臭氧灭菌在中药中应用的理论与实践
1、臭氧介绍
人类发现和应用臭氧已经有一百多年的历史了。臭氧在常温下为淡蓝色气体，具有草腥味（编者按：有关文献介绍，臭氧为淡蓝色无味的气体，产生草腥味是因为空气中细菌被臭氧分解导致—存疑）。臭氧分子(03)是由三个原子氧组成，它与二个原子氧组成氧分子(02)，仅是一个原子氧之差，但其性能却有很大的差异。03氧化还原电位高(2.07ev)，仅次于氟(2.87ev)，占氧化剂的第二位(次氯酸1.49ev;二氧化氯1.50ev)。臭氧在常温下能分解成一个氧分子(02)和一个氧原子(O)，二个氧原子即能合成一个氧分子。臭氧作用的化学过程只是产生氧化物和氧气。它的高氧化还原电位决定了臭氧在杀灭微生物、空气净化、消除霉臭、农药残留降解等方面发挥着巨大的作用。
2、臭氧灭菌的机理
臭氧杀菌原理以氧化作用破坏微生物膜的结构实现杀菌作用。臭氧首先作用于细胞膜，使膜构成成份受损伤而导致新陈代谢障碍，臭氧继续渗透穿透膜而破坏膜内脂蛋白和脂多糖，改变细胞的通透性，导致细胞溶解、死亡。而臭氧杀灭病毒则认为氧化作用直接破坏其核糖核酸RNA或脱氧核糖核酸DNA物质而完成的。当前臭氧被誉为世界上最洁净的消毒剂。其安全可靠性已得到充分的肯定。
3、臭氧在国外的应用
1997年，美国电力研究院（ERPI）组织专家组对臭氧在食品加工方面的功效、应用领域、安全性问题、毒理等进行研究。结论表明：臭氧作为消毒杀菌剂应用时，符合GRAS（通用安全标准）要求。根据该结论，美国FDA（食品与药品管理局）放弃对食品加工使用臭氧的限制政策，确认臭氧可作为一种食品添加剂安全、有效地应用于食品加工（富氧水就是水用臭氧消毒后灌装，口感比较滑润）。这对臭氧技术的应用起到了很大的促进作用。
4、臭氧灭菌的优点
4.1 广谱高效
现执行的卫生部2002年版《消毒技术规范》认定臭氧是一种广谱高效杀菌剂。可杀灭细菌繁殖体和芽胞、病毒、真菌等，并可破坏肉毒杆菌毒素。实验证明，臭氧几乎对所有病菌、病毒、霉菌、真菌及原虫、卵囊都具有明显的灭活效果。
4.2 灭菌迅速
灭菌时间来说，臭氧具有常见灭菌方法无与伦比的速度，试验表明臭氧的灭菌速度是氯的300-600倍，紫外线的3000倍。
4.3 绿色环保
在我国的GMP验证中，对臭氧有一段全面的介绍：“臭氧(03)的消毒原理是：臭氧在常温、常压下分子结构不稳定，很快自行分解成氧气(02)和单个氧原子(0)；后者具有很强的活性，对细菌有极强的氧化作用，臭氧氧化分解了细菌内部氧化葡萄糖所必须的酶，从而破坏其细胞膜，将它杀死，多余的氧原子则会自行重新结合成为普通氧分子 (02)，不存在任何有毒残留物，故称无污染消毒剂，它不但对各种细菌(包括肝炎病毒，大肠杆菌，绿浓杆菌及杂菌等)有极强的杀灭能力，而且对杀死霉菌也很有效。”
5、臭氧灭菌在中药原生药粉灭菌中的应用
实现中药现代化，全面提升中药制剂水平，是国家“十五”科技规划中提出的任务。当前，中药制剂生产质量控制已成为实现中药现代化的瓶颈问题，而卫生指标的控制又是确保中成药尤其是以中药粉末入药制剂质量的关键问题之一。
目前广泛应用的高温灭菌方法，因灭菌依赖于热效应，容易改变或影响中药里面的活性成分和改变药性，所以对大部分热敏类、含挥发油类成分药粉不适合。同时因其“热”和“湿”的问题，不便于操作和进行生产流程的布局。作为中药生产流程中药粉的灭菌受到诸多的限制。而近几年有的企业开始使用的60Co辐射灭菌方法，可致药品中维生素破坏、变色、变味，甚至可能导致药效下降及诱发致癌物质。
为此，多年来国内众多专家致力于中药灭菌技术这一课题的研究，以寻找杀菌彻底、药效无损失或损失最低，不产生毒素或未知物，造价低、操作方便、适合连续化生产的中药灭菌方法。河南大学药学院承接完成了“臭氧技术在中药加工中的应用研究”课题，该课题为河南省2002年科技攻关项目（编号为0324420038）。课题组首次将粉体气悬浮臭氧逆流接触动态灭菌方法应用于中药生产过程中中药粉的灭菌，对灭菌方式、灭菌工艺、灭菌设备及对中药粉化学成分的影响等应用可行性进行了系统的研究。该课题获得两项国家专利，通过两项专家鉴定，获得了河南省科技厅科学技术进步三等奖。该项目研究居国内领先水平。
研究证明该工艺对中药原生粉中细菌和霉菌具有很好的杀灭效果。86（约57吨）批次样品灭菌试验证明，细菌总数灭菌率平均为95.17%，霉菌灭菌率平均为95.40%。其中细菌总数灭菌率最高为99.93%，最低为92.89%；霉菌灭菌率最高为100%，最低为93.0%。
因为臭氧灭菌为常温灭菌，避免了高温灭菌的缺点。通过对比试验证明，臭氧灭菌对原生药粉化学成分影响程度小，以六味地黄丸里的牡丹皮中的目标成分丹皮酚为例，臭氧灭菌的损失率为6.99%，比干热灭菌降低了16.67%，比流通蒸汽灭菌降低了28.49%。
与其它灭菌方法相比较，本方法具有可常温、常压操作，对药作用时间短，能耗低，符合环保要求等特点，特别是其在线灭菌的优势，具有很强的可行性，对实现中药大生产过程联动化操作和自动化控制，具有十分重要的意义。灭菌工艺参数，臭氧浓度54g/m3（编者注：相当于2.5万ppm），灭菌时间40min，气流速度40Hz(风机频率)，气源氧气纯度≥85%，灭菌温度≤40℃。工艺流程简图：
6、臭氧对中药农残的降解
6.1 中药材农药污染的三途径。
直接污染：是指中药材种植和贮藏过程中，将农药直接喷洒于土壤中或直接喷洒到植株的茎、叶、花、果上被植物吸收造成的污染，如有机磷、有机氯、呋喃丹等，这主要是不讲科学、用药时间不合理和大量滥用农药造成的；中药材贮藏中使用药物防治虫蛀、霉变也是中药材农药残留量超标的一个原因。通常淀粉含量高的中药材易出现虫蛀，如人参、党参、川芎等，药材发生虫蛀常在药材表面喷洒杀虫剂。油脂含量高的药材在贮藏过程中易发生泛油现象，一般采取烘、晒等方法，也有用药剂的情况。中药材贮藏或生产过程中受潮都容易发生霉变，有的喷洒防霉药品，如氯化苦为一种杀虫剂，其结构中含有一NO2 ，熏蒸后如果残留于药材中，即有致癌的可能。这些都容易造成中药材农药残留量超标。
间接污染：是环境对药材的污染。药材生长土壤的基础污染，水源、大气的污染等是一些高残留性农药污染的主要来源，六六六、DDT在70年代就被禁用并停止了生产，但六六六的降解时间为20年，DDT的降解时间为30年。所以，时至今日，许多样品中仍有六六六、DDT的检出且严重超标，这都是药材植株从环境中摄取的。在采收、加工、贮存、运输过程中的污染：例如用农药、化肥的包装作药材的包装，运输农药化肥的车辆未加彻底清洁就运输药材等。
食物链造成的污染：由于环境的污染，食物链也被污染和破坏，动物类中药材可以因食物链的蓄积作用而被污染，例如地龙以土壤有机质为食，土壤中残留的农药可被蓄积体内，当人们把该地龙作为药材时，就可能威胁人类健康。
6.2 中药农药残留的危害
中药材的来源，除少部分来源于野生外，其中的大品种和一些野生资源枯竭的品种都是通过种植获得。中药材作为药品，为体弱者服用、且服用时间长，所以易因农药残留造成蓄积中毒，严重影响其治病功效的发挥。一些地区为提高药材产量，大量使用农药，致使药材农药残留量过高，造成中药出口受阻。
我国在传统中药材的质量标准，特别是有害物质限量标准的制定方面与一些较发达国家和地区相比目前还比较滞后。中药中的有害物质问题是中药国际化亟待解决的重要问题之一。我国中药除将微生物污染检查纳入部颁标准外，对原料中药材及中成药中的重金属含量、农药残留量等，目前尚缺乏限量规范及定量检测标准。
早在1978年，世界卫生组织(WHO)就提出，要对“证明有效的植物药及其制剂制定标准和检验方法，制定药用植物制剂的国际性标准品和标准规格”。2000年美国加州卫生厅抽验260种由我国进口的中成药，有123种存在混有西药、化学物质、重金属含量超标及含有毒性物质的污染问题。中药重金属含量过高、农药残留量超标、有效成分缺失等问题，不仅严重影响了中药材向欧美发达国家的出口，影响了中药的形象，更严重影响了我国人民的身体健康。
虽然我国在《中药材生产质量管理规范(试行)》 (GAP)规定中也作出了一些规定，“施用农药应采用最小有效剂量并选用高效、低毒、低残留农药，禁止使用剧毒、高毒、高残留以及具有致癌、致畸、致突变的农药，以降低农药残留和重金属污染，保护生态环境。”但是由于中药的药品来源复杂，短期内彻底解决的难度还比较大。
6.3 臭氧降解农药残留的机理
臭氧是强氧化剂，在水中发生还原反应，产生氧化能力极强的单原子氧(O)和羟基(OH·)，瞬间可分解水中的有机物质。臭氧不仅能够破坏马拉硫磷、乐果等有机物分子结构中的烯炔炔烃等碳链，而且对其基团有着强烈的氧化作用。这种打断连接键和基团氧化的双重作用使得上述物质的分子结构发生彻底改变，从而起到解毒、降解农药残留的作用。
6.4 药粉臭氧灭菌工艺对农药残留的降解
据中国农业大学的沈群等在《应用臭氧降解农药百菌清的试验研究》一文中报道：臭氧初始质量浓度为1.4mg/L时（编者注相当于650ppm），在0～15 min内百菌清残留率快速下降，至15min时，已降至40％，之后随着放置时间的延长百菌清的降解程度并无明显增加；当臭氧初始质量浓度为7.0mg/L（3271ppm），5 min后，百菌清降解率几乎为100％。
也有很相关文献报道，将农药(乐果、马拉硫磷)原液按1：400比例稀释后用小型喷雾器均匀地喷洒在蔬菜上，24 h后取样。用臭氧水浸泡5分钟，乐果去除率为63．5％；用臭氧水浸泡10分钟对马拉硫磷去除率为90．3％。
国内外很多文献报道说明臭氧在一定的浓度下对有机磷、有机氯等农药残留具有很强的降解作用，而且随着臭氧的浓度的增加和臭氧作用的时间延长降解作用也逐渐增强。在药粉臭氧灭菌工艺中，臭氧浓度54mg/L（2,5万ppm），灭菌时间40min，远远高于很多臭氧降解农残试验的参数。很多试验证明，利用药粉臭氧灭菌工艺，在达到灭菌效果的同时，对农药残留有很好的降解作用。
（编者注：由于臭氧比较强的氧化还原作用，理论上分析对中药成分的氧化、分解肯定有较大的作用，故还是慎重使用为妥。）
