金属球磨与陶瓷球磨法三七超微粉碎效果分析

黎莹　赵俊红　鲁忠臣　曾庆　杨小平　龚卓　周钰

【摘要】  目的  分析陶瓷及金属球磨机三七超微粉碎前后显微结构及其有效成分变化。方法  以中药三七为原料，利用陶瓷及金属球磨机进行超微粉碎，制备微米三七粉，并通过扫描电子显微镜、红外光谱等方法对其粒度、显微组织形态及其结构的表征进行研究。结果  两种球磨机超微粉碎可使中药三七粒径达到1～5m，且粉碎后三七的主要成分稳定，未被破坏。结论  两种球磨法可以对中药三七进行超微粉碎，微米化后三七有效成分保留，其中陶瓷球磨工艺最佳。

【关键词】  三七;超微粉碎;球磨法

中图分类号  TQ461    文献标识码  A    文章编号  1671-0223（2022）23--04

Ultrafine grinding effect analysis of Panax notoginseng by metal ball milling and ceramic ball milling Li Ying，Zhao Junhong， Lu Zhongchen， Zeng Qing， Yang Xiaoping ， Gong Zhuo， Zhou Yu.The Second Affiliated Hospital of Guangzhou Medical University， Guangzhou 510260，China

【Abstract】  Objective   To analyze the changes of microstructure and active components of Panax notoginseng before and after ultrafine grinding by ceramic and metal ball mill. Methods The powder of panax notoginseng was prepared by superfine grinding with ceramic ball and steel ball. The particle size， microstructure and structure of panax notoginseng were studied by scanning electronic microscopy （SEM） and infrared spectroscopy. Results  The particle size of Panax notoginseng could reach 1～5m by both ceramic ball and steel ball mill superfine grinding， and the main components of panax notoginseng remained stable after grinding.Conclusion  Two kinds of ball milling methods can be used to grind Chinese herb Panax notoginseng superfine， and the effective components of panax notoginseng can be retained after micron， and the ceramic ball milling process is the best.

【Key words】   Panax notoginseng; Superfine grinding; Method of ball mill

三七為五加科植物三七 Panax notoginseng （Burk. ）F. H. Chen 的干燥根和根茎，具有散瘀止血、消肿镇痛等功效[1]。三七经药材机粉碎后，颗粒较大，内服及外敷不容易被人体吸收[2]。近年来，超微粉碎技术在中药材粉碎中应用广泛。研究表明，药物经过超微粉碎后，粒径可达几十微米至几微米，药物有效物质溶出率提高，提高了药物的靶向性[3]，可在保证疗效的同时减少药材的用量，增强疗效，节省资源[4]，减少医疗费用支出，造福百姓。有学者提出，除了关注中药超微粉碎后的粒径大小，需要充分考虑粉碎后药物的安全性、粉碎粒度的控制、微粉稳定性等方面[4]。本研究拟在前期研究基础上，进一步优化球磨法工艺，利用金属及陶瓷球磨工艺对中药三七进行超微粉碎，并通过扫描电子显微镜、红外光谱等方法进行三七超微粉碎处理后显微组织形态及其结构的表征，分析粉碎前后三七主要有效成分的活性，考察球磨法在三七粉碎中的应用，并为后续微米三七凝胶贴片成型工艺提供前期研究基础。

1  材料与方法

1.1  药物  选用药用三七，产地云南，40头，云南鸿翔中药科技有限公司，批号：20200901。

1.2  仪器和设备  荧光分光光度计、QM-3C高速摆振球磨机（图1）、电热恒温鼓风干燥箱;Philips XL-30 FEG扫描电镜仪、药材粉碎机。

图1 球磨机和球磨罐图

1.3  三七粉碎方法

（1）三七预处理：首先将药材三七烘干，以便于后续粉碎处理。参照刘勇等[5]对三七药材干燥工艺的相关指标，将温度设定为55℃+排湿功能，时间为6～9h，晾至常温，放入粉碎机粉碎5min，使用60目筛网过筛，得粗粉样品。

（2）球磨粉碎：将粒度干燥处理后的三七粉在氩气保护下，采用QM-3C高速摆振球磨机，按照10∶1的球料比和1000rpm的转速，制备出微米三七粉。共采用两种球磨方案：①金属球磨：将三七粗粉与直径3mm的不锈钢磨球混合入球磨罐中。②陶瓷球磨：将三七粉与采用直径1.5mm和直径3mm的陶瓷磨球合入球磨罐中，两种球磨方法均抽真空，充入0.1MPa的氩气作为保护气氛，球磨半小时停机冷却半小时[6]，观察粉碎程度。

1.4  观察指标

（1）三七粉颜色和气味：金属球磨及陶瓷球磨每半小时取粉观察颜色和气味，观察三七的颜色是否仍为黄色，有无变黑碳化[6]。

（2）三七粉碎情况与粒度大小：每隔半小时将少量两种球磨所得的三七粉末粘于导电胶的样品台上，喷金后使用扫描电镜仪中观察三七粉碎情况与粒度大小。

（3）三七有效成分是否破坏：利用红外光谱分析，比较三七原始粉末及超细微粉碎处理后两者的谱带的数目[7]、吸收带的位置、谱带的形状是否有差异，初步观察三七有效成分经球磨粉碎后是否破坏。

2  结果

2.1  外观及显微结构

金属及陶瓷球磨制备微米三七粉[6]，每半小时观察三七的颜色和气味，并在显微镜下观察粒度大小变化，发现金属球磨12h、陶瓷球磨球磨10h后粉末逐渐变黑，气味变淡，可能是球磨时间过长，导致三七粉碳化所致。故取金属球磨12h，陶瓷球磨10h为最佳球磨时间。

将金属球磨12小时及陶瓷球磨10小时粉碎前后的粉末经过扫描电镜观察，可见三七经过球磨粉碎后，无颗粒、团块，颗粒分布均匀，看不到完整细胞，细胞壁被完全破坏（图2）。三七粉由大颗粒形貌转化成层片状，片层厚度不大于2m，大颗粒粒径在1～5m左右，达到微米要求[8-9]。

2.2  红外光谱分析

三七球磨前后谱带数目、形状及吸收带位置高度一致（图3），说明三七经过超微粉碎后，有效主要成分未被破坏[10]，仍保持三七药物的治疗作用。

3  讨论

中药超微粉碎技术起源于20世纪70年代，是现代化中药制剂制备技术发展而逐渐形成的物料加工技术，主要指利用外力破碎固体物质，将物料破碎成直径达微米级，甚至纳米级粉末的一种技术。常用方法有球磨法[11]、高速离心剪切式超细粉碎法[12]、化学合成法、喷雾干燥法，超音速气流粉碎机法[13]等。物料经过粉碎后，具备高溶解性、高吸附性等特点，有效成分更容易析出，在中药及其制剂领域有广泛的应用。近年来，不同学者利用超微粉碎技术对三七进行超微粉碎研究，如李壮哲等[11]利用球磨法成功得到平均粒径11.992m的微米三七粉。曾庆等[14]利用高能球磨法将三七研磨成粒径为10m，片层厚度为1.0～2.0m的层片状微米三七粉，并混合骨碎补等药物的有效成分，证明了微米中药功能衬材促进骨折愈合的有效性。周钰等[15]成功制作微米三七活血镇痛散凝胶贴片，并通过后续试验验证了微米三七活血镇痛散超声电导经皮透入治疗软组织损伤的疗效。

本研究采用金属及陶瓷高能球磨法对三七药材进行了超微细化加工，将三七粉碎至1～5m，三七粉由大颗粒形貌转化成层片状，片层厚度不大于2m，大颗粒粒径在1～5m左右。三七金属球磨12h后，陶瓷球磨10h后，粉末逐漸变黑，气味变淡，可能是球磨时间过长，导致三七粉碳化，三七有效成分损害。在超微粉碎过程中，经控制可不产生过热现象，甚至可在低温状态[11]下进行，并且粉碎速度快，有利于保留不耐高温的生物活性成分及各种营养成分，从而提高药效。用传统方法球磨加工会破坏其部分成分，而在零下67℃左右的低温和严格的净化气流条件下进行超微粉碎，能充分完整地保留有效成分，使超微粉碎后疗效发挥更加完全。与普通级别三七粉相比，三七经超微粉碎后粒径变小，三七粉的片层形貌使得其表面积增大，活性增加，对促进药物渗透有利，生物利用度显著提高，吸收效果更好，同时有效物质活性增加。植物细胞破壁率达到90%以上，细胞内有效成分可得到充分暴露[14]。由图2可见，相比较金属球磨，因陶瓷球比重轻，对能量利用率更高[16-17]，耗时更短，三七药材微米化程度更高，片层厚度更薄，粉碎较均匀，单分散性较好，相比较金属球磨工艺，陶瓷球磨过程中降低三七药材的表面温度[16]，保护了药材有效成分，更有效促进三七药材成分析出。采用钢球球磨，钢球表面粗糙，有腐蚀带存在，有许多絮凝物分布于药材表面;而采用纳米陶瓷球磨，陶瓷产品表面光滑，只有少许絮凝物分布于药材表面。由此可知，钢球与药材之间的相互作用，铁介质会腐蚀药材的表面;而采用纳米陶瓷球磨，避免了铁介质对药材表面的影响，进而改善了三七的表面性能。

药物的溶出速度与药物的颗粒比表面积成正比，而比表面积与粒径成反比。因此，药物的粒径越细，则其比表面积越大，越有助于药物有效成分的溶出。此外，中药经超微粉碎后，细胞破壁，胞内有效成分的溶出阻力减小，溶出速率增大[4]。多篇文献均报道了中药经超微处理后，体外溶出指标提高的情况，医学研究表明人体肠胃对颗粒达到最佳吸收细度为15m[3]左右，因为微米中药的颗粒达到最佳吸收细度水平，药物有效成分在胃肠道的溶解度明显增加，从而增加药物的生物利用度，加快药物起效时间。除了口服给药以外，中药局部贴敷，穴位给药与透皮吸收等传统治疗方法，也都将随着微米中药生物利用度的提高而产生新的治疗效果，发挥新的治疗作用。祝战科等[13]报道，无论是外用的贴剂，还是内服的胶囊，经超微粉碎后均可用较小剂量达到原方剂的药效。中药细胞经超微粉碎破壁后，破壁细胞中的内容物可直接接触溶媒，其有效成分可以全部直接进入被机体吸收。

红外光谱分析（infrared spectroscopy analysis）是通过分析红外电磁辐射与物质相互作用产生的波谱，是人类认识和检测物质的重要手段[18]，是国外最普遍的药品生产质控过程分析技术之一。相对于高效液相色谱法（high performance liquid chromatography，HPLC）、气相色谱法（gas chromatography，GC）等传统分析技术，红外光谱分析有前期处理简单、减少有机溶剂污染、耗时短等优点，是一种绿色环保、高效的分析技术[19]。本研究通过对比三七超微粉碎前后的红外光谱图，证明球磨粉碎后三七有效成分保留，未被破坏。微米化后的中药因不涉及对原子或分子结构层面上的干预和操作，故药物原有属性、药效特征和功能主治保持不变[20]，未来可进一步考察三七药材化学结构球磨前后对比是否有差异[21]，观察球磨粉碎是否破坏三七有效成分的化学结构[22]。

在后续的研究中，可在前期研究基础上，进一步改进球磨工艺。如有文献证明，粉碎过程中加入油酸对粉碎颗粒表面有一定程度的改性作用，同时，油酸可以作为助磨剂，在一定程度上还可以防止纳米颗粒的团聚[12];或按照以往工艺，将三七加去离子水制备浆液，砂磨机上样研磨[23];同时可进一步开展三七超微粉凝胶贴片的制作工艺研究，如为了促进外用贴剂中微米三七有效成分更好的通过皮肤吸收，改变药代动力学，可在球磨过程中加入促渗剂;亦可以进行微米三七有效成分含量分析及微米三七凝胶贴片安全性及毒性等研究，结合超声电导经皮导入技术，进一步探究微米三七粉在疼痛治疗等领域的临床应用。

4  参考文献

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[2022-06-30收稿]

基金项目：国家自然科学基金资助项目（编号：82072528，81874032）;广东省中医药管理局资助项（编号：20211246）;广州市卫生健康科技项目（编号：20201A011089）。

作者单位：510260  广东省广州市，广州医科大学附属第二医院（黎莹、赵俊红、周钰）;华南理工大学（鲁忠臣）;南方医科大学珠江医院（曾庆）;广州金域医学检验中心（杨小平）;中山医科大学（龚卓）

*通讯作者