金屬球磨與陶瓷球磨法三七超微粉碎效果分析

黎瑩　趙俊紅　魯忠臣　曾慶　楊小平　龔卓　周鈺

【摘要】? 目的? 分析陶瓷及金屬球磨機(jī)三七超微粉碎前后顯微結(jié)構(gòu)及其有效成分變化。方法? 以中藥三七為原料，利用陶瓷及金屬球磨機(jī)進(jìn)行超微粉碎，制備微米三七粉，并通過掃描電子顯微鏡、紅外光譜等方法對其粒度、顯微組織形態(tài)及其結(jié)構(gòu)的表征進(jìn)行研究。結(jié)果? 兩種球磨機(jī)超微粉碎可使中藥三七粒徑達(dá)到1～5m，且粉碎后三七的主要成分穩(wěn)定，未被破壞。結(jié)論? 兩種球磨法可以對中藥三七進(jìn)行超微粉碎，微米化后三七有效成分保留，其中陶瓷球磨工藝最佳。

【關(guān)鍵詞】? 三七;超微粉碎;球磨法

中圖分類號(hào)? TQ461? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼? A? ? 文章編號(hào)? 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 的干燥根和根莖，具有散瘀止血、消腫鎮(zhèn)痛等功效[1]。三七經(jīng)藥材機(jī)粉碎后，顆粒較大，內(nèi)服及外敷不容易被人體吸收[2]。近年來，超微粉碎技術(shù)在中藥材粉碎中應(yīng)用廣泛。研究表明，藥物經(jīng)過超微粉碎后，粒徑可達(dá)幾十微米至幾微米，藥物有效物質(zhì)溶出率提高，提高了藥物的靶向性[3]，可在保證療效的同時(shí)減少藥材的用量，增強(qiáng)療效，節(jié)省資源[4]，減少醫(yī)療費(fèi)用支出，造福百姓。有學(xué)者提出，除了關(guān)注中藥超微粉碎后的粒徑大小，需要充分考慮粉碎后藥物的安全性、粉碎粒度的控制、微粉穩(wěn)定性等方面[4]。本研究擬在前期研究基礎(chǔ)上，進(jìn)一步優(yōu)化球磨法工藝，利用金屬及陶瓷球磨工藝對中藥三七進(jìn)行超微粉碎，并通過掃描電子顯微鏡、紅外光譜等方法進(jìn)行三七超微粉碎處理后顯微組織形態(tài)及其結(jié)構(gòu)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應(yīng)用，并為后續(xù)微米三七凝膠貼片成型工藝提供前期研究基礎(chǔ)。

1? 材料與方法

1.1? 藥物? 選用藥用三七，產(chǎn)地云南，40頭，云南鴻翔中藥科技有限公司，批號(hào)：20200901。

1.2? 儀器和設(shè)備? 熒光分光光度計(jì)、QM-3C高速擺振球磨機(jī)（圖1）、電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱;Philips XL-30 FEG掃描電鏡儀、藥材粉碎機(jī)。

圖1 球磨機(jī)和球磨罐圖

1.3? 三七粉碎方法

（1）三七預(yù)處理：首先將藥材三七烘干，以便于后續(xù)粉碎處理。參照劉勇等[5]對三七藥材干燥工藝的相關(guān)指標(biāo)，將溫度設(shè)定為55℃+排濕功能，時(shí)間為6～9h，晾至常溫，放入粉碎機(jī)粉碎5min，使用60目篩網(wǎng)過篩，得粗粉樣品。

（2）球磨粉碎：將粒度干燥處理后的三七粉在氬氣保護(hù)下，采用QM-3C高速擺振球磨機(jī)，按照10∶1的球料比和1000rpm的轉(zhuǎn)速，制備出微米三七粉。共采用兩種球磨方案：①金屬球磨：將三七粗粉與直徑3mm的不銹鋼磨球混合入球磨罐中。②陶瓷球磨：將三七粉與采用直徑1.5mm和直徑3mm的陶瓷磨球合入球磨罐中，兩種球磨方法均抽真空，充入0.1MPa的氬氣作為保護(hù)氣氛，球磨半小時(shí)停機(jī)冷卻半小時(shí)[6]，觀察粉碎程度。

1.4? 觀察指標(biāo)

（1）三七粉顏色和氣味：金屬球磨及陶瓷球磨每半小時(shí)取粉觀察顏色和氣味，觀察三七的顏色是否仍為黃色，有無變黑碳化[6]。

（2）三七粉碎情況與粒度大?。好扛舭胄r(shí)將少量兩種球磨所得的三七粉末粘于導(dǎo)電膠的樣品臺(tái)上，噴金后使用掃描電鏡儀中觀察三七粉碎情況與粒度大小。

（3）三七有效成分是否破壞：利用紅外光譜分析，比較三七原始粉末及超細(xì)微粉碎處理后兩者的譜帶的數(shù)目[7]、吸收帶的位置、譜帶的形狀是否有差異，初步觀察三七有效成分經(jīng)球磨粉碎后是否破壞。

2? 結(jié)果

2.1? 外觀及顯微結(jié)構(gòu)

金屬及陶瓷球磨制備微米三七粉[6]，每半小時(shí)觀察三七的顏色和氣味，并在顯微鏡下觀察粒度大小變化，發(fā)現(xiàn)金屬球磨12h、陶瓷球磨球磨10h后粉末逐漸變黑，氣味變淡，可能是球磨時(shí)間過長，導(dǎo)致三七粉碳化所致。故取金屬球磨12h，陶瓷球磨10h為最佳球磨時(shí)間。

將金屬球磨12小時(shí)及陶瓷球磨10小時(shí)粉碎前后的粉末經(jīng)過掃描電鏡觀察，可見三七經(jīng)過球磨粉碎后，無顆粒、團(tuán)塊，顆粒分布均勻，看不到完整細(xì)胞，細(xì)胞壁被完全破壞（圖2）。三七粉由大顆粒形貌轉(zhuǎn)化成層片狀，片層厚度不大于2m，大顆粒粒徑在1～5m左右，達(dá)到微米要求[8-9]。

2.2? 紅外光譜分析

三七球磨前后譜帶數(shù)目、形狀及吸收帶位置高度一致（圖3），說明三七經(jīng)過超微粉碎后，有效主要成分未被破壞[10]，仍保持三七藥物的治療作用。

3? 討論

中藥超微粉碎技術(shù)起源于20世紀(jì)70年代，是現(xiàn)代化中藥制劑制備技術(shù)發(fā)展而逐漸形成的物料加工技術(shù)，主要指利用外力破碎固體物質(zhì)，將物料破碎成直徑達(dá)微米級(jí)，甚至納米級(jí)粉末的一種技術(shù)。常用方法有球磨法[11]、高速離心剪切式超細(xì)粉碎法[12]、化學(xué)合成法、噴霧干燥法，超音速氣流粉碎機(jī)法[13]等。物料經(jīng)過粉碎后，具備高溶解性、高吸附性等特點(diǎn)，有效成分更容易析出，在中藥及其制劑領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用。近年來，不同學(xué)者利用超微粉碎技術(shù)對三七進(jìn)行超微粉碎研究，如李壯哲等[11]利用球磨法成功得到平均粒徑11.992m的微米三七粉。曾慶等[14]利用高能球磨法將三七研磨成粒徑為10m，片層厚度為1.0～2.0m的層片狀微米三七粉，并混合骨碎補(bǔ)等藥物的有效成分，證明了微米中藥功能襯材促進(jìn)骨折愈合的有效性。周鈺等[15]成功制作微米三七活血鎮(zhèn)痛散凝膠貼片，并通過后續(xù)試驗(yàn)驗(yàn)證了微米三七活血鎮(zhèn)痛散超聲電導(dǎo)經(jīng)皮透入治療軟組織損傷的療效。

本研究采用金屬及陶瓷高能球磨法對三七藥材進(jìn)行了超微細(xì)化加工，將三七粉碎至1～5m，三七粉由大顆粒形貌轉(zhuǎn)化成層片狀，片層厚度不大于2m，大顆粒粒徑在1～5m左右。三七金屬球磨12h后，陶瓷球磨10h后，粉末逐漸變黑，氣味變淡，可能是球磨時(shí)間過長，導(dǎo)致三七粉碳化，三七有效成分損害。在超微粉碎過程中，經(jīng)控制可不產(chǎn)生過熱現(xiàn)象，甚至可在低溫狀態(tài)[11]下進(jìn)行，并且粉碎速度快，有利于保留不耐高溫的生物活性成分及各種營養(yǎng)成分，從而提高藥效。用傳統(tǒng)方法球磨加工會(huì)破壞其部分成分，而在零下67℃左右的低溫和嚴(yán)格的凈化氣流條件下進(jìn)行超微粉碎，能充分完整地保留有效成分，使超微粉碎后療效發(fā)揮更加完全。與普通級(jí)別三七粉相比，三七經(jīng)超微粉碎后粒徑變小，三七粉的片層形貌使得其表面積增大，活性增加，對促進(jìn)藥物滲透有利，生物利用度顯著提高，吸收效果更好，同時(shí)有效物質(zhì)活性增加。植物細(xì)胞破壁率達(dá)到90%以上，細(xì)胞內(nèi)有效成分可得到充分暴露[14]。由圖2可見，相比較金屬球磨，因陶瓷球比重輕，對能量利用率更高[16-17]，耗時(shí)更短，三七藥材微米化程度更高，片層厚度更薄，粉碎較均勻，單分散性較好，相比較金屬球磨工藝，陶瓷球磨過程中降低三七藥材的表面溫度[16]，保護(hù)了藥材有效成分，更有效促進(jìn)三七藥材成分析出。采用鋼球球磨，鋼球表面粗糙，有腐蝕帶存在，有許多絮凝物分布于藥材表面;而采用納米陶瓷球磨，陶瓷產(chǎn)品表面光滑，只有少許絮凝物分布于藥材表面。由此可知，鋼球與藥材之間的相互作用，鐵介質(zhì)會(huì)腐蝕藥材的表面;而采用納米陶瓷球磨，避免了鐵介質(zhì)對藥材表面的影響，進(jìn)而改善了三七的表面性能。

藥物的溶出速度與藥物的顆粒比表面積成正比，而比表面積與粒徑成反比。因此，藥物的粒徑越細(xì)，則其比表面積越大，越有助于藥物有效成分的溶出。此外，中藥經(jīng)超微粉碎后，細(xì)胞破壁，胞內(nèi)有效成分的溶出阻力減小，溶出速率增大[4]。多篇文獻(xiàn)均報(bào)道了中藥經(jīng)超微處理后，體外溶出指標(biāo)提高的情況，醫(yī)學(xué)研究表明人體腸胃對顆粒達(dá)到最佳吸收細(xì)度為15m[3]左右，因?yàn)槲⒚字兴幍念w粒達(dá)到最佳吸收細(xì)度水平，藥物有效成分在胃腸道的溶解度明顯增加，從而增加藥物的生物利用度，加快藥物起效時(shí)間。除了口服給藥以外，中藥局部貼敷，穴位給藥與透皮吸收等傳統(tǒng)治療方法，也都將隨著微米中藥生物利用度的提高而產(chǎn)生新的治療效果，發(fā)揮新的治療作用。祝戰(zhàn)科等[13]報(bào)道，無論是外用的貼劑，還是內(nèi)服的膠囊，經(jīng)超微粉碎后均可用較小劑量達(dá)到原方劑的藥效。中藥細(xì)胞經(jīng)超微粉碎破壁后，破壁細(xì)胞中的內(nèi)容物可直接接觸溶媒，其有效成分可以全部直接進(jìn)入被機(jī)體吸收。

紅外光譜分析（infrared spectroscopy analysis）是通過分析紅外電磁輻射與物質(zhì)相互作用產(chǎn)生的波譜，是人類認(rèn)識(shí)和檢測物質(zhì)的重要手段[18]，是國外最普遍的藥品生產(chǎn)質(zhì)控過程分析技術(shù)之一。相對于高效液相色譜法（high performance liquid chromatography，HPLC）、氣相色譜法（gas chromatography，GC）等傳統(tǒng)分析技術(shù)，紅外光譜分析有前期處理簡單、減少有機(jī)溶劑污染、耗時(shí)短等優(yōu)點(diǎn)，是一種綠色環(huán)保、高效的分析技術(shù)[19]。本研究通過對比三七超微粉碎前后的紅外光譜圖，證明球磨粉碎后三七有效成分保留，未被破壞。微米化后的中藥因不涉及對原子或分子結(jié)構(gòu)層面上的干預(yù)和操作，故藥物原有屬性、藥效特征和功能主治保持不變[20]，未來可進(jìn)一步考察三七藥材化學(xué)結(jié)構(gòu)球磨前后對比是否有差異[21]，觀察球磨粉碎是否破壞三七有效成分的化學(xué)結(jié)構(gòu)[22]。

在后續(xù)的研究中，可在前期研究基礎(chǔ)上，進(jìn)一步改進(jìn)球磨工藝。如有文獻(xiàn)證明，粉碎過程中加入油酸對粉碎顆粒表面有一定程度的改性作用，同時(shí)，油酸可以作為助磨劑，在一定程度上還可以防止納米顆粒的團(tuán)聚[12];或按照以往工藝，將三七加去離子水制備漿液，砂磨機(jī)上樣研磨[23];同時(shí)可進(jìn)一步開展三七超微粉凝膠貼片的制作工藝研究，如為了促進(jìn)外用貼劑中微米三七有效成分更好的通過皮膚吸收，改變藥代動(dòng)力學(xué)，可在球磨過程中加入促滲劑;亦可以進(jìn)行微米三七有效成分含量分析及微米三七凝膠貼片安全性及毒性等研究，結(jié)合超聲電導(dǎo)經(jīng)皮導(dǎo)入技術(shù)，進(jìn)一步探究微米三七粉在疼痛治療等領(lǐng)域的臨床應(yīng)用。

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[2022-06-30收稿]

基金項(xiàng)目：國家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目（編號(hào)：82072528，81874032）;廣東省中醫(yī)藥管理局資助項(xiàng)（編號(hào)：20211246）;廣州市衛(wèi)生健康科技項(xiàng)目（編號(hào)：20201A011089）。

作者單位：510260? 廣東省廣州市，廣州醫(yī)科大學(xué)附屬第二醫(yī)院（黎瑩、趙俊紅、周鈺）;華南理工大學(xué)（魯忠臣）;南方醫(yī)科大學(xué)珠江醫(yī)院（曾慶）;廣州金域醫(yī)學(xué)檢驗(yàn)中心（楊小平）;中山醫(yī)科大學(xué)（龔卓）

*通訊作者