專利名稱：一種生物-化學(xué)兩極反應(yīng)器炮制礦物藥工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明為一種生物-化學(xué)兩極反應(yīng)器炮制礦物藥工藝。主要涉及一種以鐵氧化細菌為基 礎(chǔ)，生物與化學(xué)反應(yīng)聯(lián)合處理朱砂、雄黃等礦物藥的工藝，屬于中藥生物工程領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
朱砂、雄黃等礦物藥在中成藥中具有舉足輕重的地位，其應(yīng)用在我國已有3000年的歷史 ，從《五十二病方》到歷代醫(yī)藥古籍中都有記載。解放后歷版的《中國藥典》都收載了含朱 砂、雄黃等礦物藥的中成藥，含朱砂、雄黃等礦物藥的中成藥在臨床上具有穩(wěn)定的療效，一 直沿用至今。主要品種以億片計， 一些成藥如安宮牛黃丸，六神丸、牛黃解毒片等享譽海內(nèi) 外[1—2]。
但含朱砂、雄黃等礦物藥的中成藥在實際使用中也面臨著許多難題。 首先，由于雄黃中砷含量很高，朱砂中汞的含量很高，常見使用雄黃、朱砂造成不良反 應(yīng)，甚至引起死亡的報道[3—4]。致使含朱砂、雄黃類中藥的聲譽受到嚴重影響。特別是上世 紀80年代以來，國際社會對我國出口的含朱砂、雄黃類中成藥反應(yīng)強烈，許多國家或地區(qū)把 中藥朱砂、雄黃作為含汞、砷類毒性物質(zhì)禁止使用，制定了嚴格的總汞、總砷監(jiān)測方法及其 限量規(guī)定，只要超標，則一律停止銷售或銷毀。我國已有一批中成藥被禁止在國外銷售[1一2' 5一6]，損失慘重。這種現(xiàn)狀不但嚴重影響了中藥的出口，而且在心理上造成了人們對中藥的 恐懼感；同時國內(nèi)許多廠商研制和報批的新中藥，都由于含朱砂、雄黃等礦物藥而造成汞、 砷的超標，未能通過國家批準，朱砂、雄黃等礦物藥這朵歷史悠久的中醫(yī)藥奇葩受到了前所 未有的挑戰(zhàn)。
其次，有關(guān)朱砂、雄黃等礦物藥的毒理學(xué)、藥理學(xué)、藥效學(xué)研究也不樂觀。由于礦物藥 極其難溶，傳統(tǒng)的實驗方法很難觀察到它們的真正作用。90年代，雖然有人對牛黃清心丸中 汞，砷的存在狀態(tài)與毒性的關(guān)系"—11]做了一些初步的研究，但到目前為止，還未見對朱砂、 雄黃等礦物藥的各種作用成分、作用機制及其參與中成藥組方的機理等基礎(chǔ)問題的相關(guān)研究 ，同時也未建立起雄黃等礦物藥安全評價的質(zhì)量標準。由于說不清楚朱砂、雄黃等礦物藥作 用的物質(zhì)基礎(chǔ)和作用機理，對其毒性的問題也就束手無策。
要解決朱砂、雄黃等礦物藥在實際使用中遇到的這些難題，就要設(shè)法使朱砂、雄黃等礦物藥溶解。而我國藥典及部頒標準仍沿用幾千年傳統(tǒng)遺留下來的礦物藥炮制方法，如干研法 ，水飛法，酸洗法，醋洗法，醋煮法，酸奶飛法等，根本無法實現(xiàn)對朱砂、雄黃等礦物藥的 溶解[12—22]。近年來一個較大的進展是應(yīng)用高能球磨法、微射流技術(shù)等制備礦物藥納米級粉 體[23—24]，以降低礦物藥入藥顆粒的大小，從而制成混懸液，提高礦物藥顆粒的溶解度，與 傳統(tǒng)的炮制工藝相比較，納米朱砂、雄黃在一定的程度上增加了藥物的溶出特性，從而在礦 物藥的吸收、分布、藥物的生物利用度方面得到了不同程度的提高，增強了藥效，降低了朱 砂、雄黃等礦物藥的使用量，也同時降低了毒性。但它仍然只能以混懸液入藥，尚存在口服 引起的胃腸道刺激，服用困難等問題。加之生產(chǎn)納米雄黃需要大型設(shè)備和先進的技術(shù)，普及 使用尚有困難。
由于以上種種因素，在中藥制藥業(yè)出現(xiàn)了一種規(guī)避朱砂、雄黃等礦物藥的趨勢，以在組 方中不加入朱砂、雄黃等礦物藥，通過犧牲朱砂、雄黃等礦物藥的藥效來保藥品的汞、砷含 量低于標準。許多廠家都在紛紛考慮去除中成藥組方中的朱砂、雄黃等礦物藥。然而這樣一 來，不但大大降低了療效。恰恰也失去了中醫(yī)的精髓和原有特色。
朱砂、雄黃等礦物藥的臨床應(yīng)用已有近三千年歷史，其作用和療效顯著，特別是近年來 國內(nèi)許多學(xué)者將含雄黃的復(fù)方制劑或單味雄黃用于臨床治療腫瘤及其血液系統(tǒng)疾病取得可喜 成績，國內(nèi)外學(xué)者開始重新認識礦物藥的藥用價值。但由于目前礦物藥加工炮制方法不但 無法有效溶出朱砂、雄黃等礦物藥的有效成分、控制其中汞、砷的含量和礦物藥的使用量， 而且直接導(dǎo)致其藥效學(xué)、藥理學(xué)、毒理學(xué)以及朱砂、雄黃的藥物創(chuàng)新研究停滯不前，極大阻 礙了中藥現(xiàn)代化的發(fā)展。因此提出創(chuàng)新、高效、低成本，易于普及的朱砂、雄黃等礦物藥炮 制工藝，對難溶的朱砂、雄黃等礦物藥進行溶解、增效、減毒不但十分必要而且意義重大。
近年來一項高新生物技術(shù)-微生物冶金技術(shù)異軍突起[25—27]。在一定的空氣、pH、溫度條 件下， 一些特殊的細菌(氧化亞鐵硫桿菌、氧化硫硫桿菌等)可將不溶性的硫化礦石轉(zhuǎn)變?yōu)?可溶性的礦石溶解液，然后對所需元素進行回收。該技術(shù)的最大特點是簡單、高效、低成本 、無污染、條件溫和，該技術(shù)在世界冶金業(yè)得到廣泛推崇和應(yīng)用，目前世界銅產(chǎn)量的30%已 來自微生物冶金技術(shù)。
朱砂、雄黃是典型的硫化礦，正好是微生物冶金技術(shù)的應(yīng)用對象。
根據(jù)以上原理，中國發(fā)明專利2006102000675、 2006102002736、 2006102004021、 2007102000345、 2007102008258提出了的微生物處理(炮制)方法(工藝)，這種方法(工 藝)不但能夠較好地對難溶的朱砂、雄黃等礦物藥進行溶解、增效、減毒，而且高效、低成 本，易于普及、無污染。本發(fā)明是在上述工作的基礎(chǔ)上，提出一種可連續(xù)、自動化地用嗜酸微生物處理(炮制) 朱砂、雄黃等礦物藥的工藝，。
參考文獻
1. 王躍生，張晶，對中藥成方制劑中重金屬問題思考，中國中藥雜志，2000， 25(6): 377 379
2. 陳建存，輸美中成藥受重金屬/化學(xué)品污染及違反FDA規(guī)定情況，中國中醫(yī)藥信息雜志 ，2000， 7(8) : 90 91
3. 莊潔，景麗華，牛黃解毒片(丸)引起不良反應(yīng)38例分析，中國藥房，1998， 9(6): 274 275
4. 萬永奇，久服含雄黃制劑致砷中毒性皮炎l例，中國中藥雜志，2001， 26(8): 565
5. 陳可冀，張京春，馬曉昌，中成藥重金屬超標問題之思考，中國處方藥，2003， (6): 79 81
6. Ernst E. Toxic heavy metals and undeclared drugs in Asian herbal medicines. Trends in Pharmacological Sciences. 2002， Mar, 23(3): 136 139
7. Koh-H-L， Woo-S-O. Chinese proprietary in Singapore: regulatory control of toxic heavy metals and undeclared drugs. Drug-Saf， 2000， Nov, 23(5): 351 362
8. Ko-R-J. A US perspective on the adverse reactions from traditional Chinese medicines.J-Chin-Med- Assoc, 2004， Mar， 67(3): 109
9. 龐志功，曹治權(quán)，牛黃清心丸中砷的研究，西安醫(yī)科大學(xué)學(xué)報，1997， 18(4): 482
483
10. 胡道道，曹治權(quán)，牛黃清心丸可溶性汞溶出的相關(guān)性研究中國藥學(xué)雜志，1996， 31 (10) : 585 588
11. 汪寶琪，曹治權(quán)，六神丸中砷的研究，分析測試學(xué)報，1996， 15(6): 23 26
12. 原思通，張廣強，田圣志等，雄黃傳統(tǒng)炮制方法的研究，中藥通報，1987， 12(5): 23 27
13. 張亞敏，李大經(jīng)，楊明等，雄黃炮制法之我見，吉林中醫(yī)藥，1987， (1): 30 31
14. 杜薇，陳彤等，礦物藥雄黃的炮制去毒作用，微量元素與健康研究，1999， 16(2): 47 4815. 陳青蓮，劉學(xué)仁，雄黃炮制工藝探討，中成藥，1996， 18(1): 22 23
16. 紀淑芳，張亞敏，謝福金等，雄黃生品與酸奶飛炮制品的藥效學(xué)比較，長春中醫(yī)學(xué) 院學(xué)報，2000， 16(1) : 44 45
17. 張亞敏，紀淑芳，蔡連芝等，雄黃生品與酸奶飛炮制品的毒理學(xué)比較，長春中醫(yī)學(xué) 院學(xué)報，2000， 16(1) : 46 47
18. 鐵步榮，王朝暉，雄黃炮制方法初探，中成藥，1993， 15(7): 19 21
19. 符國君，朱繼東，陳杰，雄黃炮制學(xué)研究，黑河科技，2001， (3): 55 56
20. 張亞敏，李超英，唐玉成等，對雄黃揲苫鹋朗的探討，中藥材，1995， 18(2): 78
90
21. 熊少希，炮制對雄黃毒性成分As203含量的影響，中成藥研究，1998， (1): 15 16
22. 白明綱，烏仁高娃，喬龍，蒙藥炮制法對雄黃主要成分及As203含量的影響，中藥材 ，1994， 17(1) : 23 25
23. 王曉波，襲榮剛，李忠亮等，納米級雄黃粉體的制備，解放軍藥學(xué)學(xué)報，18 (3): 29 133
24. 詹秀琴，郭立瑋，付廷明等，微米/納米雄黃微粒的制備及粒度測定，南京中醫(yī)藥 大學(xué)學(xué)報，2003， 19 (1) : 24 25
25. 裘榮慶，微生物冶金的研究和應(yīng)用現(xiàn)狀，微生物學(xué)通報，1995(3): 180 183
26. 童雄，微生物浸礦的理論與實踐，冶金工業(yè)出版社，1997
27. 楊顯萬，邱定蕃，濕法冶金，北京冶金工業(yè)出版社，199
發(fā)明內(nèi)容
為了在現(xiàn)有技術(shù)的基礎(chǔ)上，進一步提高微生物法炮制朱砂、雄黃等礦物藥的制備規(guī)模 和工藝水平，本發(fā)明提供一種高效的生物-化學(xué)兩極反應(yīng)器炮制工藝。
該工藝由生物反應(yīng)器和化學(xué)反應(yīng)器兩極反應(yīng)器串聯(lián)組成，生物反應(yīng)器內(nèi)可填充固定化的 嗜酸細菌顆粒(圖l)，或填充游離的嗜酸細菌(圖2)。兩極反應(yīng)器內(nèi)循環(huán)液相由細菌培養(yǎng) 液和浸出液組成，培養(yǎng)液中的Fe2+是細菌的能量來源，嗜酸細菌都能夠?qū)⑺嵝原h(huán)境中的Fe^ 轉(zhuǎn)變?yōu)镕e3、獲得維持其生長的能量。循環(huán)液經(jīng)生物反應(yīng)器后，溶液中的F^+在嗜酸微生物 作用下轉(zhuǎn)變?yōu)镕e3、反應(yīng)機理如下
2FeS04+l/202+H2S04 -^ Fe2 (S04) 3+H20 ①
Fe3+流入化學(xué)反應(yīng)器，在化學(xué)反應(yīng)器中，液體中的游離微生物和Fe3+共同作用浸出朱砂/雄黃等礦物藥，同時在化學(xué)反應(yīng)器中Fe"轉(zhuǎn)變?yōu)镕e」+， 以雄黃為例，反應(yīng)機理如下
AS2S2+10Fe3++8H20 ~^ 2H3As04+10Fe2++10H++2S丄 ②
也就是說兩種不同價態(tài)Fe離子在兩個反應(yīng)器的循環(huán)轉(zhuǎn)變過程中，并且在系統(tǒng)游離微生物 的作用下，進一步強化了對朱砂/雄黃的浸出作用，通過跟蹤檢測調(diào)節(jié)池中離子濃度的變化 ，并根據(jù)微生物的需要，調(diào)整保持生物反應(yīng)器中營養(yǎng)物濃度的穩(wěn)定性。
同時，氧化亞鐵硫桿菌也可吸附于雄黃表面，進而對雄黃直接進行生物氧化，從而進一 步增加浸出率。其反應(yīng)方程可如下
2AS2S2+1102+10H20 — — 4H3AS04++8H++4S042—
生物-化學(xué)兩極反應(yīng)器啟動后，經(jīng)過一定周期的運行，當(dāng)藥液濃度，也就是雄黃浸出液 達到要求后(以砷的浸出為指標)，反應(yīng)藥液在兩極反應(yīng)器中間的調(diào)節(jié)池實現(xiàn)溢流和自動分 離；同時，開始加入培養(yǎng)液，使反應(yīng)器藥液濃度的產(chǎn)量處于穩(wěn)定狀態(tài)，從而實現(xiàn)連續(xù)的炮制 過程。
分離出來反應(yīng)藥液進入下一步的處理步驟。
該工藝采用的固定化的或者游離的嗜酸性鐵氧化細菌，可以是氧化亞鐵硫桿菌、氧化亞 鐵鉤端螺旋菌等同領(lǐng)域技術(shù)人員所公知的可以氧化鐵的嗜酸微生物。微生物固定化方法可以 是載體吸附法、共價結(jié)合法、包埋法等同領(lǐng)域技術(shù)人員所公知的方法。
本發(fā)明的優(yōu)勢在于
① 朱砂/雄黃等礦物藥進行生物-化學(xué)炮制達到最佳效果所需要條件和環(huán)境與可以氧化鐵 的嗜酸微生物的最佳生長代謝所需要條件和環(huán)境是不完全一致的。該工藝由生物反應(yīng)器和化 學(xué)反應(yīng)器兩部分組成，兩者串聯(lián)成一個循環(huán)體系，便于對生物和化學(xué)兩步反應(yīng)進行優(yōu)化，保證 生物反應(yīng)器中微生物生長的最適環(huán)境，達到最佳的"造血"功能，同時通過對化學(xué)反應(yīng)器的 結(jié)構(gòu)設(shè)計和反應(yīng)參數(shù)的研究也可以達到最佳的炮制效果；
② 對微生物進行固定化，可提高微生物對F^+的再生能力，進一步強化微生物的間接作 用機制對朱砂/雄黃等礦物藥的生化炮制作用。
③ 生物-化學(xué)兩極反應(yīng)器實現(xiàn)了連續(xù)、高效、自動化操作，大大提高了生產(chǎn)效率，節(jié)約 了的勞動成本，更加具有實際意義和應(yīng)用價值。


說明書附圖1為采用固定化細胞的生物-化學(xué)兩極反應(yīng)器流程圖，附圖2為本采用固定化細胞的生物-化學(xué)兩極反應(yīng)器流程圖。
具體實施方式
實施例
工藝裝置的主體是由生物反應(yīng)器和化學(xué)反應(yīng)器兩極反應(yīng)器串聯(lián)組成。圖1中，生物反應(yīng) 器內(nèi)填充的是經(jīng)活化培養(yǎng)后的固定化氧化亞鐵硫桿菌顆粒，為防止顆粒的積壓，生物反應(yīng)器 內(nèi)置多孔隔板。圖2中，生物反應(yīng)器內(nèi)填充的是經(jīng)活化培養(yǎng)后的游離氧化亞鐵硫桿菌?；瘜W(xué) 反應(yīng)器中空氣噴頭采用耐酸特氟綸(聚四氟乙烯)多孔噴頭，孔數(shù)》20個，孔直徑0.02-lmm ，以降低廢氣氣泡的直徑，增加氣液比，化學(xué)反應(yīng)器內(nèi)填充的是雄黃。同時，為了防止因通 入的氣體而造成的循環(huán)液的蒸發(fā)，生物和化學(xué)兩極反應(yīng)器通入的氣體分別經(jīng)過增濕處理。兩 極反應(yīng)器內(nèi)循環(huán)液相由細菌生長的9K培養(yǎng)液組成，F(xiàn)e離子濃度O. 5 1. 5g/L，反應(yīng)過程中， 生物反應(yīng)器內(nèi)溫度保持在15 45。C，化學(xué)反應(yīng)器內(nèi)溫度保持在5 65。C，反應(yīng)器通氣量 20kg02/m3d，水力停留時間1.2h，在以上條件下啟動連續(xù)操作5 10天左右，藥液的砷濃度 達500 1000mg/L左右。之后反應(yīng)藥液在調(diào)節(jié)池的溢流分離速度控制在20ml/d (實施例中兩 極反應(yīng)器循環(huán)液體的總體積為800ml)，并進行連續(xù)操作，此后反應(yīng)器中有效藥物濃度可維 持在400 800mg/L左右(以砷濃度計算)。
權(quán)利要求
1.本發(fā)明為一種生物化學(xué)兩極反應(yīng)器炮制礦物藥工藝，其特征為生物和化學(xué)兩極串聯(lián)反應(yīng)器。使Fe2+和Fe3+兩種不同價態(tài)Fe離子在兩個反應(yīng)器的循環(huán)轉(zhuǎn)變過程中，實現(xiàn)對礦物藥的浸出作用。也可通過直接作用實現(xiàn)對礦物藥的浸出作用。
2.根據(jù)權(quán)利要求l所述的生物-化學(xué)兩極反應(yīng)器工藝，其特征為兩個反 應(yīng)器可設(shè)定各自不同的反應(yīng)條件，生物反應(yīng)器充分滿足微生物生長代謝的條件，化學(xué)反應(yīng)器 充分滿足礦物藥的浸出條件，從而實現(xiàn)微生物生長代謝與礦物藥炮制的最佳效果。
3.根據(jù)權(quán)利要求l所述的生物-化學(xué)兩極反應(yīng)器工藝，其特征為生物反 應(yīng)器中采用的微生物為嗜酸性鐵氧化細菌，嗜酸性鐵氧化細菌可以是氧化亞鐵硫桿菌、氧化 亞鐵鉤端螺旋菌等同領(lǐng)域技術(shù)人員所公知的可以氧化鐵的嗜酸微生物，反應(yīng)器中的液體為嗜 酸性鐵氧化細菌培養(yǎng)液。生物反應(yīng)器中的嗜酸性鐵氧化細菌可以是固定化的，也可以是游離 的。
4.根據(jù)權(quán)利要求l所述的生物-化學(xué)兩極反應(yīng)器工藝，化學(xué)反應(yīng)器填充 的為朱砂、雄黃等礦物藥。
5.根據(jù)權(quán)利要求l所述的兩極固定床生化反應(yīng)器工藝，兩極反應(yīng)器底 部都需要通入空氣或無菌處理后的空氣。
6.根據(jù)權(quán)利要求1和權(quán)利要求2所述的生物和化學(xué)兩極串聯(lián)反應(yīng)器工藝 ，其特征為生物反應(yīng)器中微生物的固定化方法可以是載體吸附法、共價結(jié)合法、包埋法等同 領(lǐng)域技術(shù)人員所公知的方法。
7.本發(fā)明是在反應(yīng)器裝液量為800ml的情況下進行的，如果進行放大 生產(chǎn)，可根據(jù)本發(fā)明的基本原理進行各種放大處理，這是本領(lǐng)域的研究人員所能理解的。
全文摘要
本發(fā)明為一種生物化學(xué)兩極反應(yīng)器炮制礦物藥工藝。其以固定化嗜酸性鐵氧化細菌為生物催化劑，以嗜酸性氧化細菌培養(yǎng)基為循環(huán)液相，采用兩級固定床生化反應(yīng)器工藝炮制原料礦物藥朱砂/雄黃等，從而實現(xiàn)連續(xù)、高效地炮制礦物藥，與分批搖瓶炮制方法相比。該技術(shù)大大提高了生產(chǎn)效率，實現(xiàn)了連續(xù)、自動化生產(chǎn)，節(jié)約了人力、物力和財力，為進一步實現(xiàn)工業(yè)應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。
文檔編號A61K33/36GK101297816SQ20081030226
公開日2008年11月5日 申請日期2008年6月23日 優(yōu)先權(quán)日2008年6月23日
發(fā)明者李紅玉, 王玉建 申請人:李紅玉;蘭州大學(xué)