粉碎主要是借机械力将大块固体物质碎成规定细度的操作的流程,也能借助其他方法将固体药物碎成粉末的操作。
饮片的干燥是药材加工的一个重要环节。药材经水处理、切片等加工后,此时含水量较高,一般10-15%以上,为微生物的生长繁殖提供了良好条件,如果不及时干燥,饮片易于变色、霉烂变质,且增加了药材的韧性,这对药物的质量保证及粉碎带来了不利,所以要粉碎的药物一定要经过干燥。
干燥的重点是掌控温度。丹皮的有效成分为丹皮酚,其熔点为49.5-50.5℃,温度高则易散失。实验证明,烘烤温度在110-115℃丹皮酚损失8.1%;若在100℃烘烤45min,丹皮酚损失6%;在70-80℃烘干25min,丹皮酚损失仅为3%。因此丹皮的干燥宜在70-80℃条件下进行,可达到干燥目的,又能够保证饮片质量。干燥的方法一般是利用一定的干燥设备,加热干燥。
水蒸汽蒸馏法又分为加试剂浸泡水蒸气蒸馏法、水蒸气蒸馏-煎煮法、超声辅助水蒸气蒸馏法和直接水蒸气蒸馏法。蒸馏-煎煮法是指先蒸馏提取挥发性成分,药渣再加水提取的方法,适用于含挥发性成分药材的提取,丹皮酚随水馏出后,在冷藏状态下大量析出,滤过干燥即可用于成型,保存方便且转移率较高,水提液经醇沉除杂后,也较易成型,蒸馏-煎煮法丹皮酚及总提取物收率均较高,兼顾了多种成分的提取,工艺简便,是牡丹皮提取的一种切实可行的方法,但此工艺对单独提取丹皮酚来说显然过于繁杂,可预留出一定的发展空间以便于未来提取多种有效成分;超声辅助水蒸气蒸馏法的超声提取法消耗溶剂少、浸出率高、提取时间短,且操作简单便捷、省时成本低、毒性小,但工艺尚不完善;加试剂浸泡水蒸气蒸馏法较直接水蒸气蒸馏法对丹皮酚有较高的提取率,且成本相比来说较低,省时节能。故本设计选择加试剂浸泡水蒸气蒸馏法。
丹皮酚的提取方法有有机溶剂提取法(醇提法)、CO2超临界流体萃取法、水蒸气蒸馏法及煎煮法。其中以水蒸汽蒸馏法最为普遍。醇提法提取工艺简单,有效成分提取多,似应为牡丹皮提取的最佳方法,但问题就在于醇提液的后处理困难,因丹皮酚的挥发性强,实际生产中难于仅除去乙醇而不损失较多的丹皮酚,且提取过程中受热温度越高、时间越长,丹皮酚的含量和收率就越低;超临界二氧化碳萃取法可直接获得丹皮酚晶体,但需要高压设备,且CO2是非极性物质,而酚苷类成分极性相对较大,导致总提取物收率较低;而传统的煎煮法于工艺十分简便,但丹皮酚转移率低(41.1%)且由于煎煮时间短,苷类成分未能有效煎出,若延长煎煮时间则丹皮酚损失更严重,故煎煮法不适用于牡丹皮的提取。最适合工业生产的提取方法为水蒸气蒸馏法。故选择水蒸汽蒸馏法提取丹皮酚。
蒸馏液流出管口的温度:保持在25-30℃最佳。必须严控蒸馏液流出管口时的温度,既保证了蒸馏完全,又避免了丹皮酚由于温度过低而堵塞管道的现象发生。
依据开发的技术选择正真适合的工艺路线边设计边进行工艺工程方案的优化完成工艺设计。
本工艺采用牡丹的茎提取和制备丹皮酚。先将购置的牡丹皮进行臭氧灭菌处理,以除去部分,再经人工净选后进行洗药、切药,将切好的药用整体式太阳能干燥设备做干燥,干燥完全后,将其放入粉碎机中进行粉碎,同时用40目筛过筛,得到大约为0.45mm的丹皮细粉。丹皮前处理完成之后,将丹皮细粉放入提取罐中,并加入12倍药材量的蒸馏水,以及10%药材量的Na2SO4,在浸泡温度为40℃、pH为6的条件下浸泡3个小时,达到浸润的目的,接着进行水蒸汽蒸馏,收集馏出液(注意:要严控蒸馏液流出管口时的温度30℃),4℃冷藏24h,过滤得结晶物;干燥即得粗提物,提取率可达85.78%。
在多个文献上都提到了二次蒸馏的方法,但二次提取的丹皮酚产率很低,一次提取已经提取了丹皮中大部分的丹皮酚,二次提取中也要消耗大量的水蒸气而且还需要一套提取设备,占有很大的厂房面积。我们经过经济计算,二次提取的丹皮酚带来的经济价值远小于它的能量和设备的经济损失,故本设计采用一次蒸馏的方法。
丹皮酚在国际市场售价较高,而我国的丹皮资源丰富,安徽省铜陵凤凰山地区生产的凤丹质量最佳,安徽亳州及周边地区产量最大,湖南邵东、山东荷泽、河南洛阳分别次之,除部分供出口外,大部分未得到利用,造成资源浪费,因此提取丹皮酚十分必要。
丹皮中含有的生物活性成分有丹皮酚、氧化芍药苷、芍药内酯苷、芍药苷、没食子酸、β-五没食子酰葡萄糖、苯甲酰氧化芍药苷和苯甲酸等。其中丹皮酚的药理作用较多,且具有药典标准和较广泛的应用;而丹皮总苷(丹皮中含有的各种苷类的总和)和丹皮多糖(丹皮中含有的寡糖和多糖的总和)成分较复杂,故本次设计将着重对丹皮酚提取精制进行研究设计。
目前市场上对丹皮酚的需求量较大,在医药、香料、化学领域具有广泛的用途,例如牙膏、香皂、浴液、生发液、医用消毒纸、妇婴卫生用品、食品添加剂、饲料添加剂等。
从经济角度考虑,为减少相关成本故从安徽铜陵购买丹皮原料,但由于药材的包装、运输等原因,有的药材含有过量的水和杂质,常会引起发霉、生虫等不良现象。很多中药材中常见的杂质是泥沙,查丹皮中常见杂质及对后续工序影响,这些杂质不仅使中药材卫生标准不合格,而且在称量上也相对减少了实际用量,影响疗效,更有可能引起不良反应。为了尽最大可能避免以上不良后果,并利于后续丹皮酚的提取。我们设计的前处理工段流程如下:
3.物料衡算、能量衡算和设备选型;结合工艺对选用的设备—比如,中药材粉碎设备、水蒸汽蒸馏提取罐、冷却结晶釜、离心机或板框压滤机、真空(或冷却)干燥设备等进行工程分析,另外,每人详细阐述其中一类或一台设备的工作原理、结构组成及关于此设备国内外的现状、研究前沿。
(5)充分估计到生产中有几率发生的故障,设计工艺流程时考虑到调整的可能性,使生产能正常进行。
丹皮酚的药理作用:具有镇静、催眠、解热、镇痛、抗炎等药理作用,并具有抗心律失常、抗动脉粥样硬化、改善微循环、保护缺血组织、抗菌和抑制皮肤色素合成等作用。同时,丹皮酚可通过抑制增殖、诱导分化和凋亡、影响基因表达等机制对肿瘤细胞产生杀伤、诱导分化和凋亡、抑制侵袭和转移等作用。它对一些作物病原菌有较强的抑制作用,对仓库害虫有忌避作用,对蔬菜有保鲜作用。丹皮酚注射剂是临床的主要剂型,在痛症和皮肤科临床方面应用广泛。
4.年处理1000吨丹皮提取丹皮酚的车间工艺平面布置(包括精烘包区域)和侧立面布置(给出标高);
1.设计说明书一份,包括工艺概述、物料衡算、能量衡算、工艺设备选型说明、工艺主要设备一览表、车间工艺平面布置说明、车间技术方面的要求;每位同学的设备详细综述。
粒径:取过0.45mm标准筛的丹皮粉末。药材粉末的粒度愈小,溶剂与牡丹皮粉末的接触面积也就越大,单位体积有效扩散表面积就越大,溶剂渗透和溶质从颗粒内向外扩散的路径愈短,溶质的扩散速率就愈大,愈有益于增大提取效率,但粒度也不宜过细。
浸泡时间:应选择180min为宜。浸泡时间对丹皮酚提取率影响极大,太短还未充分润湿,过长会使丹皮酚损失量增大。
作为工艺设计,其基本程序是根据(生产)设计任务选择并设计技术方案,接着进行物料能量ຫໍສະໝຸດ Baidu算,再进行设备选型和条件设计,最后绘制工艺流程图和厂区及车间布置图,并编制设计说明书。
当工艺流程图比较牢固地确定以后,才能开始详细的工艺设计、设备设计、净化分区和建筑等设施的设计。这时必须添加控制管理系统,并进行详细的危险性可操作分析,然后完成其他设计任务,最终形成优化的总体设计。总体设计主要任务:一定、二平衡、三统一、四协调和五确定。
这是将药材用水洗或漂除杂质的常用方法。水洗时需要注意掌握时间,勿使药材在水中浸漂过久,以免损失药效。
利用机械动力切制,将被切药物整齐的放于刀床上或药斗中,装好压紧,然后调节好切片厚度(8mm),即可切制。目前用的切片机种类较多,常用的有旋转式切药机、上下往复式切药机等。
(3)积极采取成熟的新技术、新工艺、新设备,结合具体条件优化生产线。对尚未连续化生产的品种,其工艺流程尽可能按流水线排布,使产品在生产的全部过程中停滞时间最短,以避免产品变色、变质。
(4)积极慎重地使用先进可靠的工艺指标,在能达到该工艺指标的条件下,最好能够降低工艺流程的往返过程,以减少输送。
而加试剂浸泡水蒸气蒸馏法又分为碱溶液浸泡-水蒸汽蒸馏法、酸溶液浸泡-水蒸汽蒸馏法、盐溶液浸泡-水蒸汽蒸馏法。研究之后发现,加盐蒸馏法是丹皮酚提取的最优方法。索加盐可选择氯化钠或硫酸钠,而氯化钠对不锈钢(很多材料像不锈钢、铝之类的,它们能耐腐蚀全靠钝化膜,只要氯离子和这些材料非间接接触就会产生腐蚀。因为处于钝态的金属仍有一定的反应能力,即钝化膜的溶解和修复(再钝化)处于动平衡状态。当介质中含有活性阴离子(常见的如氯离子)时,平衡便受到破坏,溶解占优势。其原因是氯离子能优先地有选择地吸附在钝化膜上,把氧原子排挤掉,然后和钝化膜中的阳离子结合成可溶性氯化物,结果在新露出的基底金属的特定点上生成小蚀坑(孔径多在20~30μm),这些小蚀坑称为孔蚀核,亦可理解为蚀孔生成的活性中心。氯离子的存在对金属的钝态起到直接的破坏作用。)所以本设计选择加硫酸钠浸润水蒸气蒸馏法。提取过程中,适宜pH范围的选择以及确保溶液贮存过程中的稳定性是关键。
丹皮酚(paeonol,简称Pae),又称牡丹酚,丹皮,别名牡丹根皮、丹根、木芍药、条丹皮、洛阳花,为毛茛科芍药属植物牡丹的根皮。主要是从萝藦科植物徐长卿干燥根或全草和毛茛科芍药属植物牡丹、芍药的根皮中提取分离出来的活性成分,味苦、辛,是一种小分子的分类化合物,呈白色针状结晶,丹皮酚的熔点较低(49.5-50℃),易挥发且水溶性差,其化学名称为2-羟基-4-甲氧基苯乙酮。
浸泡温度:温度为40℃。浸泡温度对丹皮酚提取影响相对来说比较复杂,刚开始,随着温度上升其提取率也随之增加,但是超过45℃后,丹皮酚挥发损失量增大而提取率减少。
浸泡pH:pH为6。牡丹皮在酸性中除了活性成分丹皮酚外,还含有一定浓度的丹皮甙,丹皮甙在酸性条件下水解能力强于在碱性条件,其酸性介质条件下牡丹皮中丹皮酚的提取率高于碱性条件下丹皮酚的提取率。