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1、干燥技术与设备2007年第5卷第5期DryingTechnology&Equipment·261·冷冻干燥的工艺流程及其应用霍贞(军事医学科学院实验仪器厂,北京100850)摘要:阐述了冷冻干燥工艺的原理及特点,介绍了冷冻干燥设备的组成以及冷冻干燥的工艺流程,展望了冷冻干燥工艺的应用前景。关键词:冷冻干燥;冻干设备;工艺;应用中图分类号:TQ028.63文献标识码:A文章编号:1727—3080(2007)05—0261—041冷冻干燥工艺的原理及特点[1]高的有机溶剂,因而很难制备某种特性的晶型,甚1.1冷冻干燥
2、工艺原理至冻干产品在复水时会出现浑浊现象。冷冻干燥就是将需要干燥的物料在低温下先2冷冻干燥设备行冻结至共晶点以下,使物料中的水分变成固态的冷冻干燥设备主要由冷冻部分、真空部分、水冰,然后在适当的真空环境下进行冰晶升华干燥,蒸汽去除部分、加热(干燥室)部分组成。待升华结束后再进行解吸干燥,除去部分结合水,2.1冷冻部分从而获得干燥的产品。冷冻干燥过程可分为预冻、在冷冻干燥中,预冷及抽出水蒸汽的冷凝都离一次干燥(升华干燥)和二次干燥(解吸干燥)三不开冷冻过程。常用的制冷方式有三种[3]:蒸汽压缩个步骤。式制冷,蒸汽喷射
3、式制冷,吸收式制冷,其中最常用1.2冷冻干燥工艺存在的优缺点的是蒸汽压缩式制冷。常用的冷冻剂有氨、氟里昂、1.2.1冷冻干燥工艺的优点二氧化碳等,在制冷系统中常用的载冷剂有空气、与其他干燥方法(如热风烘干,喷雾干燥,远红氯化钙溶液、乙醇。现在也有采用双级螺杆式制冷外线烘干,微波干燥等)相比,冷冻干燥工艺有其显压缩机来冷却热媒的,即仅用一种共沸制冷剂如著的优越性[2]R502:①能够维持原有的形状,不干裂、不来达到其深度冷却的目的。收缩、不硬化,保持原有的色、香、味,复水速度快,2.2真空部分复水效果好。②在低温下干
4、燥,能够最大限度地保在冷冻干燥时,干燥箱中的绝对压力应为冻结持营养成分与活性成分不被破坏。③产品含水量物料饱和蒸汽压的1/2～1/4,一般情况下约为1.3～低,易于贮藏、保鲜(无需冷藏),保质期限长。13Pa。常用的真空泵有旋片式真空泵、多级喷射式1.2.2冷冻干燥工艺的缺点与不足真空泵。当要求达到更高真空度时,可用机械泵为⑴设备投资大,干燥速率小,干燥时间长,能耗前级泵,油扩散泵为次级泵,串联后的真空度可达高;1×10-5Pa。真空泵的抽气量要求达到5～10min内⑵生物活性物质(如多肽和蛋白质药物)制成使系统从
5、一个大气压降至100Pa以下。冻干制剂主要是为了保持活性,但如果配料(如保2.3水蒸汽去除部分护剂,溶剂,缓冲剂等)选择不合理,冻干设备选择冻结物料升华干燥过程被真空泵抽出来的水不当,工艺操作不合理,都可能导致冻干制品失活。蒸汽,主要用冷凝法加以去除。采用的冷凝形式主这是生产冻干制剂的关键,需要进行基础性研究和要有管壳式、螺旋板式或配有旋转刮刀的加套冷凝针对特定产品进行反复试验与分析。收稿日期:2007-07-16⑶溶剂不能随意选择,只限于水或一些冰点较作者简介:霍贞(1983-),女,学士,Email:autum
6、n.huo@163.com。干燥技术与设备·262·DryingTechnology&Equipment2007年第5卷器式等。常用冷却介质有低温空气、盐水、乙醇;对能不稳定,而高于10%则冻干不易成功,且复水也于小型装置,也有采用甘油、无水氯化钙等化学吸比较困难。收剂及活性氧化铝或硅胶等物理吸水剂来去除水⑶预冻速度有快速冻结与慢速冻结之分。快速汽。冻结形成的冰晶细,而且没有冻结浓缩现象,防止2.4加热(干燥室)部分了溶质浓缩引起的药物活性的丢失,加水复原时溶制品的冻干在干燥室内进行,干燥室的内部材解快,药品内的成
7、分均匀一致;慢速冻结则形成较料包括搁板等主要部件均用316或304不锈钢制大的冰晶,有冻结浓缩现象。冰晶形态和大小决定作。两排冷管及两排热管浇注其中,分别用于对产干燥速率,大的冰晶水分容易逸出,升华干燥速率品进行冷却和加热。干燥室顶部装有真空传感器,大,但在二次干燥时由于表面积较小,解吸速率也能将其中的真空度转化成电信号显示出来。与干燥较大。实际上一般冻干药品的预冻速度介于快冻与室相连接的是冷凝器,冷凝器内装有螺旋式冷气盘慢冻之间。冷冻速度可影响药物活性,同时对药物管,其工作温度低于干燥室内的药品温度,最低可贮藏期
8、间的稳定性也有潜在影响[4]。达-60℃。它主要用于捕集制品的水汽,并使之在盘3.2退火管上凝结,从而保证冻干过程的顺利进行。干燥室退火是指把冻结药品温度升到共熔温度以下,一般为箱式,干燥室的门及视镜要求制作的十分严保温一段时间后再将温度降到冻结温度的过程。在密可靠,否则不能达到预期的真空度。干燥室兼作升华干燥之前增加退火步骤,主要有两个原因[5,6]:预冻
