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超微粉碎技术及应用
时间:2017-07-08 点击次数:4130
  超微粉碎是近20年迅速发展起来的一项高新技术,能把原材料加一成微米甚至纳米级的微粉,已经在各行各业得到了广泛的应用。鉴于粉碎是中药生产及应用中的基本加工技术,超微粉碎已愈来愈引起人们的关注,虽然起步较晚,开发研制的品种相对较少,但已显露出特有的优势和广阔的应用前景。
 
  1. 超微粉碎技术概述
 
  超微粉碎技术是粉体工程中的一项重要内容,包括对粉体原料的超微粉碎,高精度的分级和表面活性改变等内容。根据原料和成品颗粒的大小或粒度,粉碎可分为粗粉碎,细粉碎,微粉碎和超微粉碎,这是一个大概的分类。值得注意的是,各国各行业由于超微粉体的用途,制备方法和技术水平的差别,对超微粉体的粒度有不同的划分。
 
  超微粉碎机一般为无筛式粉碎机,粉碎物料粒度由气流速度控制,粉碎粒度要求95%通过0.15mm(100目),一般用于特种水产饵料或水产开口饵料,超微粉碎通常由超微粉碎机、气力输送、分级机配套来完成。原料的粉碎粒度非常细,可能显示出意想不到的特性,但也带来了比较多的问题,如静电吸附,物料的流动性差,粉碎消耗的能量大,提高了生产成本,对加工操作的影响比较大,这些不利影响可以采取不同的方法加以克服(如改变饲料加工工艺)。
 
  超微粉碎通过对物料的冲击,碰撞,剪切,研磨,分散等手段而实现。传统粉碎中的挤压粉碎方法不能用于超微粉碎,否则会产生造粒效果。选择粉碎方法时,须视粉碎物料的性质和所要求的粉碎比而定,尤其是被粉碎物料的物理和化学性能具有很大的决定作用,而其中物料的硬度和破裂性更居首要地位,对于坚硬和脆性的物料,冲击很有效;而对中药材用研磨和剪切方法则较好,比如中科耐驰技术(北京)有限公司研发生产的ZNC-750型超微粉碎机,其结构简单,操作容易,能耗比高,并且工作中无粉尘飘散,非常适合现代化GMP净化车间使用。实际上,任何一种粉碎机器都不是单纯的某一种粉碎机理,一般都是由两种或两种以上粉碎机理联合起来进行粉碎,如气流粉碎机是以物料的相互冲击和碰撞进行粉碎;高速冲击式粉碎机是冲击和剪切起粉碎作用;振动磨,搅拌磨和球磨机的粉碎机理则主要是研磨,冲击和剪切;而胶体磨的工作过程主要通过高速旋转的磨体与固定磨体的相对运动所产生的强烈剪切,摩擦,冲击等等。
 
  2. 常用超微粉碎设备
 
  2.1 机械冲击式粉碎机粉碎效率高,粉碎比大,结构简单,运转稳定,适合于中,软硬度物料的粉碎这种粉碎机不仅具有冲击和摩擦两种粉碎作用,而且还具有气流粉碎作用,超细粉体产品冲击式粉碎机由于是高速运转,要产生磨损问题,此外还有发热问题,对热敏性物质的粉碎要庄意采取适宜措施。目前中科耐驰公司生产的ZNX系列风选式超细粉碎机适应性好,在用户中反映良好。
 
  2.2 气流粉碎机是以压缩空气或过热蒸汽通过喷嘴产生的超音速高湍流气流作为颗粒的载体,颗粒与颗粒之间或颗粒与固定板之间发生冲击性挤压,摩擦和剪切等作用,从而达到粉碎的目的。与普通机械冲击式超微粉碎机相比,气流粉碎机可将产品粉碎得很细,粒度分布范围更窄,即粒度更均匀;又因为气体在喷嘴处膨胀可降温,粉碎过程没有伴生热量,所以粉碎温升很低。这一特性刘于低熔点和热敏性物料的超微粉碎特别重要。但也存在一此问题:设备制造成本高,一次性投资大,能耗高,能量利用率只有2%左右,般认为要高出其它粉碎方法数倍,因而粉体加工成本太大,这就使得它在这一领域的使用受到了一定的限制:同时,它难以实现亚微米级产品粉碎。
 
  2.3 普通球磨机是用于超微粉碎的传统设备,其特点是粉碎比大,结构简单,机械可靠性强,磨损零件容易检查和更换,工艺成熟,适应性强,产品粒度小。但当产品粒度要达到201μm以下时,效率低,耗能大,加工时间长。例如,将珍珠磨到几百目,要十几个小时。
 
  2.4 振动磨振动磨是用弹簧支撑磨机体,由带有偏心块的主轴使其振动,运转时通过介质和物料的起振动,将物料进行粉碎,其特点是介质填充率高,单位时间内的作用次数高(冲击次数为球磨机的4-5倍),因而其效率比普通球磨机高10-20倍,而能耗比其低数倍。通过调节振动的振幅,振动频率,介质类型。振动磨产品的平均粒径可达2-3μm以下,对于脆性较大的物质可比较容易的得到亚微米级产品。近年来通过实践,振动磨日益受到重视,原因就是振动磨对某些物料产品粒度可达到亚微米级,同时有较强的机械化学效应,且结构简单,能耗较低,磨粉效率高,易于工业规模生产。
 
  2.5 搅拌磨是在球磨机的基础上发展起来的,同普通球磨机相比,搅拌磨采用高转速和高介质充填率及小介质尺寸,获得了极高的功率密度,使细物料研磨时间大大缩短,是超微粉碎机中能量利用率zui高,很有发展前途的种设备。搅拌磨在加工小于20μm的物料时效率大大提高,成品的平均粒度zui小可达到数微米。高功率密度(高转速)搅拌磨机可用于zui大粒度小于微米以下产品,在颜料、陶瓷、造纸、涂料、化工产品中已获得了成功。目前高功率密度搅拌磨在工业上的大规模应用有处理zui小和磨损成本高两大难题。随着高性能耐磨材料的出现,相信这些问题都能得到解决。
 
  3. 超微粉碎技术在中药加工中的应用
 
  3.1 超微粉碎在中药加工中的应用优势中药的超微粉碎,当前主要指细胞级微粉碎。"细胞级微粉碎"是指以动植物类药材细胞破壁为目的的粉碎作业,运用现代超微粉碎技术,在该细度条件下一般药材细胞的破壁率达95% 。中药细胞破壁后,表现出如下优势:
 
  (1)增加药物吸收率,提高其生物利用度。
 
  药物粒子的大小及粉体的结构是影响药物吸收的重要因素。中药经过超微处理后,其粒度更加细微均匀,比表面积增加,孔隙率增大,药物能较好地分散,溶解在胃肠液,且与胃肠枯膜的接触面积增大,更易被胃肠道吸收,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来的药效,对于矿物类药材,相当于一部分为水不溶性物质,经超微处理后,由于粒度大大减小,可加决其在体内的溶解,吸收速度,提高其吸收量;
 
  (2)有利十保留生物活性成分,提高药效。
 
  在超微粉碎过程中,经控制可不产生过热现象,甚至可在低温状态下进行,井且粉碎速度快,有利于保留不耐高温的生物活性成分及各种营养成分,从而提高药效如珍珠,用传统方法加工会破坏其部分成分,而在-67℃左右的低温条件下进行超微粉碎,能比较完整地保留有效成分,增强其延缓衰老的作用。灵芝含有丰富的氨基酸和微量元素,具有激活免疫功能,抗肿瘤,抗血栓等作用,超微粉碎后,疗效发挥更加完全;
 
  (3)节省原料,便于应用。
 
  中药经超微粉碎后,可用较小剂量,获得原处方疗效,一般药物,经超微粉碎后可不再经过浸提,煎煮等处理,减少了生产环节中有效成分的损失,zui大限度地利用了原材料,因此该技术尤宜十珍贵稀有中药的粉碎,并且由于细度的增加,可改善日感,便于服用另一方面,因超微粉碎是在全封闭无粉尘的系统中进行的,可有效避免外界污染,使产品的微生物含量及灰尘得以控制。
 
  3.2 中药超微粉碎研究现状在刘中药进行细胞级微粉碎的研究中,前述的儿种超微粉碎设备都有人在进行探索,并取得了可喜的进展。
 
  球磨机由于生产效率低,粉碎时间长,在中药的超微粉碎中一般不采用。利用搅拌磨对中药进行超微粉碎见报道的也不多。中科耐驰技术(北京)有限公司研发的ZNC-750型超微粉碎机能地使纤维微粒化,成功地用十大豆全粉,绿豆全粉的生产。一般认为,气流粉碎机在粉碎纤维性,韧性中药比较困难,尤其在粉碎作业时存在相对高速气流,将药物的挥发份带走,造成药效损失,所以只适合具有一定脆性的化学品微粉碎,或矿物中药的粉碎,而不适用于动植物中药的超微粉碎。因此,在中药的超微粉碎中,碾磨式超微粉碎设备已经越来越多的被用于纤维性和韧性物料的粉碎工艺中。另外我国学者在超微粉制备技术方面也已经取得了不少成果,华中科技大学材料学院在超微粉碎技术领域经过多年研究,开发出具有自主知识产权的超微粉碎设备,其中深冷振动研磨设备是对各类中药进行超微粉碎获得微米、亚微米中药微粉的理想设备。该设备是在借鉴了国外振动磨研究的技术,采川空气弹簧减振,将深冷环境引人其中开发出来的磨机采用机械制冷和液氮深冷双重制冷技术,并采用回冷循环,具有效率高,制冷速度快,液氮消耗少,性能可靠等优点,工作温度-150℃常温连续可调,如果不使用液氮,则可在-40℃常温下连续工作该院已经与湖北省中医药研究院和某制药厂合作,进行了上百种中药的超微粉碎,结果都比较成功。在中药行业中具有较好的应用前景。
 
  4. 超微粉碎技术在粉茶加工中的应用
 
  超微粉茶加工技术是“八五”期间中国农业科学院茶叶研究所开发的新型茶加工技术之一,其种类有绿茶粉、红茶粉、乌龙茶粉等,被广泛应用于食品添加,变“喝茶”为“吃茶”。当前应用zui广泛的是绿茶粉,其关键加工技术为:一是对鲜叶原料采用保绿手段,加工成色泽绿翠的干毛茶;二是使用超微粉碎技术,将茶叶粉碎成300目以下,约60μm的微细粉末,并保持茶叶的原有色泽。超微粉茶因为粒度很细,添加于食品中,吃在口中不会有任何粒度的感觉,故可使食品中既富含茶叶的营养和保健成分,又使原来舍弃的纤维素等得以利用,同时还赋予了食品天然绿色,等于添加了绿色色素,形成具有特殊风格的茶叶食品。
 
  超微绿茶粉所使用的保绿手段,一是在鲜叶中添加保绿剂;二是使用蒸青方式杀青,生产出色泽绿翠的蒸烘青绿茶。
 
  超微茶粉加工的关键设备是LF型超微粉碎机组,当茶叶颗粒经进料口螺旋送入粉碎室内,受到粉碎盘的高速冲击和剪切,同时也受到涡流气体产生的高频振动而被粉碎。粉碎后的粉体在负压作用下越过分流锥套进入分级室。由于分级轮的高速旋转,粉体同时受空气动力和离心力的作用。当离心力>空气动力时,说明粉体还大于要求的分级粒径粉粒细度,即被甩至锥套返回粉碎室继续粉碎,而粉碎合格的粉体此时空气动力>离心力受动力作用,进入集料管道后到辅机被排出,收集后成为超微粉茶成品。
 
  5. 结束语
 
  中药进行细胞级微粉碎后,能增加药物吸收率,提高其生物利用度;有利于保留牛物活性成分,提高药效;节省原料,便于应用。在各种超微粉碎设备中,振动磨由于可能的将药物粉碎到亚微米级,被认为是对中药进行超微粉碎zui理想,zui有前途的设备。中药粉碎过程中一个难题是温升问题,利用冷却装置进行低温粉碎将使草为粉碎技术更加成熟。

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