超微粉碎技術(shù)及應(yīng)用
濟(jì)南達(dá)微機(jī)械有限公司 木子琪
超微粉碎是近20年迅速發(fā)展起來(lái)的一項(xiàng)，能把原材料加一成微米甚至納米級(jí)的微粉，已經(jīng)在各行各業(yè)得到了廣泛的應(yīng)用。鑒于粉碎是中藥生產(chǎn)及應(yīng)用中的基本加工技術(shù)，超微粉碎已愈來(lái)愈引起人們的關(guān)注，雖然起步較晚，開發(fā)研制的品種相對(duì)較少，但已顯露出*的優(yōu)勢(shì)和廣闊的應(yīng)用前景。
1. 超微粉碎技術(shù)概述
超微粉碎技術(shù)是粉體工程中的一項(xiàng)重要內(nèi)容，包括對(duì)粉體原料的超微粉碎，高精度的分級(jí)和表面活性改變等內(nèi)容。據(jù)原料和成品顆粒的大小或粒度，粉碎可分為粗粉碎，細(xì)粉碎，微粉碎和超微粉碎，這是一個(gè)大概的分類。值得注意的是，各國(guó)各行業(yè)由于超微粉體的用途，制備方法和技術(shù)水平的差別，對(duì)超微粉體的粒度有不同的劃分。
超微粉碎機(jī)一般為無(wú)篩式粉碎機(jī)，粉碎物料粒度由氣流速度控制，粉碎粒度要求95％通過(guò)0.15mm（100目），一般用于特種水產(chǎn)餌料或水產(chǎn)開口餌料，超微粉碎通常由超微粉碎機(jī)、氣力輸送、分級(jí)機(jī)配套來(lái)完成。原料的粉碎粒度非常細(xì)，可能顯示出意想不到的特性，但也帶來(lái)了比較多的問(wèn)題，如靜電吸附，物料的流動(dòng)性差，粉碎消耗的能量大，提高了生產(chǎn)成本，對(duì)加工操作的影響比較大，這些不利影響可以采取不同的方法加以克服（如改變飼料加工工藝）。
超微粉碎通過(guò)對(duì)物料的沖擊，碰撞，剪切，研磨，分散等手段而實(shí)現(xiàn)。傳統(tǒng)粉碎中的擠壓粉碎方法不能用于超微粉碎，否則會(huì)產(chǎn)生造粒效果。選擇粉碎方法時(shí)，須視粉碎物料的性質(zhì)和所要求的粉碎比而定，尤其是被粉碎物料的物理和化學(xué)性能具有很大的決定作用，而其中物料的硬度和破裂性更居首要地位，對(duì)于堅(jiān)硬和脆性的物料，沖擊很有效；而對(duì)中藥材用研磨和剪切方法則較好。實(shí)際上，任何一種粉碎機(jī)器都不是單純的某一種粉碎機(jī)理，一般都是由兩種或兩種以上粉碎機(jī)理聯(lián)合起來(lái)進(jìn)行粉碎，如氣流粉碎機(jī)是以物料的相互沖擊和碰撞進(jìn)行粉碎；高速?zèng)_擊式粉碎機(jī)是沖擊和剪切起粉碎作用；振動(dòng)磨，攪拌磨和球磨機(jī)的粉碎機(jī)理則主要是研磨，沖擊和剪切；而膠體磨的工作過(guò)程主要通過(guò)高速旋轉(zhuǎn)的磨體與固定磨體的相對(duì)運(yùn)動(dòng)所產(chǎn)生的強(qiáng)烈剪切，摩擦，沖擊等等。
2. 常用超微粉碎設(shè)備
2.1 機(jī)械沖擊式粉碎機(jī)粉碎效率高,粉碎比大，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，運(yùn)轉(zhuǎn)穩(wěn)定，適合于中，軟硬度物料的粉碎這種粉碎機(jī)不僅具有沖擊和摩擦兩種粉碎作用，而且還具有氣流粉碎作用，超細(xì)粉體產(chǎn)品沖擊式粉碎機(jī)由于是高速運(yùn)轉(zhuǎn)，要產(chǎn)生磨損問(wèn)題，此外還有發(fā)熱問(wèn)題，對(duì)熱敏性物質(zhì)的粉碎要莊意采取適宜措施。浙江睞州市特種粉碎設(shè)備廠生產(chǎn)的系列粉碎機(jī)加大風(fēng)量輸送物料，傳熱效果好，粉碎區(qū)域溫度較低，可用于某些熱敏性物料的粉碎川。
2.2 氣流粉碎機(jī)是以壓縮空氣或過(guò)熱蒸汽通過(guò)噴嘴產(chǎn)生的超音速高湍流氣流作為顆粒的載體，顆粒與顆粒之間或顆粒與固定板之間發(fā)生沖擊性擠壓，摩擦和剪切等作用，從而達(dá)到粉碎的目的。與普通機(jī)械沖擊式超微粉碎機(jī)相比，氣流粉碎機(jī)可將產(chǎn)品粉碎得很細(xì)，粒度分布范圍更窄，即粒度更均勻；又因?yàn)闅怏w在噴嘴處膨脹可降溫，粉碎過(guò)程沒(méi)有伴生熱量，所以粉碎溫升很低。這一特性劉于低熔點(diǎn)和熱敏性物料的超微粉碎特別重要。但也存在一此問(wèn)題：設(shè)備制造成本高，一次性投資大，能耗高，能量利川率只有2%左右，般認(rèn)為要高出其它粉碎方法數(shù)倍，因而粉體加工成本太大，這就使得它在這一領(lǐng)域的使用受到了一定的限制：同時(shí)，它難以實(shí)現(xiàn)亞微米級(jí)產(chǎn)品粉碎。
2.3 普通球磨機(jī)是用于超微粉碎的傳統(tǒng)設(shè)備，其特點(diǎn)是粉碎比大，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，機(jī)械可靠性強(qiáng)，磨損零件容易檢查和更換，工藝成熟，適應(yīng)性強(qiáng)，產(chǎn)品粒度小。但當(dāng)產(chǎn)品粒度要達(dá)到201μｍ以下時(shí)，效率低，耗能大，加工時(shí)間長(zhǎng)。例如，將珍珠磨到幾百目，要十幾個(gè)小時(shí)。
2.4 振動(dòng)磨振動(dòng)磨是用彈簧支撐磨機(jī)體，由帶有偏心塊的主軸使其振動(dòng)，運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)通過(guò)介質(zhì)和物料的起振動(dòng)，將物料進(jìn)行粉碎，其特點(diǎn)是介質(zhì)填充率高，單位時(shí)間內(nèi)的作用次數(shù)高（沖擊次數(shù)為球磨機(jī)的4-5倍），因而其效率比普通球磨機(jī)高10-20倍，而能耗比其低數(shù)倍。通過(guò)調(diào)節(jié)振動(dòng)的振幅，振動(dòng)頻率，介質(zhì)類型。振動(dòng)磨產(chǎn)品的平均粒徑可達(dá)2-3μｍ以下,對(duì)于脆性較大的物質(zhì)可比較容易的得到亞微米級(jí)產(chǎn)品。近年來(lái)通過(guò)實(shí)踐，振動(dòng)磨日益受到重視，原因就是振動(dòng)磨對(duì)某些物料產(chǎn)品粒度可達(dá)到亞微米級(jí)，同時(shí)有較強(qiáng)的機(jī)械化學(xué)效應(yīng)，且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，能耗較低，磨粉效率高，易于工業(yè)規(guī)模生產(chǎn)。
2.5 攪拌磨是在球磨機(jī)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，同普通球磨機(jī)相比，攪拌磨采用高轉(zhuǎn)速和高介質(zhì)充填率及小介質(zhì)尺寸，獲得了高的功率密度，使細(xì)物料研磨時(shí)間大大縮短，是超微粉碎機(jī)中能量利用率zui高，很有發(fā)展前途的種設(shè)備。攪拌磨在加工小于20μｍ的物料時(shí)效率大大提高，成品的平均粒度zui小可達(dá)到數(shù)微米。高功率密度（高轉(zhuǎn)速）攪拌磨機(jī)可用于zui大粒度小于微米以下產(chǎn)品，在顏料、陶瓷、造紙、涂料、化工產(chǎn)品中已獲得了成功。目前高功率密度攪拌磨在工業(yè)上的大規(guī)模應(yīng)用有處理zui小和磨損成本高兩大難題。隨著高性能耐磨材料的出現(xiàn)，相信這些問(wèn)題都能得到解決。
3. 超微粉碎技術(shù)在中藥加工中的應(yīng)用
3.1 超微粉碎在中藥加工中的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)中藥的超微粉碎，當(dāng)前主要指細(xì)胞級(jí)微粉碎。"細(xì)胞級(jí)微粉碎"是指以動(dòng)植物類藥材細(xì)胞破壁為目的的粉碎作業(yè)，運(yùn)用現(xiàn)代超微粉碎技術(shù)，在該細(xì)度條件下一般藥材細(xì)胞的破壁率達(dá)95% 。中藥細(xì)胞破壁后，表現(xiàn)出如下優(yōu)勢(shì)：
（1）增加藥物吸收率，提高其生物利用度。
藥物粒子的大小及粉體的結(jié)構(gòu)是影響藥物吸收的重要因素。中藥經(jīng)過(guò)超微處理后，其粒度更加細(xì)微均勻，比表面積增加，孔隙率增大，藥物能較好地分散，溶解在胃腸液，且與胃腸枯膜的接觸面積增大，更易被胃腸道吸收，無(wú)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)到原來(lái)的藥效，對(duì)于礦物類藥材，相當(dāng)于一部分為水不溶性物質(zhì)，經(jīng)超微處理后，由于粒度大大減小，可加決其在體內(nèi)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，提高藥效。
在超微粉碎過(guò)程中，經(jīng)控制可不產(chǎn)生過(guò)熱現(xiàn)象，甚至可在低溫狀態(tài)下進(jìn)行，井且粉碎速度快，有利于保留不耐高溫的生物活性成分及各種營(yíng)養(yǎng)成分，從而提高藥效如珍珠，用傳統(tǒng)方法加工會(huì)破壞其部分成分，而在-67℃左右的低溫條件下進(jìn)行超微粉碎，能比較完整地保留有效成分，增強(qiáng)其延緩衰老的作用。靈芝含有豐富的氨基酸和微量元素，具有激活免疫功能，抗腫瘤，抗血栓等作用，超微粉碎后，療效發(fā)揮更加*；
（3）節(jié)省原料，便于應(yīng)用。
中藥經(jīng)超微粉碎后，可用較小劑量，獲得原處方療效，一般藥物，經(jīng)超微粉碎后可不再經(jīng)過(guò)浸提，煎煮等處理，減少了生產(chǎn)環(huán)節(jié)中有效成分的損失，zui大限度地利用了原材料，因此該技術(shù)尤宜十珍貴稀有中藥的粉碎，并且由于細(xì)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閉無(wú)粉塵的系統(tǒng)中進(jìn)行的，可有效避免外界污染，使產(chǎn)品的微生物含量及灰塵得以控制。
3.2 中藥超微粉碎研究現(xiàn)狀在劉中藥進(jìn)行細(xì)胞級(jí)微粉碎的研究中，前述的兒種超微粉碎設(shè)備都有人在進(jìn)行探索，并取得了可喜的進(jìn)展。
球磨機(jī)由于生產(chǎn)效率低，粉碎時(shí)間長(zhǎng)，在中藥的超微粉碎中一般不采用。利用攪拌磨對(duì)中藥進(jìn)行超微粉碎見報(bào)道的也不多。南京理工大學(xué)江蘇省超細(xì)粉體工程技術(shù)研究中心開發(fā)出了Lc型攪拌研磨機(jī)系統(tǒng)，該機(jī)內(nèi)裝有特殊機(jī)構(gòu)，可防止?jié){料沉底，不會(huì)形成 "死區(qū)"，利用機(jī)械式?jīng)_擊粉碎機(jī)對(duì)中藥進(jìn)行細(xì)胞級(jí)微粉碎，尤其對(duì)丁脆性糖類和膠質(zhì)的粉碎以及對(duì)淀粉的解離，一把要求沖擊線速度在120 m/s以上，而傳統(tǒng)的沖擊式粉碎機(jī)沖擊線速度為50 m/s左右，故如想利用必須加以改進(jìn)。國(guó)內(nèi)目前在這方面做的比較好的單位有：無(wú)錫輕工業(yè)大學(xué)研制成功的機(jī)械剪切式超微粉碎機(jī)能地使纖維微?；?，成功地用*豆全粉，綠豆全粉的生產(chǎn)。浙江省嫌州機(jī)械將高精度渦輪式分級(jí)和高速?zèng)_擊微粉碎機(jī)相結(jié)合，開發(fā)出新一代節(jié)能CWJ超微粉碎機(jī)，比較成功的解決了粉碎過(guò)程中的溫升問(wèn)題，粉碎粒度達(dá)10μｍ以下。粒度無(wú)級(jí)可調(diào)，粒度分布窄。在氣流粉碎機(jī)的研究方面，南京理工大學(xué)江蘇省超細(xì)粉體工程技術(shù)研究中心研制的超音速氣流超細(xì)粉碎分級(jí)系統(tǒng)，集多噴管技術(shù)，流化床技術(shù)及臥氏分
級(jí)系統(tǒng)于一體，具有良好的白動(dòng)分級(jí)功能，產(chǎn)品粒度細(xì)而且均勻，不過(guò)，一般認(rèn)為，氣流粉碎機(jī)在粉碎纖維性，韌性中藥比較困難，尤其在粉碎作業(yè)時(shí)存在相對(duì)高速氣流，將藥物的揮發(fā)份帶走，造成藥效損失，所以只適合具有一定脆性的化學(xué)品微粉碎，或礦物中藥的粉碎，而不適用于動(dòng)植物中藥的超微粉碎。在中藥的超微粉碎中，振動(dòng)磨是被國(guó)內(nèi)外研究得zui多，應(yīng)用zui廣泛的一種設(shè)備，因其有望將藥物磨到亞微米級(jí)，而且效率很高，被認(rèn)為是的設(shè)備。與前德國(guó)、日本對(duì)動(dòng)植物藥的超微粉碎多選用振動(dòng)磨，我國(guó)學(xué)者在這方面也已經(jīng)取得了不少成果，濟(jì)南達(dá)微機(jī)械有限公司研制的新型第四代振動(dòng)磨可在很短的時(shí)間內(nèi)使藥材達(dá)到理想的粉碎效果，并可使物料達(dá)到精密的混合（分散）效果。該公司在山東省K藥工業(yè)研究所聯(lián)合，試驗(yàn)了數(shù)百種中藥的超微粉碎，并且在P-環(huán)糊精包合及生藥膏劑等方面作了有益的嘗試。華中科技大學(xué)材料學(xué)院在超微粉碎技術(shù)領(lǐng)域經(jīng)過(guò)多年研究，開發(fā)出具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的超微粉碎設(shè)備，其中深冷振動(dòng)研磨設(shè)備是對(duì)各類中藥進(jìn)行超微粉碎獲得微米、亞微米中藥微粉的理想設(shè)備。該設(shè)備是在借鑒了國(guó)外振動(dòng)磨研究的技術(shù)，采川空氣彈簧減振，將深冷環(huán)境引人其中開發(fā)出來(lái)的磨機(jī)采用機(jī)械制冷和液氮深冷雙重制冷技術(shù)，并采用回冷循環(huán)，具有效率高，制冷速度快，液氮消耗少，性能可靠等優(yōu)點(diǎn)，工作溫度-150℃常溫連續(xù)可調(diào)，如果不使用液氮，則可在-40℃常溫下連續(xù)工作該院已經(jīng)與湖北省中醫(yī)藥研究院和某制藥廠合作，進(jìn)行了上百種中藥的超微粉碎，結(jié)果都比較成功。在中藥行業(yè)中具有較好的應(yīng)用前景。
4. 超微粉碎技術(shù)在粉茶加工中的應(yīng)用
超微粉茶加工技術(shù)是“八五”期間中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院茶葉研究所開發(fā)的新型茶加工技術(shù)之一，其種類有綠茶粉、紅茶粉、烏龍茶粉等，被廣泛應(yīng)用于食品添加，變“喝茶”為“吃茶”。當(dāng)前應(yīng)用zui廣泛的是綠茶粉，其關(guān)鍵加工技術(shù)為：一是對(duì)鮮葉原料采用保綠手段，加工成色澤綠翠的干毛茶；二是使用超微粉碎技術(shù)，將茶葉粉碎成300目以下，約60μｍ的微細(xì)粉末，并保持茶葉的原有色澤。超微粉茶因?yàn)榱６群芗?xì)，添加于食品中，吃在口中不會(huì)有任何粒度的感覺(jué)，故可使食品中既富含茶葉的營(yíng)養(yǎng)和保健成分，又使原來(lái)舍棄的纖維素等得以利用，同時(shí)還賦予了食品天然綠色，等于添加了綠色色素，形成具有特殊風(fēng)格的茶葉食品。
超微綠茶粉所使用的保綠手段，一是在鮮葉中添加保綠劑；二是使用蒸青方式殺青，生產(chǎn)出色澤綠翠的蒸烘青綠茶。
超微茶粉加工的關(guān)鍵設(shè)備是LF型超微粉碎機(jī)組，當(dāng)茶葉顆粒經(jīng)進(jìn)料口螺旋送入粉碎室內(nèi)，受到粉碎盤的高速?zèng)_擊和剪切，同時(shí)也受到渦流產(chǎn)生的高頻振動(dòng)而被粉碎。粉碎后的粉體在負(fù)壓作用下越過(guò)分流錐套進(jìn)入分級(jí)室。由于分級(jí)輪的高速旋轉(zhuǎn)，粉體同時(shí)受空氣動(dòng)力和離心力的作用。當(dāng)離心力＞空氣動(dòng)力時(shí)，說(shuō)明粉體還大于要求的分級(jí)粒徑粉粒細(xì)度，即被甩至錐套返回粉碎室繼續(xù)粉碎，而粉碎合格的粉體此時(shí)空氣動(dòng)力＞離心力受動(dòng)力作用，進(jìn)入集料管道后到輔機(jī)被排出，收集后成為超微粉茶成品。
5. 結(jié)束語(yǔ)
中藥進(jìn)行細(xì)胞級(jí)微粉碎后，能增加藥物吸收率，提高其生物利用度；有利于保留牛物活性成分，提高藥效；節(jié)省原料，便于應(yīng)用。在各種超微粉碎設(shè)備中，振動(dòng)磨由于可能的將藥物粉碎到亞微米級(jí)，被認(rèn)為是對(duì)中藥進(jìn)行超微粉碎，zui有前途的設(shè)備。中藥粉碎過(guò)程中一個(gè)難題是溫升問(wèn)題，利用冷卻裝置進(jìn)行低溫粉碎將使草為粉碎技術(shù)更加成熟。
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