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中藥粉臭氧氣懸浮逆流接觸動(dòng)態(tài)滅菌研究
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中藥粉臭氧氣懸浮逆流接觸動(dòng)態(tài)滅菌研究
宋麗麗 谷傳動(dòng)
摘要：本文對(duì)臭氧在中藥粉氣懸浮逆流接觸動(dòng)態(tài)滅菌進(jìn)行了滅菌工藝、滅菌效果、滅菌設(shè)備及對(duì)藥粉化學(xué)成分的影響等應(yīng)用可行性，作了系統(tǒng)闡述，通過和濕熱，干熱，60Co輻射及雙錐臭氧滅菌等方式進(jìn)行了對(duì)比分析，旨在為中藥粉滅菌提供一種科學(xué)、的設(shè)備和工藝方法。
主題詞：臭氧 氣懸浮 動(dòng)態(tài) 聯(lián)動(dòng) 大生產(chǎn) 現(xiàn)代化 正交實(shí)驗(yàn) 目標(biāo)成分 化學(xué)成分
一、研究目的
實(shí)現(xiàn)中藥現(xiàn)代化，全面提升中藥制劑水平，是國(guó)家“十五”科技規(guī)劃中提出的任務(wù)。當(dāng)前，中藥制劑生產(chǎn)質(zhì)量控制已成為實(shí)現(xiàn)中藥現(xiàn)代化的瓶頸問題，而衛(wèi)生指標(biāo)的控制又是確保中成藥尤其是以中藥粉末入藥制劑質(zhì)量的關(guān)鍵問題之一。為此，多年來國(guó)內(nèi)眾多專家致力于中藥滅菌技術(shù)這一課題的研究，以尋找殺菌*、藥效無損失或損失zui低，不產(chǎn)生毒素或未知物，造價(jià)低、操作方便、適合連續(xù)化生產(chǎn)的中藥滅菌方法。
在2000年版《中國(guó)藥典》一部收載的459種中藥成方或單味藥制劑中，含原生藥粉的品種為343種，占制劑總量的74.73%；而含原生藥粉制劑的微生物限度又高于其它制劑10～100倍之多。為此，尋找一種有效控制原生藥粉染菌量的技術(shù)，對(duì)確保中藥制劑的質(zhì)量，加快中藥制劑走向化十分必要。
我們以探索臭氧氣懸浮逆流接觸動(dòng)態(tài)滅菌技術(shù)在中藥粉滅菌方面的應(yīng)用為目的，對(duì)其設(shè)備、應(yīng)用方式、應(yīng)用可行性進(jìn)行了系統(tǒng)地研究。
二、行業(yè)現(xiàn)狀：
目前廣泛應(yīng)用的流通蒸汽、紅外線、干熱及化學(xué)（環(huán)氧乙烷）等傳統(tǒng)滅菌方法，雖有較好的滅菌效果，但易改變或影響中藥的活性成分或殘留一些毒性物質(zhì)，同時(shí)因其“熱”“濕”的問題，不便于操作和進(jìn)行生產(chǎn)流程的布局。近年來開始應(yīng)用的微波干燥滅菌、60Co輻射滅菌等*技術(shù)，為中藥滅菌提供了新的方式。但作為中藥生產(chǎn)流程中藥粉的滅菌受到諸多的限制。前者因滅菌依賴于熱效應(yīng)，對(duì)大部分熱敏成分藥粉不適合；而后者在控制輻射劑量不當(dāng)時(shí)，可致藥品中維生素破壞、變色、變味，甚至可能導(dǎo)致藥效下降及誘發(fā)致癌物質(zhì)，加上輻射設(shè)備復(fù)雜、防護(hù)要求高、造價(jià)昂貴又不易維修等不利因素，難以在實(shí)際生產(chǎn)中推廣應(yīng)用。
近期出現(xiàn)的把臭氧氣體通入雙錐或二維混合機(jī)中對(duì)藥粉進(jìn)行滅菌的嘗試，一方面因?yàn)槌粞鯘舛鹊姆植疾痪鶆颍瑫?huì)因局部濃度過高而對(duì)藥粉的目標(biāo)成分和化學(xué)成分造成較大破壞；另一方面，藥粉和臭氧在此結(jié)構(gòu)下很難達(dá)到理想的接觸效果，存在滅菌死角。另外，滅菌時(shí)間過長(zhǎng)（3-4個(gè)小時(shí)）也存在很大的不足，一方面不適應(yīng)藥廠對(duì)滅菌工序上下道設(shè)備匹配，給生產(chǎn)調(diào)度帶來很大難題；另一方面，因?yàn)槌粞跏且环N很強(qiáng)的氧化劑，長(zhǎng)時(shí)間讓臭氧和藥粉接觸，會(huì)帶來臭氧對(duì)藥粉的目標(biāo)成分和化學(xué)成分造成很大破壞的不良后果。所以，這種簡(jiǎn)單的設(shè)計(jì)從理念上講存在很多不科學(xué)之處，難以在生產(chǎn)中實(shí)際應(yīng)用。
三、設(shè)備簡(jiǎn)介
1、工作原理:
中藥粉臭氧氣懸浮逆流接觸動(dòng)態(tài)滅菌機(jī)，采用真空上料，然后經(jīng)自動(dòng)投料裝置進(jìn)入混合懸浮箱，利用氣力混合器投加高純度、高濃度臭氧，使藥粉懸浮在混合懸浮箱內(nèi)，經(jīng)除塵裝置進(jìn)行氣粉分離，潔凈的氣體通過風(fēng)管經(jīng)風(fēng)機(jī)進(jìn)入氣力混合器進(jìn)行循環(huán)使用，從而達(dá)到消毒滅菌降解農(nóng)藥殘留等目的，并可實(shí)現(xiàn)藥粉的充分混合。
2、設(shè)備結(jié)構(gòu)示意圖
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| 滅菌室 |
| 粉體流化室 |
| 氣粉分離 |
| 高壓風(fēng)機(jī) |
| 過濾 |
| 尾氣處理 卸壓排氣 |
| 臭氧發(fā)生器 |
| 真空上料 |
| 臭氧氣源 |
| 真空出料 |
| 循環(huán)氣體 |
3、適用范圍
該機(jī)采用高純度、高濃度臭氧作處理方法；以達(dá)到充分混合、氣體循環(huán)利用為原則的氣粉混合裝置為主要處理手段；以封閉式、率的真空上料裝置為凈化保障；以自動(dòng)化控制與設(shè)備聯(lián)動(dòng)裝置為現(xiàn)代化和大生產(chǎn)提供工藝保證。可廣泛應(yīng)用于，中藥原粉、調(diào)味品、淀粉、蛋白粉、茶葉、脫水蔬菜等產(chǎn)品。能達(dá)到消毒滅菌，降解農(nóng)藥殘留，充分混合的功效，是傳統(tǒng)處理方式（蒸汽、微波、60Co輻照）的升級(jí)換代產(chǎn)品。
四、技術(shù)依據(jù)：
臭氧（OZONE）氣體屬?gòu)?qiáng)氧化劑，因具有廣譜的殺滅微生物作用，殺菌速度比氯快300～600倍，被食品界開發(fā)為一種安全、、無殘余污染的滅菌新技術(shù)而廣泛應(yīng)用。.臭氧的殺菌效力是在不穩(wěn)定的O3 O2+O－ 的分解瞬間完成，因此不形成任何的有害殘留。
臭氧滅菌技術(shù)（OZONE STERILATION TECHNOLOGY）自1840年由德國(guó)人發(fā)現(xiàn)臭氧并命名以來，主要應(yīng)用在水處理和食品加工業(yè)中，已有近100年的歷史。目前在發(fā)達(dá)國(guó)家被廣泛地應(yīng)用于水產(chǎn)養(yǎng)殖、食品加工、醫(yī)藥等領(lǐng)域。近年來我國(guó)在醫(yī)藥行業(yè)潔凈室的空氣凈化系統(tǒng)（HVAC）和水處理（WATER TREATEMENT）方面也得到廣泛的應(yīng)用。當(dāng)前臭氧被譽(yù)為世界上zui潔凈的消毒劑。其安全可靠性已得到充分的肯定。
1997年，美國(guó)電力研究院（ERPI）組織專家組對(duì)臭氧在食品加工方面的功效、應(yīng)用領(lǐng)域、安全性問題、毒理等進(jìn)行研究。結(jié)論表明：臭氧作為消毒殺菌劑應(yīng)用時(shí)，符合GRAS（通用安全標(biāo)準(zhǔn)）要求。根據(jù)該結(jié)論，美國(guó)FDA（食品與藥品管理局）放棄對(duì)食品加工使用臭氧的限制政策，確認(rèn)臭氧可作為一種食品添加劑安全、有效地應(yīng)用于食品加工。這對(duì)臭氧技術(shù)的應(yīng)用起到了很大的促進(jìn)作用。
五、試驗(yàn)方案與結(jié)果.
1 臭氧滅菌工藝研究
1.1 方案
依照臭氧滅菌的工作原理和影響滅菌效果的主要因素，結(jié)合中藥粉理化特性及滅菌要求，采用正交實(shí)驗(yàn)法，以臭氧濃度、滅菌時(shí)間、氣流速度、壓力、濕度、溫度為影響因素，以滅菌率和目標(biāo)成分破壞率為評(píng)價(jià)指標(biāo)，對(duì)臭氧滅菌工藝條件進(jìn)行系統(tǒng)地研究,以遴選工藝條件，包括滅菌方式、工藝流程和工藝參數(shù)。
1.2 結(jié)果
1.2.1 滅菌方式
采用粉體流化技術(shù)，以氣懸浮的方式使臭氧同中藥粉動(dòng)態(tài)逆向混懸接觸，進(jìn)行滅菌處理。
1.2.2 工藝流程
| 原藥材前處理 |
| 干燥（水分＜5%） |
| 粉 碎 |
| 過篩（100目） |
| 臭氧 氣源 |
| 臭氧發(fā)生器 |
| 粉體流化、滅菌室 |
| 真空上料機(jī) |
| 真空出料 |
| 高壓風(fēng)機(jī) 空氣過濾 |
| 卸壓排氣 尾氣處理 |
| |
| 真空上料 |
| 滅菌藥粉 |
1.2.3 工藝參數(shù)（部分）
滅菌時(shí)間：40min
臭氧氣源：氧氣（純度≥85%）
氣源露點(diǎn)：－40℃
滅菌溫度：≤40℃
1.2.4 滅菌工藝對(duì)中藥粉目標(biāo)成分的影響
1.2.4.1 目標(biāo)成分丹皮酚（牡丹皮）的含量損失率為6.98%。
1.2.4.2 目標(biāo)成分熊果酸（山茱萸）的含量損失率為4.82%。
1.2.4.3 目標(biāo)成分芍藥苷（白芍）的含量損失率為6.75%。
1.3 結(jié)論
采用粉體流化技術(shù)，進(jìn)行中藥粉動(dòng)態(tài)懸浮逆流接觸臭氧滅菌，并對(duì)主要工藝參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化組合，可有效地控制中藥粉細(xì)菌、霉菌含量?？梢杂行У亟档蜏缇幚磉^程中藥粉化學(xué)成分的損失率。
2 臭氧滅菌與常用滅菌方法的比較研究
2.1 方案
選擇熟地、山茱萸、山藥、牡丹皮、澤瀉、茯苓六味藥材的原生藥粉作樣品；分別用流通蒸汽滅菌（100℃、30min），干熱滅菌（100℃、8h），60Co輻射滅菌（10kGy、24h）和臭氧滅菌（參數(shù)見工藝參數(shù)）對(duì)樣品進(jìn)行滅菌處理。
采用X射線衍射法（XRD）和紅外光譜（IR）法，對(duì)上述樣品滅菌前后化學(xué)成分進(jìn)行光譜分析，提取相似度數(shù)據(jù)，采用Matlab 6.5自編聚類分析程序，對(duì)六個(gè)樣品檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行聚類分析；采用紫外分光光度法，分別測(cè)定牡丹皮生藥粉各滅菌處理樣品中目標(biāo)成分丹皮酚的含量損失率，并進(jìn)行比較分析。
2.2 結(jié)果
2.2.1 不同滅菌方法的滅菌效果
臭氧滅菌法對(duì)六個(gè)樣品的細(xì)菌滅菌率平均為95.24%，比干熱滅菌法高6.81%，稍低于60Co輻照滅菌法和濕熱滅菌法；霉菌滅菌率95.76%，比干熱滅菌法高1.53%，稍低于60Co輻照滅菌法和濕熱滅菌法，滅菌效果穩(wěn)定。
2.2.2 不同滅菌方法對(duì)樣品成分的影響
相似度和XRD聚類圖結(jié)果表明，由于不同物質(zhì)所含成分不同，不同滅菌方法對(duì)各藥材粉中化學(xué)成分的影響也不一樣。在滅菌效果一定的前提下，對(duì)藥材粉中化學(xué)成分的影響越小，表明滅菌方法越*，見表1 。
表1 不同滅菌方法對(duì)中藥粉成分影響比較表
| 藥材粉名稱 | 對(duì)六味中藥粉成分影響比較 |
| 熟地黃 | 60Co放射滅菌＜臭氧滅菌＜濕熱滅菌＜干熱滅菌 |
| 茯 苓 | 60Co放射滅菌＜干熱滅菌＜臭氧滅菌＜濕熱滅菌 |
| 丹 皮 | 60Co放射滅菌＜臭氧滅菌＜干熱滅菌＜濕熱滅菌 |
| 山 藥 | 60Co放射滅菌＜濕熱滅菌＜臭氧滅菌＜干熱滅菌 |
| 澤 瀉 | 臭氧滅菌＜干熱滅菌＜濕熱滅菌＜60Co放射滅菌 |
| 山茱萸 | 60Co放射滅菌＜臭氧滅菌＜干熱滅菌＜濕熱滅菌 |
2.2.3 不同滅菌方法對(duì)目標(biāo)成分丹皮酚和熊果酸含量的影響
選擇牡丹皮原生藥粉中的丹皮酚和山茱萸原生藥粉中的熊果酸作為目標(biāo)成分，測(cè)定其在滅菌前后原生藥粉中的含量，考察滅菌前后目標(biāo)成分的損失率。臭氧滅菌后目標(biāo)成分丹皮酚的損失率為7.06%，比濕熱滅菌降低28.21%，比干熱滅菌降低16.82%；目標(biāo)成分山茱萸的損失率為4.63%，分別比濕熱滅菌和干熱滅菌降低0.25%和0.64%。
2.3 結(jié)論
試驗(yàn)結(jié)果表明，臭氧滅菌效果穩(wěn)定，其結(jié)果明顯優(yōu)于干熱滅菌法；對(duì)藥材粉中化學(xué)成分的影響較小，其*性和60Co輻射滅菌相當(dāng)。而與60Co輻照滅菌相比，又具有滅菌周期短、無輻照污染、操作簡(jiǎn)便等優(yōu)點(diǎn)。
3 臭氧滅菌法工藝驗(yàn)證與生產(chǎn)應(yīng)用
3.1 方案
應(yīng)用YFX-100型藥粉臭氧滅菌機(jī)，按照篩選確定的工藝方案，對(duì)河南大學(xué)制藥廠2002年10月至2003年10月間，明目*等70批次產(chǎn)品入藥原生藥粉，及豫西藥業(yè)公司、三門峽第三制藥廠等16批次原生藥粉進(jìn)行臭氧滅菌處理，并按《中華人民共和國(guó)藥典》2000版一部附錄規(guī)定方法進(jìn)行微生物限度檢測(cè)，驗(yàn)證工藝方案的可靠性。
3.2 結(jié)果
86批次約57噸樣品細(xì)菌滅菌率平均為95.17%，霉菌滅菌率平均為95.40%。其中細(xì)菌滅菌率zui高為99.93%，zui低滅菌率為92.89%；霉菌滅菌率zui高為100%，zui低為93.0%。
3.3 結(jié)論
臭氧滅菌工藝可靠，YFX—100型藥粉臭氧滅菌機(jī)性能穩(wěn)定，其滅菌效率符合中藥生產(chǎn)對(duì)入藥原生藥粉的微生物限度要求，而且效果穩(wěn)定?？捎糜谥兴幋笊a(chǎn)中對(duì)入藥生藥原粉的在線滅菌。
六、應(yīng)用前景及效益分析
本研究結(jié)果表明：中藥粉臭氧滅菌具有滅菌效率高，滅菌周期短，對(duì)中藥成分損壞小，對(duì)環(huán)境無污染等特點(diǎn)，特別是可在常溫常壓條件下進(jìn)行生藥粉的在線滅菌。因此將其應(yīng)用于中藥粉的滅菌，具有很強(qiáng)的可行性，并可產(chǎn)生較高的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。
1 中藥粉臭氧滅菌具有極大的應(yīng)用空間
我國(guó)現(xiàn)有藥品生產(chǎn)企業(yè)近6000家，其中中藥生產(chǎn)企業(yè)近4000家，對(duì)于直接入藥生藥原粉的滅菌大多采用傳統(tǒng)的滅菌方法，在實(shí)際運(yùn)行中存在諸多問題。鄭州中仁工貿(mào)有限公司生產(chǎn)的YFX系列藥粉臭氧滅菌設(shè)備，經(jīng)對(duì)河南大學(xué)制藥廠及省內(nèi)外十幾家藥廠的數(shù)百批樣品進(jìn)行滅菌處理的結(jié)果表明，設(shè)備操作簡(jiǎn)便，滅菌效果穩(wěn)定，加工費(fèi)用低于濕熱滅菌法、干熱滅菌法和60Co輻照滅菌法。特別是其可在常溫常壓條件下進(jìn)行生藥粉在線滅菌的優(yōu)勢(shì)，使該類設(shè)備可同上下游設(shè)備聯(lián)機(jī)操作，這是目前其它常用藥粉滅菌方法所*的。
2 中藥粉臭氧滅菌技術(shù)的應(yīng)用可產(chǎn)生極大的社會(huì)效益
2.1 提高中藥產(chǎn)品質(zhì)量，增強(qiáng)在市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)力。
臭氧滅菌技術(shù)的應(yīng)用，可通過改善中藥粉的滅菌方式，增加對(duì)直接入藥生藥原粉進(jìn)行滅菌處理的可行性，使其將微生物限度控制在較低的范圍內(nèi)，從而促使中成藥的相關(guān)質(zhì)量指標(biāo)進(jìn)一步提高。為中藥產(chǎn)品走出，增強(qiáng)在市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)力，起到巨大的推進(jìn)作用。
2.2 提升中藥制劑水平，促進(jìn)中藥生產(chǎn)的現(xiàn)代化
中藥粉氣懸浮逆流接觸動(dòng)態(tài)臭氧滅菌，通過同上下游設(shè)備的聯(lián)機(jī)運(yùn)行，進(jìn)行常溫常壓條件下的中藥粉在線滅菌操作，改變分散、繁瑣的中藥前處理工序組合，為實(shí)現(xiàn)中藥前處理設(shè)備的聯(lián)動(dòng)化和生產(chǎn)操作的自動(dòng)化，起到革命性的作用。
2.3 中藥粉臭氧滅菌技術(shù)的應(yīng)用可產(chǎn)生較大的經(jīng)濟(jì)效益
2.3.1 運(yùn)行成本分析
按每天2噸處理量計(jì)
機(jī)型：YFX－120
總功率：15KW（變頻控制，實(shí)際工作效率為10KW）
工作時(shí)間：20小時(shí)
耗電費(fèi)：20小時(shí)×0.4元/KW·H×10KW=80元
耗水費(fèi)：20小時(shí)×1.2元/m3×0.2 m3/H=4.8元
人工費(fèi)：1人×900元/月·人÷30天×2班=60元
氧氣費(fèi)：5瓶×12元/瓶=60元
合計(jì)：204.8元
機(jī)器維護(hù)費(fèi)：每年更換密封墊兩次，300元×2=600元
年運(yùn)行費(fèi)用（按360天計(jì)）：
年運(yùn)行費(fèi)用：360×204.8元/天+600元=74328元
注：若采用PSA制氧機(jī)提供氧氣源，運(yùn)行成本還會(huì)有較大幅度的下降。
2.3.2若采用60Co輻照，每噸輻照費(fèi)用為1200元左右，運(yùn)費(fèi)為50元/噸：
年運(yùn)行費(fèi)用=360天*2噸/天*（1200+50）/噸=900000元。
忽略工序安排，裝卸等浪費(fèi)大量的工時(shí)外，采用臭氧滅菌方法比60Co輻照每年可節(jié)省825672元。
2.3.3若采用蒸汽法，每噸的運(yùn)行費(fèi)用為300元，返工費(fèi)用約每噸30元；年維護(hù)費(fèi)用為5000元。
年運(yùn)行費(fèi)用=360天*2噸/天*330元/噸+5000元=242600
在加工工序中再烘干、粉碎、藥粉損失、有效成分損失等因素忽略不計(jì)的情況下，采用臭氧滅菌，每年可節(jié)省運(yùn)行費(fèi)用168272元。
2.3.4實(shí)例分析
采用臭氧滅菌方法后，按河南大學(xué)制藥廠每年需滅菌原生藥粉432噸計(jì)，可降低費(fèi)用約51.84萬(wàn)元；每噸藥粉的臭氧滅菌周期為11h，是60Co輻照滅菌周期的11.5%（60Co輻照滅菌周期為96h/噸）。采用臭氧滅菌方法后，每年可減少工時(shí)36720個(gè)（小時(shí)），降低生產(chǎn)成本22.95萬(wàn)元?？傆?jì)每年可產(chǎn)生直接經(jīng)濟(jì)效益74.79萬(wàn)元。
注：1、該課題屬河南省*立項(xiàng)課題，現(xiàn)已經(jīng)通過兩項(xiàng)（登記號(hào)9412003Y0940 ；9412004Y0014）省級(jí)專家鑒定，該設(shè)備已獲國(guó)家（號(hào)：ZL 03 2 15755.5）。
2、該課題組主要研發(fā)人員盧鵬偉（執(zhí)業(yè)藥師，碩士在讀），張啟明（執(zhí)業(yè)藥師，碩士在讀），何穎（執(zhí)業(yè)藥師）對(duì)本文的撰寫做了大量工作，在此表示深深的謝意！另，特別感謝中國(guó)藥科大學(xué)為該課題做出貢獻(xiàn)的專家、學(xué)者們。
作者簡(jiǎn)介：宋麗麗，女，河南大學(xué)藥學(xué)院副院長(zhǎng)、教授，河南大學(xué)制藥廠副廠長(zhǎng)。
通訊地址：開封市河南大學(xué)藥學(xué)院[475001]。
谷傳動(dòng)，男，工程師，鄭州中仁工貿(mào)有限公司總。
中藥粉臭氧氣懸浮逆流接觸動(dòng)態(tài)滅菌研究
宋麗麗 谷傳動(dòng)
摘要：本文對(duì)臭氧在中藥粉氣懸浮逆流接觸動(dòng)態(tài)滅菌進(jìn)行了滅菌工藝、滅菌效果、滅菌設(shè)備及對(duì)藥粉化學(xué)成分的影響等應(yīng)用可行性，作了系統(tǒng)闡述，通過和濕熱，干熱，60Co輻射及雙錐臭氧滅菌等方式進(jìn)行了對(duì)比分析，旨在為中藥粉滅菌提供一種科學(xué)、的設(shè)備和工藝方法。
主題詞：臭氧 氣懸浮 動(dòng)態(tài) 聯(lián)動(dòng) 大生產(chǎn) 現(xiàn)代化 正交實(shí)驗(yàn) 目標(biāo)成分 化學(xué)成分
一、研究目的
實(shí)現(xiàn)中藥現(xiàn)代化，全面提升中藥制劑水平，是國(guó)家“十五”科技規(guī)劃中提出的任務(wù)。當(dāng)前，中藥制劑生產(chǎn)質(zhì)量控制已成為實(shí)現(xiàn)中藥現(xiàn)代化的瓶頸問題，而衛(wèi)生指標(biāo)的控制又是確保中成藥尤其是以中藥粉末入藥制劑質(zhì)量的關(guān)鍵問題之一。為此，多年來國(guó)內(nèi)眾多專家致力于中藥滅菌技術(shù)這一課題的研究，以尋找殺菌*、藥效無損失或損失zui低，不產(chǎn)生毒素或未知物，造價(jià)低、操作方便、適合連續(xù)化生產(chǎn)的中藥滅菌方法。
在2000年版《中國(guó)藥典》一部收載的459種中藥成方或單味藥制劑中，含原生藥粉的品種為343種，占制劑總量的74.73%；而含原生藥粉制劑的微生物限度又高于其它制劑10～100倍之多。為此，尋找一種有效控制原生藥粉染菌量的技術(shù)，對(duì)確保中藥制劑的質(zhì)量，加快中藥制劑走向化十分必要。
我們以探索臭氧氣懸浮逆流接觸動(dòng)態(tài)滅菌技術(shù)在中藥粉滅菌方面的應(yīng)用為目的，對(duì)其設(shè)備、應(yīng)用方式、應(yīng)用可行性進(jìn)行了系統(tǒng)地研究。
二、行業(yè)現(xiàn)狀：
目前廣泛應(yīng)用的流通蒸汽、紅外線、干熱及化學(xué)（環(huán)氧乙烷）等傳統(tǒng)滅菌方法，雖有較好的滅菌效果，但易改變或影響中藥的活性成分或殘留一些毒性物質(zhì)，同時(shí)因其“熱”“濕”的問題，不便于操作和進(jìn)行生產(chǎn)流程的布局。近年來開始應(yīng)用的微波干燥滅菌、60Co輻射滅菌等*技術(shù)，為中藥滅菌提供了新的方式。但作為中藥生產(chǎn)流程中藥粉的滅菌受到諸多的限制。前者因滅菌依賴于熱效應(yīng)，對(duì)大部分熱敏成分藥粉不適合；而后者在控制輻射劑量不當(dāng)時(shí)，可致藥品中維生素破壞、變色、變味，甚至可能導(dǎo)致藥效下降及誘發(fā)致癌物質(zhì)，加上輻射設(shè)備復(fù)雜、防護(hù)要求高、造價(jià)昂貴又不易維修等不利因素，難以在實(shí)際生產(chǎn)中推廣應(yīng)用。
近期出現(xiàn)的把臭氧氣體通入雙錐或二維混合機(jī)中對(duì)藥粉進(jìn)行滅菌的嘗試，一方面因?yàn)槌粞鯘舛鹊姆植疾痪鶆?，?huì)因局部濃度過高而對(duì)藥粉的目標(biāo)成分和化學(xué)成分造成較大破壞；另一方面，藥粉和臭氧在此結(jié)構(gòu)下很難達(dá)到理想的接觸效果，存在滅菌死角。另外，滅菌時(shí)間過長(zhǎng)（3-4個(gè)小時(shí)）也存在很大的不足，一方面不適應(yīng)藥廠對(duì)滅菌工序上下道設(shè)備匹配，給生產(chǎn)調(diào)度帶來很大難題；另一方面，因?yàn)槌粞跏且环N很強(qiáng)的氧化劑，長(zhǎng)時(shí)間讓臭氧和藥粉接觸，會(huì)帶來臭氧對(duì)藥粉的目標(biāo)成分和化學(xué)成分造成很大破壞的不良后果。所以，這種簡(jiǎn)單的設(shè)計(jì)從理念上講存在很多不科學(xué)之處，難以在生產(chǎn)中實(shí)際應(yīng)用。
三、設(shè)備簡(jiǎn)介
1、工作原理:
中藥粉臭氧氣懸浮逆流接觸動(dòng)態(tài)滅菌機(jī)，采用真空上料，然后經(jīng)自動(dòng)投料裝置進(jìn)入混合懸浮箱，利用氣力混合器投加高純度、高濃度臭氧，使藥粉懸浮在混合懸浮箱內(nèi)，經(jīng)除塵裝置進(jìn)行氣粉分離，潔凈的氣體通過風(fēng)管經(jīng)風(fēng)機(jī)進(jìn)入氣力混合器進(jìn)行循環(huán)使用，從而達(dá)到消毒滅菌降解農(nóng)藥殘留等目的，并可實(shí)現(xiàn)藥粉的充分混合。
2、設(shè)備結(jié)構(gòu)示意圖
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| 滅菌室 |
| 粉體流化室 |
| 氣粉分離 |
| 高壓風(fēng)機(jī) |
| 過濾 |
| 尾氣處理 卸壓排氣 |
| 臭氧發(fā)生器 |
| 真空上料 |
| 臭氧氣源 |
| 真空出料 |
| 循環(huán)氣體 |
3、適用范圍
該機(jī)采用高純度、高濃度臭氧作處理方法；以達(dá)到充分混合、氣體循環(huán)利用為原則的氣粉混合裝置為主要處理手段；以封閉式、率的真空上料裝置為凈化保障；以自動(dòng)化控制與設(shè)備聯(lián)動(dòng)裝置為現(xiàn)代化和大生產(chǎn)提供工藝保證?？蓮V泛應(yīng)用于，中藥原粉、調(diào)味品、淀粉、蛋白粉、茶葉、脫水蔬菜等產(chǎn)品。能達(dá)到消毒滅菌，降解農(nóng)藥殘留，充分混合的功效，是傳統(tǒng)處理方式（蒸汽、微波、60Co輻照）的升級(jí)換代產(chǎn)品。
四、技術(shù)依據(jù)：
臭氧（OZONE）氣體屬?gòu)?qiáng)氧化劑，因具有廣譜的殺滅微生物作用，殺菌速度比氯快300～600倍，被食品界開發(fā)為一種安全、、無殘余污染的滅菌新技術(shù)而廣泛應(yīng)用。.臭氧的殺菌效力是在不穩(wěn)定的O3 O2+O－ 的分解瞬間完成，因此不形成任何的有害殘留。
臭氧滅菌技術(shù)（OZONE STERILATION TECHNOLOGY）自1840年由德國(guó)人發(fā)現(xiàn)臭氧并命名以來，主要應(yīng)用在水處理和食品加工業(yè)中，已有近100年的歷史。目前在發(fā)達(dá)國(guó)家被廣泛地應(yīng)用于水產(chǎn)養(yǎng)殖、食品加工、醫(yī)藥等領(lǐng)域。近年來我國(guó)在醫(yī)藥行業(yè)潔凈室的空氣凈化系統(tǒng)（HVAC）和水處理（WATER TREATEMENT）方面也得到廣泛的應(yīng)用。當(dāng)前臭氧被譽(yù)為世界上zui潔凈的消毒劑。其安全可靠性已得到充分的肯定。
1997年，美國(guó)電力研究院（ERPI）組織專家組對(duì)臭氧在食品加工方面的功效、應(yīng)用領(lǐng)域、安全性問題、毒理等進(jìn)行研究。結(jié)論表明：臭氧作為消毒殺菌劑應(yīng)用時(shí)，符合GRAS（通用安全標(biāo)準(zhǔn)）要求。根據(jù)該結(jié)論，美國(guó)FDA（食品與藥品管理局）放棄對(duì)食品加工使用臭氧的限制政策，確認(rèn)臭氧可作為一種食品添加劑安全、有效地應(yīng)用于食品加工。這對(duì)臭氧技術(shù)的應(yīng)用起到了很大的促進(jìn)作用。
五、試驗(yàn)方案與結(jié)果.
1 臭氧滅菌工藝研究
1.1 方案
依照臭氧滅菌的工作原理和影響滅菌效果的主要因素，結(jié)合中藥粉理化特性及滅菌要求，采用正交實(shí)驗(yàn)法，以臭氧濃度、滅菌時(shí)間、氣流速度、壓力、濕度、溫度為影響因素，以滅菌率和目標(biāo)成分破壞率為評(píng)價(jià)指標(biāo)，對(duì)臭氧滅菌工藝條件進(jìn)行系統(tǒng)地研究,以遴選工藝條件，包括滅菌方式、工藝流程和工藝參數(shù)。
1.2 結(jié)果
1.2.1 滅菌方式
采用粉體流化技術(shù)，以氣懸浮的方式使臭氧同中藥粉動(dòng)態(tài)逆向混懸接觸，進(jìn)行滅菌處理。
1.2.2 工藝流程
| 原藥材前處理 |
| 干燥（水分＜5%） |
| 粉 碎 |
| 過篩（100目） |
| 臭氧 氣源 |
| 臭氧發(fā)生器 |
| 粉體流化、滅菌室 |
| 真空上料機(jī) |
| 真空出料 |
| 高壓風(fēng)機(jī) 空氣過濾 |
| 卸壓排氣 尾氣處理 |
| |
| 真空上料 |
| 滅菌藥粉 |
1.2.3 工藝參數(shù)（部分）
滅菌時(shí)間：40min
臭氧氣源：氧氣（純度≥85%）
氣源露點(diǎn)：－40℃
滅菌溫度：≤40℃
1.2.4 滅菌工藝對(duì)中藥粉目標(biāo)成分的影響
1.2.4.1 目標(biāo)成分丹皮酚（牡丹皮）的含量損失率為6.98%。
1.2.4.2 目標(biāo)成分熊果酸（山茱萸）的含量損失率為4.82%。
1.2.4.3 目標(biāo)成分芍藥苷（白芍）的含量損失率為6.75%。
1.3 結(jié)論
采用粉體流化技術(shù)，進(jìn)行中藥粉動(dòng)態(tài)懸浮逆流接觸臭氧滅菌，并對(duì)主要工藝參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化組合，可有效地控制中藥粉細(xì)菌、霉菌含量?？梢杂行У亟档蜏缇幚磉^程中藥粉化學(xué)成分的損失率。
2 臭氧滅菌與常用滅菌方法的比較研究
2.1 方案
選擇熟地、山茱萸、山藥、牡丹皮、澤瀉、茯苓六味藥材的原生藥粉作樣品；分別用流通蒸汽滅菌（100℃、30min），干熱滅菌（100℃、8h），60Co輻射滅菌（10kGy、24h）和臭氧滅菌（參數(shù)見工藝參數(shù)）對(duì)樣品進(jìn)行滅菌處理。
采用X射線衍射法（XRD）和紅外光譜（IR）法，對(duì)上述樣品滅菌前后化學(xué)成分進(jìn)行光譜分析，提取相似度數(shù)據(jù)，采用Matlab 6.5自編聚類分析程序，對(duì)六個(gè)樣品檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行聚類分析；采用紫外分光光度法，分別測(cè)定牡丹皮生藥粉各滅菌處理樣品中目標(biāo)成分丹皮酚的含量損失率，并進(jìn)行比較分析。
2.2 結(jié)果
2.2.1 不同滅菌方法的滅菌效果
臭氧滅菌法對(duì)六個(gè)樣品的細(xì)菌滅菌率平均為95.24%，比干熱滅菌法高6.81%，稍低于60Co輻照滅菌法和濕熱滅菌法；霉菌滅菌率95.76%，比干熱滅菌法高1.53%，稍低于60Co輻照滅菌法和濕熱滅菌法，滅菌效果穩(wěn)定。
2.2.2 不同滅菌方法對(duì)樣品成分的影響
相似度和XRD聚類圖結(jié)果表明，由于不同物質(zhì)所含成分不同，不同滅菌方法對(duì)各藥材粉中化學(xué)成分的影響也不一樣。在滅菌效果一定的前提下，對(duì)藥材粉中化學(xué)成分的影響越小，表明滅菌方法越*，見表1 。
表1 不同滅菌方法對(duì)中藥粉成分影響比較表
| 藥材粉名稱 | 對(duì)六味中藥粉成分影響比較 |
| 熟地黃 | 60Co放射滅菌＜臭氧滅菌＜濕熱滅菌＜干熱滅菌 |
| 茯 苓 | 60Co放射滅菌＜干熱滅菌＜臭氧滅菌＜濕熱滅菌 |
| 丹 皮 | 60Co放射滅菌＜臭氧滅菌＜干熱滅菌＜濕熱滅菌 |
| 山 藥 | 60Co放射滅菌＜濕熱滅菌＜臭氧滅菌＜干熱滅菌 |
| 澤 瀉 | 臭氧滅菌＜干熱滅菌＜濕熱滅菌＜60Co放射滅菌 |
| 山茱萸 | 60Co放射滅菌＜臭氧滅菌＜干熱滅菌＜濕熱滅菌 |
2.2.3 不同滅菌方法對(duì)目標(biāo)成分丹皮酚和熊果酸含量的影響
選擇牡丹皮原生藥粉中的丹皮酚和山茱萸原生藥粉中的熊果酸作為目標(biāo)成分，測(cè)定其在滅菌前后原生藥粉中的含量，考察滅菌前后目標(biāo)成分的損失率。臭氧滅菌后目標(biāo)成分丹皮酚的損失率為7.06%，比濕熱滅菌降低28.21%，比干熱滅菌降低16.82%；目標(biāo)成分山茱萸的損失率為4.63%，分別比濕熱滅菌和干熱滅菌降低0.25%和0.64%。
2.3 結(jié)論
試驗(yàn)結(jié)果表明，臭氧滅菌效果穩(wěn)定，其結(jié)果明顯優(yōu)于干熱滅菌法；對(duì)藥材粉中化學(xué)成分的影響較小，其*性和60Co輻射滅菌相當(dāng)。而與60Co輻照滅菌相比，又具有滅菌周期短、無輻照污染、操作簡(jiǎn)便等優(yōu)點(diǎn)。
3 臭氧滅菌法工藝驗(yàn)證與生產(chǎn)應(yīng)用
3.1 方案
應(yīng)用YFX-100型藥粉臭氧滅菌機(jī)，按照篩選確定的工藝方案，對(duì)河南大學(xué)制藥廠2002年10月至2003年10月間，明目*等70批次產(chǎn)品入藥原生藥粉，及豫西藥業(yè)公司、三門峽第三制藥廠等16批次原生藥粉進(jìn)行臭氧滅菌處理，并按《中華人民共和國(guó)藥典》2000版一部附錄規(guī)定方法進(jìn)行微生物限度檢測(cè)，驗(yàn)證工藝方案的可靠性。
3.2 結(jié)果
86批次約57噸樣品細(xì)菌滅菌率平均為95.17%，霉菌滅菌率平均為95.40%。其中細(xì)菌滅菌率zui高為99.93%，zui低滅菌率為92.89%；霉菌滅菌率zui高為100%，zui低為93.0%。
3.3 結(jié)論
臭氧滅菌工藝可靠，YFX—100型藥粉臭氧滅菌機(jī)性能穩(wěn)定，其滅菌效率符合中藥生產(chǎn)對(duì)入藥原生藥粉的微生物限度要求，而且效果穩(wěn)定?？捎糜谥兴幋笊a(chǎn)中對(duì)入藥生藥原粉的在線滅菌。
六、應(yīng)用前景及效益分析
本研究結(jié)果表明：中藥粉臭氧滅菌具有滅菌效率高，滅菌周期短，對(duì)中藥成分損壞小，對(duì)環(huán)境無污染等特點(diǎn)，特別是可在常溫常壓條件下進(jìn)行生藥粉的在線滅菌。因此將其應(yīng)用于中藥粉的滅菌，具有很強(qiáng)的可行性，并可產(chǎn)生較高的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。
1 中藥粉臭氧滅菌具有極大的應(yīng)用空間
我國(guó)現(xiàn)有藥品生產(chǎn)企業(yè)近6000家，其中中藥生產(chǎn)企業(yè)近4000家，對(duì)于直接入藥生藥原粉的滅菌大多采用傳統(tǒng)的滅菌方法，在實(shí)際運(yùn)行中存在諸多問題。鄭州中仁工貿(mào)有限公司生產(chǎn)的YFX系列藥粉臭氧滅菌設(shè)備，經(jīng)對(duì)河南大學(xué)制藥廠及省內(nèi)外十幾家藥廠的數(shù)百批樣品進(jìn)行滅菌處理的結(jié)果表明，設(shè)備操作簡(jiǎn)便，滅菌效果穩(wěn)定，加工費(fèi)用低于濕熱滅菌法、干熱滅菌法和60Co輻照滅菌法。特別是其可在常溫常壓條件下進(jìn)行生藥粉在線滅菌的優(yōu)勢(shì)，使該類設(shè)備可同上下游設(shè)備聯(lián)機(jī)操作，這是目前其它常用藥粉滅菌方法所*的。
2 中藥粉臭氧滅菌技術(shù)的應(yīng)用可產(chǎn)生極大的社會(huì)效益
2.1 提高中藥產(chǎn)品質(zhì)量，增強(qiáng)在市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)力。
臭氧滅菌技術(shù)的應(yīng)用，可通過改善中藥粉的滅菌方式，增加對(duì)直接入藥生藥原粉進(jìn)行滅菌處理的可行性，使其將微生物限度控制在較低的范圍內(nèi)，從而促使中成藥的相關(guān)質(zhì)量指標(biāo)進(jìn)一步提高。為中藥產(chǎn)品走出，增強(qiáng)在市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)力，起到巨大的推進(jìn)作用。
2.2 提升中藥制劑水平，促進(jìn)中藥生產(chǎn)的現(xiàn)代化
中藥粉氣懸浮逆流接觸動(dòng)態(tài)臭氧滅菌，通過同上下游設(shè)備的聯(lián)機(jī)運(yùn)行，進(jìn)行常溫常壓條件下的中藥粉在線滅菌操作，改變分散、繁瑣的中藥前處理工序組合，為實(shí)現(xiàn)中藥前處理設(shè)備的聯(lián)動(dòng)化和生產(chǎn)操作的自動(dòng)化，起到革命性的作用。
2.3 中藥粉臭氧滅菌技術(shù)的應(yīng)用可產(chǎn)生較大的經(jīng)濟(jì)效益
2.3.1 運(yùn)行成本分析
按每天2噸處理量計(jì)
機(jī)型：YFX－120
總功率：15KW（變頻控制，實(shí)際工作效率為10KW）
工作時(shí)間：20小時(shí)
耗電費(fèi)：20小時(shí)×0.4元/KW·H×10KW=80元
耗水費(fèi)：20小時(shí)×1.2元/m3×0.2 m3/H=4.8元
人工費(fèi)：1人×900元/月·人÷30天×2班=60元
氧氣費(fèi)：5瓶×12元/瓶=60元
合計(jì)：204.8元
機(jī)器維護(hù)費(fèi)：每年更換密封墊兩次，300元×2=600元
年運(yùn)行費(fèi)用（按360天計(jì)）：
年運(yùn)行費(fèi)用：360×204.8元/天+600元=74328元
注：若采用PSA制氧機(jī)提供氧氣源，運(yùn)行成本還會(huì)有較大幅度的下降。
2.3.2若采用60Co輻照，每噸輻照費(fèi)用為1200元左右，運(yùn)費(fèi)為50元/噸：
年運(yùn)行費(fèi)用=360天*2噸/天*（1200+50）/噸=900000元。
忽略工序安排，裝卸等浪費(fèi)大量的工時(shí)外，采用臭氧滅菌方法比60Co輻照每年可節(jié)省825672元。
2.3.3若采用蒸汽法，每噸的運(yùn)行費(fèi)用為300元，返工費(fèi)用約每噸30元；年維護(hù)費(fèi)用為5000元。
年運(yùn)行費(fèi)用=360天*2噸/天*330元/噸+5000元=242600
在加工工序中再烘干、粉碎、藥粉損失、有效成分損失等因素忽略不計(jì)的情況下，采用臭氧滅菌，每年可節(jié)省運(yùn)行費(fèi)用168272元。
2.3.4實(shí)例分析
采用臭氧滅菌方法后，按河南大學(xué)制藥廠每年需滅菌原生藥粉432噸計(jì)，可降低費(fèi)用約51.84萬(wàn)元；每噸藥粉的臭氧滅菌周期為11h，是60Co輻照滅菌周期的11.5%（60Co輻照滅菌周期為96h/噸）。采用臭氧滅菌方法后，每年可減少工時(shí)36720個(gè)（小時(shí)），降低生產(chǎn)成本22.95萬(wàn)元?？傆?jì)每年可產(chǎn)生直接經(jīng)濟(jì)效益74.79萬(wàn)元。
注：1、該課題屬河南省*立項(xiàng)課題，現(xiàn)已經(jīng)通過兩項(xiàng)（登記號(hào)9412003Y0940 ；9412004Y0014）省級(jí)專家鑒定，該設(shè)備已獲國(guó)家（號(hào)：ZL 03 2 15755.5）。
2、該課題組主要研發(fā)人員盧鵬偉（執(zhí)業(yè)藥師，碩士在讀），張啟明（執(zhí)業(yè)藥師，碩士在讀），何穎（執(zhí)業(yè)藥師）對(duì)本文的撰寫做了大量工作，在此表示深深的謝意！另，特別感謝中國(guó)藥科大學(xué)為該課題做出貢獻(xiàn)的專家、學(xué)者們。
作者簡(jiǎn)介：宋麗麗，女，河南大學(xué)藥學(xué)院副院長(zhǎng)、教授，河南大學(xué)制藥廠副廠長(zhǎng)。
通訊地址：開封市河南大學(xué)藥學(xué)院[475001]。
谷傳動(dòng)，男，工程師，鄭州中仁工貿(mào)有限公司總。