生物粉体及生物粉体工程.doc

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1、生物颗粒与粉体制备、应用技术研讨会连国计系民生生物粉体及生物粉体工程姜锡朋姜涛中国建材联合会粉体技术分会生物粉体工作委员会 摘要：本文概述了“生物粉体（微粉）”的特征、效应，及其产业化生物粉体工程”的内涵和外延，及其内生型战略性新兴产业的显著特征，并提出了确保产品质量安全和产业健康发展的共性关键等问题。 关键词：生物粉体（微粉）；破壁效应；细化效应；生物粉体工程；内生型战略性新兴产业 近二十年来，超细粉体（微纳米颗粒）技术的兴起，引发了广义材料加工的变革。世纪之交，我国科技界和医务界的有识之士，率先应用超细粉体技术，探索突破中药创新的瓶颈，将广义材料一中药和保健品的生物细胞进行破壁粉碎，在充分

2、释放、高效利用细胞里的生物活性物质和有效成分，极大地提高生物资源利用率，节约食（药）物资源，使用方便，改善食品的色、香、味品质和口感等方面，取得了一系列成果。在国内专家、学者和科技人员多年来大量试验研究和临床实践的基础上，学科交叉、技术融合形成了我国内生创新的高科技，并高度概括提炼出“生物粉体”这一全新的概念、学科、产业和产品，连国计系民生、内涵很深，外延极广。 一、生物粉体（生物颗粒） 生物动植物是人类赖以生存和发展的物质基础。细胞是所有生物最基本的结构和功能单位，生物机体的营养成分和活性物质绝大部份储存在细胞（壁膜）内。植物的细胞壁由结实而又富有弹性的纤维素组成。人体的消化系统，从口腔到肠

3、胃的咀嚼、研磨功能无法对付粗纤维，而人体又缺乏消化纤维素的酶。通常，储存在细胞里的营养物质和活性成分只能依靠细胞壁和膜的扩散、渗透和转运作用被利用，但传质速率非常低。因此，精细加工食（药）物，改善吸收性比提高人类消化器官的功能容易得多。 “生物粉体”是经细胞控温物理破壁粉碎和纤维切割（微细化）的生物基粉体物质，完全保留固有的营养成分和生物活性物质。 超细粉体的两大领域超细粉体按其物质属性分两大类： （）工业粉体：金属粉体； 非金属粉体（矿物粉体和燃料粉体）； 高分子材料粉体。 （）生物粉体：植物粉体； 动物粉体： 健康矿物（矿物本草、健康药石、药用矿物）粉体。 植物细胞的尺度通常为微米，动物细

4、胞为一微米，“生物粉体的颗粒度也在微米和亚微米范围内，是流程性材料颗粒（粉粒体）形态的中间产品和终端产品。 “生物粉体”的形态学特征 （）细胞破壁率，这是以细胞破壁为目的、特征性的技术指标； （）最大粒径：应低于口腔颗粒粗糙度感觉的阈值，一般三维尺度均应微米； （）平均粒径：因品种和使用要求而异，要经试验并在具体产品的标准中加以规定； “生物粉体”的活化作用及其特点和效应： 极大地提高（食用、药用）生物资源的内在质量和生物利用度，但稳定性极差。 （）破壁效应 细胞里的营养成分和生物活性物质充分暴露，迅速释放，充分利用。有利于人类和生物机体吸收，或在提取有效成分时易于被溶剂溶出、萃取； 颗粒结构

5、和形状异化细胞破壁后，颗粒结构和形状都呈片状、针状或棱角形不规则的多面 生物颗粒与粉体制备、应用技术研讨会体，与机体的附着力好，附着时间延长，有利于肠壁吸收，有效成分的溶解速度、释放速度都比表面光滑的类球形颗粒速度快： 极大地改善产品的色、香、味质量。破碎后的微粉颗粒孔隙率提高，易富集芳香化合物； 有利于保质、储存。细胞破壁粉碎通常是在生物基原料的深度干燥条件下进行，一般生物粉体的水分活性都低于，因而细菌难于繁殖，不易腐败。微粉颗粒孔隙中含有一定量的二氧化碳和氮气，可以延长食品的保鲜期和货架期，而且破壁粉碎同时也杀灭寄生虫卵和某些微生物。 破壁效应普遍适用于生物基资源的精细加工。 （）细化效应

6、 具有微米和亚微米级粉体的特性，如比表面积增大、表面能和表面活性高，粘附和吸附作用增强等，会显著延长食（药）物在人和动物消化道内的停留时间，提高溶解度、溶出度、吸收率和生物利用度； 适口性好一生物粉体细化、匀化，口感更加细腻滑润，营养物质更易被消化吸收； 纤维素细化一膨胀质点多，在胃肠中吸水后迅速崩解，增加接触面、延长滞留时间，增强吸收和排毒作用，也有利于中药制剂等粉体的无辅料造粒； 细化效应也适用于矿物本草（药用矿物）、化学药品和药用中间体等物质的超细加工。 （）稳定性极差 极易团聚、吸潮结块和氧化变质。 “生物粉体（微粉）”的命名 统一名词术语有利于“生物粉体（微粉）”领域的科学研究、学术

7、交流、推广应用和产业发展。 “生物粉体（微粉）”是微米和亚微米级的超细粉体，可简明扼要地用“微粉”来表征。前缀是生物的具体名称（学名）、类别名或用途名。例如：中药饮片微粉（中药复方冲饮用、保健食品配方用等）、食品配料微粉、兽药配方微粉、饲料添加剂微粉、陈皮微粉、枳壳微粉、松针微粉、芦荟微粉、仙人掌微粉、灵芝微粉、灵芝孢子微粉、药物中间体微粉、无花果冲饮微粉等等。 “生物粉体（微粉）”的产品质量标准 “生物粉体（微粉）”的产品质量标准由具体生物品种的内在质量指标和粉体（微粉）的形态学特征指标两大部分组成。 二、“生物粉体工程” 概念“生物粉体工程”是加工制备“生物粉体”产品各种各类“微粉”的流程

8、性工程技术和产业。通常指以整合和集成装备制造业为核心的制备“生物粉体”的工艺技术、设备装备、测控技术、包装和应用技术及其产业，既是产业创新、又是产品创新。研究、制备和应用“生物粉体（微粉）”的“生物粉体工程”是生命科学、生物技术和生物经济的的重要的基础性组成部分。 由于生物资源的多样性，因此没有一成不变的工艺，也没有万能通用的设备。适应不同的生物物料特性和粉体单元处理操作，可以设计制造出许许多多类型、品种和规格的设备和装置。优化集成这些设备和装置，可以组成各种机械化、自动化的生产线和流水线。 全价（全质、全成分、全部）利用原则和“短流程”理念 生物资源的成分相当复杂，如一味中药可以分离出一百种

9、左右化学成分，复方更是一个多样化的天然组合化学库，含有几百种化学成分，而中药复方的药效又是多成分系统的协同（增溶、增效、抑制与减毒）作用。有效成分不明确、分离提纯后效果并不好，因此，片面强调提取“有效成分”，在目前的科学技术水平下几乎是不可能的，也不一定是科学的。细胞破壁粉碎，全价利用，既提高生物利用度，又节约资源。全价利用原则的“生物粉体工程”没有分离、提纯、干燥等复杂的后续过程，是“短流程”过程工业，为充分利用自然资源和低成本装备“生物粉体”创造了条件。 三、“生物粉体工程”的应用 “生物粉体工程”涵盖整个生态系统，可以全面应用在“大农业体系”和“大健康体系”。 在“大农业体系”中的应用包

10、括农林牧副渔产业，是种（植）养（殖）加（工）、产供销、贸工农一体化以市场需求为导向的生态产业链模式，提高食品工业产品附加值。 生物颗粒与粉体制各、应用技术研讨会 （）粮食和农副产品的精深加工最终产品是食品和食品配料、饲料和饲料添加剂等，如米面微粉、果蔬微粉、花粉和孢子微粉、调味品微粉、禽畜骨微粉等； （）全价利用的茶叶微粉、大豆微粉、山楂微粉、南瓜微粉； （）农业循环经济和食品工业副产品的综合利用和废物利用米糠、麦麸、燕麦皮、豆皮、玉米芯（皮）、果皮、甜菜渣和榨汁果渣、花生壳、贝壳和桔杆、中药材提取“有效成分”后的残渣等都可以经“生物粉体工程”再食品化，加工处理成为充分利用自然资源、高效、高附

11、加值的膳食纤维、食品配料和饲料添加剂等生物粉体新产品。 在“大健康体系”中的应用 “大健康体系”的原料绝大部分来自“大农业体系”，最终产品是健康食品、保健食品和药品（中药、农药、兽药等）。 （）创新中药在中药饮片的基础上破壁粉碎的微细化中药是在传承、弘扬中医药传统优势和特色的基础上，创新的一种全价利用药材，可以适应中医“辨证论治”和个体化用药需要，方便地冲饮（免煎煮）的最为“简便廉验”的配方用中药新制剂。具有“三效、三小和三便”（高效、速效、长效；剂量小、毒性小、副作用小；便于贮存、便于携带、便于服用）等特点，临床试验用量可以降低到或更低，可以大量节约宝贵的中药材资源、降低医疗成本、减轻城乡群

12、众经济负担。 微细化中药饮片还能用于中医问诊及冬病夏治、内病外治。中药制剂丸膏丹散，中药保健品，中药药膳（药膳方、药茶方、药酒方），中医物理疗法（及药浴、足疗、香薰等），中药新剂型 （水针剂、片剂、透皮贴剂、含片、干粉喷雾剂等）等治疗和“治未病”健康工程等方面； （）“药食同源”植物金银花、桔梗、紫苏、牛蒡、芦荟、仙人掌、松花粉等制备成“生物粉体（微粉）”必将成为引导中药材产业发展的新潮食品、健康食品和保健品； （）矿物本草（药用矿物）如麦饭石微粉、沸石微粉和电气石微粉等； （）中药农药微粉，中药兽药微粉及中药饲料添加剂微粉等； （）菌类天然生物药及保健品微粉 在预防、治疗慢性疾病和疑难杂症等

13、方面显现出卓越的作用，既能体现中药治疗概念，又能避免化学药品的毒副作用，真正给消费者带来价值创新： （）肉食品安全是关系国民健康的头等大事。根本解决我国食品安全和无抗、无激素饲料添加剂的问题，可以从中药这个伟大的宝库和“生物粉体工程”产业中找到出路和解决的办法，还可以提高肉食品的“色香味”品质。 四、生物粉体工程，产业的显著特征（特点和特色、优点和因素、意义和价值）】 连国计系民生，具有战略地位，对国民经济和社会发展全局具有重大和长远影响 “生物粉体工程”适应人们回归自然、追求营养和健康、低成本提高生活质量和健康水平的旺盛需求，真正给消费者带来价值创新；它可以更好提高生物利用度和利用率；更省用

14、量可以降低到或更多低：更充分地利用自然资源。 三具有发展的前瞻性和引领未来的先导性，能够成为一个国家和地区未来经济发展支柱产业 继个人计算机和网络形成的第四次产业革命之后，引发“财富第五波”比。的健康营养产业被国际经济学界确定为“无限广阔的兆亿产业”。良好的健康是人生最大的一笔财富，保健事业是主动积极的产业，是事前对人们健康所提供的产品和服务。健康产业将主导国民经济的发展。“大健康体系”的“中医药”是我国重要的卫生资源；优秀的文化资源；有潜力的经济资源；具有原创优势的科技资源。 。 “生物粉体工程”产业有利于改变我国经济粗放的增长方式，促进产业结构调整，真正实现经济增长方式向内需驱动型和消费拉

15、动型的转变。 原料丰富，市场前景广阔，具有中近期产业化的条件 我国是世界上生物品种多样性、生物资源最为丰富的国家。其中原生中药材就有：植物药种、动物药种和矿物药种。特别是以健康种植（养殖）为中心的现代生态农业的兴起，可以提供大量安全、优质、可再生的生物基原料，确保“生物粉体工程”产业的健康、快速、可持续发 生物颗粒与粉体制备、应用技术研讨会展 “生物粉体（微粉）”在民间和局部地区推广应用，已有近十年的技术积累和社会影响。如市场上已有破壁松花粉、破壁灵芝孢子粉等销售；以岭药业几味虫类中药细胞破壁粉碎制备成“通心络胶囊”，临床及药理和毒理试验表明：疗效高、剂量小、毒性低，已批准上市。北京市大兴区采

16、用细胞破壁粉碎后的天然物（中草药）饲料添加剂配方推行环保型生态养猪，让猪吃得香睡得酣。年起湖南省投入亿元支持重点科研项目，多种破壁粉碎的“中药超微饮片”已于年投入量产，并出版了万字的中药粉体工程学专著。 四以“知识密集”和“绿色”为标志，资源节约、环境友好、可持续发展； 知识密集和再生性资源主导型（资源可持续利用、产业可持续发展）的“生物粉体工程”节约资源能源、环境友好，和国计民生息息相关，与健康产业紧紧相联，是典型的人本经济、绿色经济、 民生经济、循环经济和低碳经济产业。 聚集、辐射和带动效应强 “生物粉体（微粉）”产品和“生物粉体工程”产业不仅是一个地区的支柱产业，还将带动一大批产业的形成

17、和发展：农林牧副渔和种（植）养（殖）业、机械制造、贮运、干燥、包装、仪器仪表、 电力电子、信息、生物、医药（中药、化学药、农药、兽药），食品和配料、饲料和添加剂等，形成庞大的产品集群和产业集群。 产业链长、产业规模大，创业和就业机会多 “生物粉体工程”产业从田头（农林牧副渔、种植业和养殖业）直到餐桌（消费者），产业链长，发展空间巨大，在其价值链上有许多创业和就业的机会。就近就地供应生物资源、就近就地就业，是改变我国亿多农民工“候鸟式”打工方式，解决农村剩余劳动力出路和农民致富的根本措施，可为现代农业建设、县域经济繁荣、小城镇发展和中西部开发，进一步为消除我国二元结构社会的城乡差异和工农差异创造

18、必要的条件。 综合效益（社会效益、生态效益、经济效益等）好，呈现新兴产业的显著特征 （）具有民族性和国际性 “生物粉体（微粉）”的研究开发首先以中药和保健食品为基础、以中华民族的传统的本草文化为背景，是完全依靠我国自己的科技力量，独立自主、自力更生，学科交叉、技术融合形成的，植根于中华大地，具有民族性、前沿性的高新科技领域。“生物粉体（微粉）”，特别是创新中药，同样可以为世界各国人民提高生活质量和健康水平服务。 “生物粉体工程”是一个充满生机和活力、发展潜力无穷的、内生型战略性新兴产业。 五、“生物粉体工程”产业发展的共性关键问题 “民以食为天，食以安全为先”。必须高瞻远瞩，从产业科学发展全局

19、出发，加快自主创新步伐，大力培育、精心孵化内生型战略性新兴产业，促进“生物粉体工程产业健康、可持续发展。 强化工程开发（中试）平台建设，创建“生物粉体工程技术中心”。加强中试、生产性试验，以及工程放大、流程优化、应用开发等方面的自主创新工作，为“生物粉体工程”产业化服务。 质量安全是“生物粉体工程”产业的基础和核心 （）供应链源头控制内在质量从生物资源原料生产（农林牧副渔、种植业、养殖业基地等）开始，确保生物资源内在质量，无抗、无激素、无药物残留、无污染（重金属残留量低）和优质，中药材符合规范种植等； （）产业化一生产线保证质量安全在整个产业链和供应链中，必须彻底摒弃落后的“小而散”的小农经济

20、生产方式；生物粉体制备工序、流程、单元装备、设备、装备和生产环境符合食品和药品生产和规范要求等；采用标准化、规范化、规模化“生物粉体（微粉）”生产线，在密闭和可控 （测控技术）状态下制备“生物粉体（微粉）”； “生物粉体工程”装备制造业应该是“两头大、中间小”哑铃式的创新产业链和地区支柱产业，是为“生物粉体（微粉）”产业化服务的。 生物颗粒与粉体制备、应用技术研讨会 （）流通领域的质量安全“生物粉体（微粉）”完全失去了生物体原有的形态，已无法用传统的外观、质地、色泽和性味等特征来加以识别，也不容许在流通领域里采取开放式的方法来鉴别，而且生物粉体的稳定性极差，必须研发多元化的“特种复合包装”来确

21、保流通领域的质量安全，最终在包装物上以信息标识（文字、图案、品牌、条形码和电子标签等）的方式表达出来，以便识别、方便使用； （）实施“生物粉体（微粉）”产品全程质量（内在质量和形态质量指标）可追溯。 开发符合低碳经济理念，适用于“生物粉体（微粉）”的专用装备、装置和设备。 实施人才、专利、标准、品牌战略。掌握核心技术、自主知识产权和核心竞争力，有利于打破国际贸易的技术壁垒，在国内外市场上掌控主动权、话语权、定价权和经营销售主导权。 加强以企业为主体，“政产学研”结合的“生物粉体工程”创新体系和战略联盟建设，充分发挥学会、协会人才荟萃、技术和信息密集的作用。 参考资料和相关链接： 抓住机遇，培育

22、和发展战略性新兴产业访科技部部长万钢川科技日报（） 保罗皮尔泽财富第五波北京：科学出版社， 健康营养产业：吃出来的经济增长点？跚科技日报，（） 中国真正被掐住脖子的不是能源现代快报，（封） 我国将规划大中药产业发展战略科技日报，（） 一 “生物粉体技术与国民健康”工作座谈会纪要（年月日于九三学社中央会议室） 九三学社中央年全国政协第十一届一次会议提案：“大力推进生物粉体技术在农产资源及中药领域中的应用” 软课题研究报告（）特种复合包装生物粉体”的有效载体 软课题研究报告（）中药创新之路“生物粉体工程”在创新中药中的应用（讨论稿） 软课题研究报告粉体粉体机械振动机械 软课题研究报告凹强化中试平台建设促进科技成果转化江苏九三论坛论文集 软课题研究报告内生型战略性新兴产业“生物粉体工程”