专利名称：一种生物-化学两极反应器炮制矿物药工艺的制作方法
技术领域：
本发明为一种生物-化学两极反应器炮制矿物药工艺。主要涉及一种以铁氧化细菌为基 础，生物与化学反应联合处理朱砂、雄黄等矿物药的工艺，属于中药生物工程领域。
背景技术：
朱砂、雄黄等矿物药在中成药中具有举足轻重的地位，其应用在我国已有3000年的历史 ，从《五十二病方》到历代医药古籍中都有记载。解放后历版的《中国药典》都收载了含朱 砂、雄黄等矿物药的中成药，含朱砂、雄黄等矿物药的中成药在临床上具有稳定的疗效，一 直沿用至今。主要品种以亿片计， 一些成药如安宫牛黄丸，六神丸、牛黄解毒片等享誉海内 外[1—2]。
但含朱砂、雄黄等矿物药的中成药在实际使用中也面临着许多难题。 首先，由于雄黄中砷含量很高，朱砂中汞的含量很高，常见使用雄黄、朱砂造成不良反 应，甚至引起死亡的报道[3—4]。致使含朱砂、雄黄类中药的声誉受到严重影响。特别是上世 纪80年代以来，国际社会对我国出口的含朱砂、雄黄类中成药反应强烈，许多国家或地区把 中药朱砂、雄黄作为含汞、砷类毒性物质禁止使用，制定了严格的总汞、总砷监测方法及其 限量规定，只要超标，则一律停止销售或销毁。我国已有一批中成药被禁止在国外销售[1一2' 5一6]，损失惨重。这种现状不但严重影响了中药的出口，而且在心理上造成了人们对中药的 恐惧感；同时国内许多厂商研制和报批的新中药，都由于含朱砂、雄黄等矿物药而造成汞、 砷的超标，未能通过国家批准，朱砂、雄黄等矿物药这朵历史悠久的中医药奇葩受到了前所 未有的挑战。
其次，有关朱砂、雄黄等矿物药的毒理学、药理学、药效学研究也不乐观。由于矿物药 极其难溶，传统的实验方法很难观察到它们的真正作用。90年代，虽然有人对牛黄清心丸中 汞，砷的存在状态与毒性的关系"—11]做了一些初步的研究，但到目前为止，还未见对朱砂、 雄黄等矿物药的各种作用成分、作用机制及其参与中成药组方的机理等基础问题的相关研究 ，同时也未建立起雄黄等矿物药安全评价的质量标准。由于说不清楚朱砂、雄黄等矿物药作 用的物质基础和作用机理，对其毒性的问题也就束手无策。
要解决朱砂、雄黄等矿物药在实际使用中遇到的这些难题，就要设法使朱砂、雄黄等矿物药溶解。而我国药典及部颁标准仍沿用几千年传统遗留下来的矿物药炮制方法，如干研法 ，水飞法，酸洗法，醋洗法，醋煮法，酸奶飞法等，根本无法实现对朱砂、雄黄等矿物药的 溶解[12—22]。近年来一个较大的进展是应用高能球磨法、微射流技术等制备矿物药纳米级粉 体[23—24]，以降低矿物药入药颗粒的大小，从而制成混悬液，提高矿物药颗粒的溶解度，与 传统的炮制工艺相比较，纳米朱砂、雄黄在一定的程度上增加了药物的溶出特性，从而在矿 物药的吸收、分布、药物的生物利用度方面得到了不同程度的提高，增强了药效，降低了朱 砂、雄黄等矿物药的使用量，也同时降低了毒性。但它仍然只能以混悬液入药，尚存在口服 引起的胃肠道刺激，服用困难等问题。加之生产纳米雄黄需要大型设备和先进的技术，普及 使用尚有困难。
由于以上种种因素，在中药制药业出现了一种规避朱砂、雄黄等矿物药的趋势，以在组 方中不加入朱砂、雄黄等矿物药，通过牺牲朱砂、雄黄等矿物药的药效来保药品的汞、砷含 量低于标准。许多厂家都在纷纷考虑去除中成药组方中的朱砂、雄黄等矿物药。然而这样一 来，不但大大降低了疗效。恰恰也失去了中医的精髓和原有特色。
朱砂、雄黄等矿物药的临床应用已有近三千年历史，其作用和疗效显著，特别是近年来 国内许多学者将含雄黄的复方制剂或单味雄黄用于临床治疗肿瘤及其血液系统疾病取得可喜 成绩，国内外学者开始重新认识矿物药的药用价值。但由于目前矿物药加工炮制方法不但 无法有效溶出朱砂、雄黄等矿物药的有效成分、控制其中汞、砷的含量和矿物药的使用量， 而且直接导致其药效学、药理学、毒理学以及朱砂、雄黄的药物创新研究停滞不前，极大阻 碍了中药现代化的发展。因此提出创新、高效、低成本，易于普及的朱砂、雄黄等矿物药炮 制工艺，对难溶的朱砂、雄黄等矿物药进行溶解、增效、减毒不但十分必要而且意义重大。
近年来一项高新生物技术-微生物冶金技术异军突起[25—27]。在一定的空气、pH、温度条 件下， 一些特殊的细菌(氧化亚铁硫杆菌、氧化硫硫杆菌等)可将不溶性的硫化矿石转变为 可溶性的矿石溶解液，然后对所需元素进行回收。该技术的最大特点是简单、高效、低成本 、无污染、条件温和，该技术在世界冶金业得到广泛推崇和应用，目前世界铜产量的30%已 来自微生物冶金技术。
朱砂、雄黄是典型的硫化矿，正好是微生物冶金技术的应用对象。
根据以上原理，中国发明专利2006102000675、 2006102002736、 2006102004021、 2007102000345、 2007102008258提出了的微生物处理(炮制)方法(工艺)，这种方法(工 艺)不但能够较好地对难溶的朱砂、雄黄等矿物药进行溶解、增效、减毒，而且高效、低成 本，易于普及、无污染。本发明是在上述工作的基础上，提出一种可连续、自动化地用嗜酸微生物处理(炮制) 朱砂、雄黄等矿物药的工艺，。
参考文献
1. 王跃生，张晶，对中药成方制剂中重金属问题思考，中国中药杂志，2000， 25(6): 377 379
2. 陈建存，输美中成药受重金属/化学品污染及违反FDA规定情况，中国中医药信息杂志 ，2000， 7(8) : 90 91
3. 庄洁，景丽华，牛黄解毒片(丸)引起不良反应38例分析，中国药房，1998， 9(6): 274 275
4. 万永奇，久服含雄黄制剂致砷中毒性皮炎l例，中国中药杂志，2001， 26(8): 565
5. 陈可冀，张京春，马晓昌，中成药重金属超标问题之思考，中国处方药，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. 庞志功，曹治权，牛黄清心丸中砷的研究，西安医科大学学报，1997， 18(4): 482
483
10. 胡道道，曹治权，牛黄清心丸可溶性汞溶出的相关性研究中国药学杂志，1996， 31 (10) : 585 588
11. 汪宝琪，曹治权，六神丸中砷的研究，分析测试学报，1996， 15(6): 23 26
12. 原思通，张广强，田圣志等，雄黄传统炮制方法的研究，中药通报，1987， 12(5): 23 27
13. 张亚敏，李大经，杨明等，雄黄炮制法之我见，吉林中医药，1987， (1): 30 31
14. 杜薇，陈彤等，矿物药雄黄的炮制去毒作用，微量元素与健康研究，1999， 16(2): 47 4815. 陈青莲，刘学仁，雄黄炮制工艺探讨，中成药，1996， 18(1): 22 23
16. 纪淑芳，张亚敏，谢福金等，雄黄生品与酸奶飞炮制品的药效学比较，长春中医学 院学报，2000， 16(1) : 44 45
17. 张亚敏，纪淑芳，蔡连芝等，雄黄生品与酸奶飞炮制品的毒理学比较，长春中医学 院学报，2000， 16(1) : 46 47
18. 铁步荣，王朝晖，雄黄炮制方法初探，中成药，1993， 15(7): 19 21
19. 符国君，朱继东，陈杰，雄黄炮制学研究，黑河科技，2001， (3): 55 56
20. 张亚敏，李超英，唐玉成等，对雄黄揲苫鹋朗的探讨，中药材，1995， 18(2): 78
90
21. 熊少希，炮制对雄黄毒性成分As203含量的影响，中成药研究，1998， (1): 15 16
22. 白明纲，乌仁高娃，乔龙，蒙药炮制法对雄黄主要成分及As203含量的影响，中药材 ，1994， 17(1) : 23 25
23. 王晓波，袭荣刚，李忠亮等，纳米级雄黄粉体的制备，解放军药学学报，18 (3): 29 133
24. 詹秀琴，郭立玮，付廷明等，微米/纳米雄黄微粒的制备及粒度测定，南京中医药 大学学报，2003， 19 (1) : 24 25
25. 裘荣庆，微生物冶金的研究和应用现状，微生物学通报，1995(3): 180 183
26. 童雄，微生物浸矿的理论与实践，冶金工业出版社，1997
27. 杨显万，邱定蕃，湿法冶金，北京冶金工业出版社，199
发明内容
为了在现有技术的基础上，进一步提高微生物法炮制朱砂、雄黄等矿物药的制备规模 和工艺水平，本发明提供一种高效的生物-化学两极反应器炮制工艺。
该工艺由生物反应器和化学反应器两极反应器串联组成，生物反应器内可填充固定化的 嗜酸细菌颗粒(图l)，或填充游离的嗜酸细菌(图2)。两极反应器内循环液相由细菌培养 液和浸出液组成，培养液中的Fe2+是细菌的能量来源，嗜酸细菌都能够将酸性环境中的Fe^ 转变为Fe3、获得维持其生长的能量。循环液经生物反应器后，溶液中的F^+在嗜酸微生物 作用下转变为Fe3、反应机理如下
2FeS04+l/202+H2S04 -^ Fe2 (S04) 3+H20 ①
Fe3+流入化学反应器，在化学反应器中，液体中的游离微生物和Fe3+共同作用浸出朱砂/雄黄等矿物药，同时在化学反应器中Fe"转变为Fe」+， 以雄黄为例，反应机理如下
AS2S2+10Fe3++8H20 ~^ 2H3As04+10Fe2++10H++2S丄 ②
也就是说两种不同价态Fe离子在两个反应器的循环转变过程中，并且在系统游离微生物 的作用下，进一步强化了对朱砂/雄黄的浸出作用，通过跟踪检测调节池中离子浓度的变化 ，并根据微生物的需要，调整保持生物反应器中营养物浓度的稳定性。
同时，氧化亚铁硫杆菌也可吸附于雄黄表面，进而对雄黄直接进行生物氧化，从而进一 步增加浸出率。其反应方程可如下
2AS2S2+1102+10H20 — — 4H3AS04++8H++4S042—
生物-化学两极反应器启动后，经过一定周期的运行，当药液浓度，也就是雄黄浸出液 达到要求后(以砷的浸出为指标)，反应药液在两极反应器中间的调节池实现溢流和自动分 离；同时，开始加入培养液，使反应器药液浓度的产量处于稳定状态，从而实现连续的炮制 过程。
分离出来反应药液进入下一步的处理步骤。
该工艺采用的固定化的或者游离的嗜酸性铁氧化细菌，可以是氧化亚铁硫杆菌、氧化亚 铁钩端螺旋菌等同领域技术人员所公知的可以氧化铁的嗜酸微生物。微生物固定化方法可以 是载体吸附法、共价结合法、包埋法等同领域技术人员所公知的方法。
本发明的优势在于
① 朱砂/雄黄等矿物药进行生物-化学炮制达到最佳效果所需要条件和环境与可以氧化铁 的嗜酸微生物的最佳生长代谢所需要条件和环境是不完全一致的。该工艺由生物反应器和化 学反应器两部分组成，两者串联成一个循环体系，便于对生物和化学两步反应进行优化，保证 生物反应器中微生物生长的最适环境，达到最佳的"造血"功能，同时通过对化学反应器的 结构设计和反应参数的研究也可以达到最佳的炮制效果；
② 对微生物进行固定化，可提高微生物对F^+的再生能力，进一步强化微生物的间接作 用机制对朱砂/雄黄等矿物药的生化炮制作用。
③ 生物-化学两极反应器实现了连续、高效、自动化操作，大大提高了生产效率，节约 了的劳动成本，更加具有实际意义和应用价值。
说明书附图1为采用固定化细胞的生物-化学两极反应器流程图，附图2为本采用固定化细胞的生物-化学两极反应器流程图。
具体实施方式
实施例
工艺装置的主体是由生物反应器和化学反应器两极反应器串联组成。图1中，生物反应 器内填充的是经活化培养后的固定化氧化亚铁硫杆菌颗粒，为防止颗粒的积压，生物反应器 内置多孔隔板。图2中，生物反应器内填充的是经活化培养后的游离氧化亚铁硫杆菌。化学 反应器中空气喷头采用耐酸特氟纶(聚四氟乙烯)多孔喷头，孔数》20个，孔直径0.02-lmm ，以降低废气气泡的直径，增加气液比，化学反应器内填充的是雄黄。同时，为了防止因通 入的气体而造成的循环液的蒸发，生物和化学两极反应器通入的气体分别经过增湿处理。两 极反应器内循环液相由细菌生长的9K培养液组成，Fe离子浓度O. 5 1. 5g/L，反应过程中， 生物反应器内温度保持在15 45。C，化学反应器内温度保持在5 65。C，反应器通气量 20kg02/m3d，水力停留时间1.2h，在以上条件下启动连续操作5 10天左右，药液的砷浓度 达500 1000mg/L左右。之后反应药液在调节池的溢流分离速度控制在20ml/d (实施例中两 极反应器循环液体的总体积为800ml)，并进行连续操作，此后反应器中有效药物浓度可维 持在400 800mg/L左右(以砷浓度计算)。
权利要求
1.本发明为一种生物化学两极反应器炮制矿物药工艺，其特征为生物和化学两极串联反应器。使Fe2+和Fe3+两种不同价态Fe离子在两个反应器的循环转变过程中，实现对矿物药的浸出作用。也可通过直接作用实现对矿物药的浸出作用。
2.根据权利要求l所述的生物-化学两极反应器工艺，其特征为两个反 应器可设定各自不同的反应条件，生物反应器充分满足微生物生长代谢的条件，化学反应器 充分满足矿物药的浸出条件，从而实现微生物生长代谢与矿物药炮制的最佳效果。
3.根据权利要求l所述的生物-化学两极反应器工艺，其特征为生物反 应器中采用的微生物为嗜酸性铁氧化细菌，嗜酸性铁氧化细菌可以是氧化亚铁硫杆菌、氧化 亚铁钩端螺旋菌等同领域技术人员所公知的可以氧化铁的嗜酸微生物，反应器中的液体为嗜 酸性铁氧化细菌培养液。生物反应器中的嗜酸性铁氧化细菌可以是固定化的，也可以是游离 的。
4.根据权利要求l所述的生物-化学两极反应器工艺，化学反应器填充 的为朱砂、雄黄等矿物药。
5.根据权利要求l所述的两极固定床生化反应器工艺，两极反应器底 部都需要通入空气或无菌处理后的空气。
6.根据权利要求1和权利要求2所述的生物和化学两极串联反应器工艺 ，其特征为生物反应器中微生物的固定化方法可以是载体吸附法、共价结合法、包埋法等同 领域技术人员所公知的方法。
7.本发明是在反应器装液量为800ml的情况下进行的，如果进行放大 生产，可根据本发明的基本原理进行各种放大处理，这是本领域的研究人员所能理解的。
全文摘要
本发明为一种生物化学两极反应器炮制矿物药工艺。其以固定化嗜酸性铁氧化细菌为生物催化剂，以嗜酸性氧化细菌培养基为循环液相，采用两级固定床生化反应器工艺炮制原料矿物药朱砂/雄黄等，从而实现连续、高效地炮制矿物药，与分批摇瓶炮制方法相比。该技术大大提高了生产效率，实现了连续、自动化生产，节约了人力、物力和财力，为进一步实现工业应用奠定基础。
文档编号A61K33/36GK101297816SQ20081030226
公开日2008年11月5日 申请日期2008年6月23日 优先权日2008年6月23日
发明者李红玉, 王玉建 申请人:李红玉;兰州大学