的原理与特点，简单地介绍了这些设备的选择，同时对其在中药生产中的应用进行了探讨。并结合实例从设备本身与被粉碎物料两方面谈了其选择。

【关键词】中药;粉碎设备;选择

1.中药研磨历史

古代没有现在的高科技，中医碾碎中药需要牙嚼石砸，费劲且容易中毒，非常不安全。后来出现了药碾子，学名惠夷槽。之后各地的中医碾药都开始流行这种碾药工具。铁制的药碾子在碾药过程中不可避免地会污染医药配方，影响医治效果。古人想到了石头这种材质，石材尤其是坚硬的花岗岩，耐磨抗风化，用其制作成了石头药碾子。由于其重量大，比起铁器在摆放使用中稳定性更高，古时战争频起，金属材质的东西容易被收走充军，而石材随地都是，在当时的铸造工艺成本对比下石头制作的石雕药碾子性价比极高，古中医逐渐普遍开始使用石质药碾子，而现代的中医药碾子则大部分作为摆件观赏使用。当今，中药的粉碎有了新方法。

常规的万能粉碎机的粉碎细度一般在40～120目，温升80℃以上。粉碎细度越小，温度上升越高。显然，这不适合营养成分或药用成分属于挥发性或热敏性成分的药材。以往粉碎机缺少集尘装置，粉尘污染严重，高浓度粉尘存在引发爆炸的安全隐患。现在的粉碎机大多选用自带集尘机组，为满足保留贵重药用成分的要求，低温粉碎或超低温粉碎机应运而生。

2.超微粉碎的出现

2.1超微粉碎中药的优点

（1）节约药材、节省药费。据悉，微粉中药的用药量一般都只有目前临床处方常用量的1/3，有的甚至可以达到1/5。微粉中药与湯药头煎30%、二煎15%、三煎不到5%的利用率相比，可谓高效率。超微粉碎可减少药材量30%～80%，缩小用药体积50%～70%，达到了节约药材、节省医疗费用、提高疗效、携带服用方便等目的（2）显著提高疗效。传统粉碎中药吸附在肠壁上的药物粒子较粗，其中一部分药物粒子的有效成分在未完全释放出来之前就被排出体外，药物的生物利用度较低。而微粉中药则粘附肠壁时间长，形成药物在肠壁较高的浓度差，促进药物在体内的吸收，增加血药浓度，其疗效和药材的利用率大大提高。（3）可改变口服中药制剂的外观，方便服用。长期以来无论丸剂还是片剂胶囊，给患者的印象是粗、大、多，其原因一是提取物含量低、用量多;二是药材细度大、用量多、体积大。因此，采用微粉药材和高含量的提取物是提高疗效、减少剂量、方便服用的关键。

2.2超微粉体指标

经超微粉碎后的中药使用效果提高、被吸收速率加快、药物产生疗效快以及药物利用率大大提高等等，这些依托于现代超微粉体的技术和装备。就目前此类装备市场而言，冠以“超微”之名的设备有很多，但真正能加工物质到超微尺寸的设备却不多。

超微粉体技术是近几十年发展起来的，市场对超微粉碎设备是无严格定义，这主要是对“超微粉”尺寸定义混乱而引起的。根据我国目前超细粉体现状及国情，一般把粒径100%小于30μm（约460目）的粉体为超细粉体。其中超细粉体通常又分为微米级、亚微米级和纳米级。即设备能冠名超微粉碎设备，至少要达到此粒径定义下的粉碎指标。

3.干式超微粉碎

虽然用于中药材干式超微粉碎的设备品种众多，大部分是（高速的机械粉碎+分级）型和（气流粉碎+分级）型，设备在粉碎过程中产生污染和粉尘、因温度的上升而影响药物化学和物理性能、以及粉碎后粉体能精确及时地分离并收集等。这些问题与制备设备关系密切，是考察设备能否满足相应工艺要求和GMP规范的关键。

对（高速的机械粉碎+分级）型来说，所存在问题的探讨它是通过机械零件或介质的高速运动对原药材粉体施加冲击、剪切等外力来达到粉碎，再通过适当分级机构循环而达到超微粉碎的目的。机械超微粉碎设备的特点是简捷方便，适用进料粒径范围大。但存在问题是：（1）物料粉碎过程不易受力，由于中药材中大多数是植物，其种类与性质不一，有相当部分物料富含纤维且比重较轻，在粉碎机械之中不易受到机械力的作用，从而使粉碎效果差或粉碎时间长。（2）物料粉碎过程温度过高，因为中药材多数具有活性成分，在粉碎处理当中，对温度有较高的要求，机械粉碎高转速所带来的冲击力，往往造成温度过高，药材失效。一般来说，高速运动机械粉碎越细，其转速越高，产生腔室热量过高。（3）不能达到真正的破壁效果，由于中药材的细胞直径一般在 10-50μm 之间，一部分达到 70μm，所以粉碎到 300 目时，仅有部分细胞开始破壁。而带干式分级的机械超微粉碎设备最终的粉碎细度最高也只有30μm 左右，要达到以提高药效为目的的破壁应将细度底线设定到 500 目以上（等比直径 25μm 以下）比较合适，而现在的一般性超微粉碎机对于中药材都很难达到这一要求。（4）不溶性微粒的超标，其粉碎得越细零件磨损越严重，磨损微粒产生的不溶性异物将直接影响药品质量。

简单来说机械超微粉碎设备的特点是方便简捷，适用进料粒径范围大。其缺点是粉碎得越细零件磨损越严重，因磨损产生的不溶性异物将直接影响药品质量，加上带分级的机械超微粉碎设备最终加工的微粒细度最高也只有20μm，难以满足工艺高要求。而且对有粘度、易热敏物料不适用，如果用其加工蜂花粉的破壁就更加不理想。

对（气流粉碎+分级型）来说，所存在问题的探讨气流粉碎机是通过高速气流将粉体颗粒加速，并使高速运动的粒子相互碰撞、相互摩擦及瞬间破裂来达到粉碎，再通过适当分级机构循环而达到超微粉碎的目的。粉碎力大，细度高，无污染和极微磨损，适用于高纯度、高硬度及有一定粘度的中药材超微粉碎，同时药材粉体在气流膨胀状况粉碎，不会升温，不易改变药物本身化学性质。可以用于热敏性、低熔点、含糖分及易挥发的中药材超微粉碎。但其也存在问题：组成气流粉碎装置的附加装置较多，成本较高。相对而言，能耗大，占地面积大，运行成本相对较高。对适用进料粒径的范围有要求，一般要求为60～120目。

4.重压研磨式超微粉碎机

4.1重压研磨式超微粉碎机结构介绍

自2004年开始，研发出HMB型重压研磨式超微粉碎机，如图1所示。由下列零部件组成：1.投料口与进风口合一装置，可以依靠风量调节进料速度，相应控制出料细度;2.分风装置，调节研磨槽内的空气流动方式，也相应影响出料速度;3.研磨槽，研磨与风选均在槽中进行;4.清理口，用于清理;5.清理口弹簧塞，锁紧清理口，以确保机器运行时不漏粉;6.机器上盖;7.上盖锁紧螺栓;8.出料口，此处外接粉体分离集尘机构，可利用风动力作用，使达到细度的粉体从这里分选出来，且由于集尘机构的不同可做到多层集尘;9.压力装置，调整研轮达到一定位置，以对物料产生最佳压力;10.压力杆锁紧装置，起到使达到压力后固定研轮位置的作用;11.风选机构，产生风量，一则选择合格细度粉体，二则带走研磨槽内的热量。

重压研磨式超微粉碎机的粉碎腔室由二个以上压轮与研磨槽组成（见图2），机构采用特殊计算与设计，使得压力可随时传递到物料上，而压轮的压力采用螺旋压力机构，可保证压轮旋转均匀和压力一致。当物料由风机风力吸入粉碎腔室时，在压轮旋转压力作用下，物料在压轮与研磨槽之间发生碰撞、冲击与研磨，又在物料离心力及压轮旋转力场带动下，物料反复进入压轮与研磨槽之间而被反复挤压与研磨细化。可以说，其超微过程是物料受到反复挤压研磨作用而被超微化的。可以说，此时达到超微指标的粉体已有90%，这里风选只是最终对粉体的筛选和检验，并不像其它干級分级装置有多次循环返回作用。

4.2重压研磨式超微粉碎机与其它形式超微粉碎机的区别

重压研磨式压轮旋转速度较慢（285r），而其它机械式超微粉碎机的粉碎运动均高速，这样重压研磨式的零件磨损极微，不会产生大量热量。其它形式超微粉碎机的超微粉碎机理虽为冲击、剪切、碰撞、破裂等，但超微还是靠干式分级轮的反复循环达到。而重压研磨式既具备了其它形式超微粉碎机的碰撞、冲击等机理，还具备了反复挤压研磨的机理，特适用有纤维的物料，它的风选只是最终筛选，而不是为了循环粉碎。重压研磨式与其它形式超微粉碎机相比，设备运行费用低、设备投资低、整套装置占地面积小。

重压研磨式粉碎机是连续生产设计。由于压力方式的原因，绝大多数物料一次粉碎的效果都已经很高，而且耗电量很小。2005年1月对15Hp（主机11kW，风机1.5kW）超微粉碎机的测试中，每小时产量达到30kg（投料细度120目，出料细度为6.5μm，接近2000目），使用时电流表指示为约6A，就是说此条件下粉碎1kg超微粉仅耗电0.1度，不过这个数值应该说是比较理想的，它会受到投料细度、机器型号以及物料情况而改变，但在所有其他的测量之中，该系列粉碎机用于植物类物料的粉碎耗电均是同类产品中最低的。

5.振动研磨法

振动粉碎是随着材料工业的发展而迅速发展起来的一门新技术，通过粉碎可使普通物体细化，且在不改变其化学性质下，使物质的表面性能和界面性能发生变化，达到更佳的使用果。振动粉磨是一种用于物料的细粉及超细粉生产的机械粉磨设备，有单筒式、双筒式和三式三种结构型式。振动磨是利用圆筒的高频振动，筒内充填研磨介质钢球、钢棒和待粉磨物料，筒中的钢球或钢棒介质依靠惯性力冲击物料使物料粉碎。因振动磨结构紧凑、体积小、重量轻、能耗低、磨粉粒度集中、生产效率高、衬板介质磨损小、无粉尘溢散等突出优点，在超细磨领域占据明显的优势，广泛地应用于非金属磨矿、选矿、石墨、冶金、化工、医药、建材及食品等领域。

6.结语

中药研磨装置，在不同的时代由于技术的发展，装置也会发生变化。不同装置都有其优势，但是也有其局限性。古代使用的药碾子，技术门槛低，操作简单，但是研磨效果不佳。近代以来，装置逐渐升级，效率提高，粉碎效果显著提升，药粉颗粒已经向超微发展，同时也出现了新的问题。有的装置在粉碎过程中温度过高，会导致药物成分改变。有的成本过高，不利于普及。我们需要充分了解装置，才能在制药的过程中选择最适合的装置。有的放矢地去研究和开发此类设备以求最大程度提高药材利用率。总之，中药粉碎应根据以下几点要素来选择相应的粉碎机：1.物料的性质2.物料的产量3.制药工艺细度要求4.物料的中药成品价值5.物料的中药成品的社会效益6.粉碎成本。根据以上六点要素来选择粉碎设备，保质保量完成粉碎任务，以最小的成本来得到最大的经济效益和社会效益。

参考文献：

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基金项目：

四川省大学生创新创业训练计划项目（S201910634038）

（作者单位：川北医学院）