细胞破壁技术

中药制剂中细胞破壁技术探讨

【摘要】 目的:探讨可用于植物细胞破壁的中药制剂新技术。方法:查阅相关文献, 分析总结中药制剂中可用于细胞破壁新技术的特点。结果与结论:超微粉碎、超声波提取、微波萃取、酶法提取等方法是可用于植物细胞破壁的技术。细胞破壁后有利于中药有效成分的溶出速率和溶出率的提高。

【关键词】 细胞破壁； 超微粉碎； 超声波提取； 微波萃取； 酶法提取；

【Abstract 】 OBJECTIVE:To discussion new technology of traditional Chinese medicine which can be used in the area of cell wall-broken.METHODS:Relevant literatures were reviewed to summarize the characteristics of new technology of traditional Chinese medicine in the area of cell wall-broken.RESULTS&CONCLUSIONS:Ultra-fine powder,Ultrasonic extraction,Microwave-assisted extraction and Enzymatic extraction are new technologies which can be used in the area of cell wall-broken of plants.Cell wall-broken technology contributes to the improvement of dissolution rate and dissolution velocity of effective components of traditional Chinese medicine. 还原 【Key words】 Cell wall-broken； Ultra-fine powder； Ultrasonic extraction； Microwave

细胞破壁是一种超微粉剂加工技术，中药若采用常规方式粉碎，其单个粒子常由数个或数十个所组成，细胞的破壁率极低。中药材细胞破壁超微粉碎加工技术可以把药材有效成分充分释放出来。细胞破壁后，细胞内的水份油份迁出，使微粒子表面呈现出半湿润状态，粒子和粒子之间会形成稳定的粒子团，每个粒子团都包含相同比例的中药成分。该粒子团的物理结构随组份中各成分HLB 值（亲水，亲油平衡值）、延展性、破碎性、比重等不同组合和不同的相互作用而不同。这种结构有利于人体对中药的吸收和利用。中药脂溶性增强，轻易穿过脂膜，可以迅速提人体内的血药浓度，达到治愈的目的。

采用细胞破壁技术，首先，可以增加药物和食物的吸收率，提高其生物利用度。中药经过超微处理后，药物能较好地分散、溶解在胃肠液里，且与胃肠粘膜的接触面积增大，更易被胃肠道吸收，从而大大提高了生物利用度。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，由于其粒度大大减小，可加快其在体内的溶解、吸收速度，提高其吸收量。 其次，有利于保留生物活性成分，提高药效，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。

最后，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。

我国向有" 医食同源，药食同源" 之说，药食同源在历史上早有记载。" 食疗" 是保健理论中的精髓。如今人们的自我保健意识在日益增强，对于延年益寿、永葆青春有了更强烈的愿望，" 医食同源，药食同源" 的这一古老

的概念，又一次赋于了人们追求回归大自然的新的含义。随着我国医疗模式由单纯的治疗向预防、治疗、康复、保健复合型模式转变，可将某些药食两用的中药加工成超微细粉，制成各种功能性食品，服务于全人类。 应用该技术生产的产品具有六大特点：第一是中药细胞破壁后，它所具有的良好的吸收性、溶解性、化学活性、生物活性等优点，对人体有极好的利用价值。第二是中药细胞破壁后，使传统的中药在生产、治疗、创新、使用上发生了革命性的变化。第三是解决了重要长期困扰相关产业发展的一个难题——使用复杂、费时和不方便。利用这项技术可制成免煎中药，使用简单方便，又减少了用药量。第四是降低了人体体内的药物残留，还可以改善药物品质，利于人类健康，为这些行业产品出口创造了良好条件。第五可以改善中药的卫生质量，在对中药进行细胞破壁超微粉碎时，与细胞尺度相当的虫卵也会被杀死，从而减轻了病虫害对中药材的污染与损害，使得超微中药具有纯天然性，保证了中药成分的完整性与安全性。第六是利于环保、绿化和植被保护，对中药产业的长期和可持续发展起到了巨大作用。细胞破壁技术可节约中药40%~60%，个别中药可提高4倍的药效，因此，中药细胞破壁技术将使工业生产提升巨大的经济效益和社会效益。

此项技术能广泛应用于保健品、副食品、食品、医药、饮料、化妆品、畜牧等行业，市场前景和发展空间极为广阔。

半生缘冬虫夏草口服液采用细胞破壁技术，促使细胞内有效活性物质溶出，易于被人体全面吸收！提取的虫草精华具有阴阳同补功效，药性平和、温而不燥、补而不滞，尤其适合体质虚弱和免疫力低下者服用。

2现国内外有哪些破壁技术

分离膜是指能以特定形式限制和传递流体物质的分隔两相或两部分的界面。膜的形式可以是固态的，也可以是液态的。被膜分割的流体物质可以是液态的，也可以是气态的。膜至少具有两个界面，膜通过这两个界面与被分割的两侧流体接触并进行传递。分离膜对流体可以是完全透过性的，也可以是半透过性的，但不能是完全不透过性的。膜在生产和研究中的使用技术被称为膜技术。

随着科学技术的迅猛发展和人类对物质利用广度的开拓，物质的分离已成为重要的研究课题。分离的类型包括同种物质按不同大小尺寸的分离；异种物质的分离；不同物质状态的分离等。

在化工单元操作中，常见的分离方法有筛分、过滤、蒸馏、蒸发、重结晶、萃取、离心分离等。然而，对于高层次的分离，如分子尺寸的分离、生物体组分的分离等，采用常规的分离方法是难以实现的，或达不到精度，或需要损耗极大的能源而无实用价值。

具有选择分离功能的高分子材料的出现，使上述的分离问题迎刃而解。膜分离过程的主要特点是以具有选择透过性的膜作为分离的手段，实现物质分子尺寸的分离和混合物组分的分离。膜分离过程的推动力有浓度差、压力差和电位差等。膜分离过程可概述为以下三种形式：

① 渗析式膜分离 料液中的某些溶质或离子在浓度差、电位差的推动下，透过膜进入接受液中，从而被分离出去。属于渗析式膜分离的有渗析和电渗析等；

② 过滤式膜分离 利用组分分子的大小和性质差别所表现出透过膜的速率差别，达到组分的分离。属于过滤式膜分离的有超滤、微滤、反渗透和气体渗透等；

③ 液膜分离 液膜与料液和接受液互不混溶，液液两相通过液膜实现渗透，类似于萃取和反萃取的组合。溶质从料液进入液膜相当于萃取，溶质再从液膜进入接受液相当于反萃取。 膜分离技术是利用膜对混合物中各组分的选择渗透性能的差异来实现分离、提纯和浓缩的新型分离技术。膜分离过程的共同优点是成本低、能耗少、效率高、无污染并可回收有用物质，特别适合于性质相似组分、同分异构体组分、热敏性组分、生物物质组分等混合物的分离，因而在某些应用中能代替蒸馏、萃取、蒸发、吸附等化工单元操作。实践证明，当不能经济地用常规的分离方法得到较好的分离时，膜分离作为一种分离技术往往是非常有用的。并且膜技术还可以和常规的分离方法结合起来使用，使技术投资更为经济。

膜分离过程没有相的变化(渗透蒸发膜除外) ，常温下即可操作；由于避免了高温操作，所浓缩和富集物质的性质不容易发生变化，因此在膜分离过程食品、医药等行业使用具有独特的优点；膜分离装置简单、操作容易，对无机物、有机物及生物制品均可适用，并且不产生二次污染。由于上述优点，近二三十年来，膜科学和膜技术发展极为迅速，目前已成为工农业生产、国防、科技和人民日常生活中不可缺少的分离方法，越来越广泛地应用于化工、环保、食品、医药、电子、电力、冶金、轻纺、海水淡化等领域

细胞破碎方法简述

随着重组DNA 技术得到广泛应用以来，生物技术发生了质的飞跃．很多基因工程产物都是胞内物质，必须将细胞破壁，使产物得以释放，才能进一步提取，因此细胞破碎是提取胞内产物的关键步骤，破碎方法的得当与否，直接影响到所提取产品的产量、质量和生产成本。现将近年来常用的几种细胞破碎方法介绍一下。

1 高压匀浆法

设备是高压匀浆器，它由高压泵和匀浆间组成，英国 ADV 公司和美国Microfluidics 公司均有产品出售。其破碎机理：细胞在一系列过程中经历了高速造成的剪刀，碰撞以及由高压到常压的变化从而造成细胞的破碎。

存在的问题；较易造成堵塞的团状或丝状真菌，较小的革兰氏阳性首以及有些亚细胞器，质地坚硬，易损伤匀浆阀，也不适合用该法处理。

2 高速珠磨法

设备是珠后机，瑞士WBC 公司和德国西门子机械公司均制造各种型号的珠磨机，其破碎机下：微生物细胞悬浮液与极细的研磨剂在搅拌浆作用下充分混合，珠子之间以及珠子和细胞之间和互相剪切、碰撞，促使细胞壁破碎，释出内含物，在珠波分离器的协助下，珠子被滞留在破碎室内，浆液流出，从而实现连续操作，破碎中，生的热量由夹套中的冷却液带走。

存在的问题：操作参数多，一般赁经验估计并且珠子之间的液体损失30％左右。 3 超声破碎

频高于15～20KHz 的超声波在高强度声能输入下可以进行细胞破碎。其破碎机理：可能与空化现象引起的冲击波和剪切力有关。超声破碎的效率与声频、声能、处理时间、细胞浓度及首种类型等因素有关。

存在问题；超声波破碎在实验室规模应用较普遍，处理少量样品时操作简便，液量损失少，但是超声波产生的化学自由基团能使某些敏感性活性物质变性失活。而且大容量装置声能传递，散热均有困难。

4 酶溶法

就是用生物酶将细胞壁和细胞腊消化溶解的方法。常用的溶酶有溶菌酶β-1．3-葡聚糖酶、蛋白酶等。

存在的问题；易造成产物抑制作用，这可能是导致胞内物质释放率低的一个重要因素。而且溶酶价格高，限制了大规模利用。若回收溶酶，则又增加百分离纯化溶酶的操作。另外酶港法通用性差，不同菌种需选择不同的酶。

5 化学渗透法

某些有机溶剂（如苯、甲苯）、抗生素、表面活性剂、金属螯合剂、变性剂等化学药品都可以改变细胞壁或膜的通透性从而使内合物有选择地渗透出来。其作用机理；化学渗透取决于化学试剂的类型以及细胞壁和膜的结构与组成。

存在的问题；时间长，效率低；化学试剂毒性较强，同时对产物也有毒害作用，进一步分离时需要用透析等方法除去这些试剂；通用性差：某种试剂只能作用于某些特定类型的微生物细胞。

本文介绍了几种细胞破碎的方法，可谓各有千秋，在实际应用中，应尽量考虑全面，选择最科学、有效的方法。

（哈药集团技术中心，李宏君，尹际彤） }

1、高速组织捣碎：将材料配成稀糊状液，放置于筒内约1/3体积，盖紧筒盖，将调速器先拨至最慢处，开动开关后，逐步加速至所需速度。此法适用于动物内脏组织、植物肉质种子等。

2、玻璃匀浆器匀浆：先将剪碎的组织置于管中，再套入研杆来回研磨，上下移动，即可将细胞研碎，此法细胞破碎程度比高速组织捣碎机为高，适用于量少和动物脏器组织。

3、超声波处理法：用一定功率的超声波处理细胞悬液，使细胞急剧震荡破裂，此法多适用于微生物材料，用大肠杆菌制备各种酶，常选用50-100毫克菌体/毫升浓度，在1KG 至10KG 频率下处理10-15分钟，此法的缺点是在处理过程会产生大量的热，应采取相应降温措施。对超声波敏感和核酸应慎用。

4、反复冻融法：将细胞在-20度以下冰冻，室温融解，反复几次，由于细胞内冰粒形成和剩余细胞液的盐浓度增高引起溶胀，使细胞结构破碎。

5、化学处理法：有些动物细胞，例如肿瘤细胞可采用十二烷基磺酸钠（SDS ）、去氧胆酸钠等细胞膜破坏，细菌细胞壁较厚，可采用溶菌酶处理效果更好。

无论用哪一种方法破碎组织细胞，都会使细胞内蛋白质或核酸水解酶释放到溶液中，使大分子生物降解，导致天然物质量的减少，加入二异丙基氟磷酸（DFP ）可以抑制或减慢自溶作用；加入碘乙酸可以抑制那些活性中心需要有疏基的蛋白水解酶的活性，加入苯甲磺酰氟化物（PMSF ）也能清除蛋白水解酥活力，但不是全部，还可通过选择pH 、温度或离子强度等，使这些条件都要适合于目的物质的提取