制剂的冻干原理和技术

[医用制剂]制剂药品的冻干原理和技术药用制剂原理-工艺-技术篇:对制剂药品冷冻干燥方法、冻干工艺优缺点及冻干机设备组成的介绍。

制剂药品的冻干原理和技术

冷冻真空干燥是制剂药品常用的一种干燥方法，简称冻干。冷冻干燥是保持物质不致腐败变质的方法之一。

干燥的方法有很多，比如晒干、煮干、烘干、喷雾干燥以及真空干燥。但这些方法都是在0℃以上或更高的温度下进行的。干燥的产品一般是体积缩小；质地变硬；有些物质发生了氧化；一些易挥发的成分会损失掉；一些热敏性的物质，如维生素、蛋白质会发生变性；微生物失去生物活力；干燥后的物质不易溶解在水中。

因此，干燥后的产品与干燥前相比在性状上有很大的差别。

而冷冻干燥不同于以上的干燥方法，产品的干燥基本上在0℃以下的温度进行，即在产品冻结状态下进行的。直到后期，为进一步降低产品的残余水份，才让产品的温度升高到0℃以上，但通常不超过40℃。

制剂药品的冷冻干燥就是把液态的药品预先降温冻结成固体。然后在真空条件下使冻结的水分以水蒸气的形态从固体中升华出来，而药品的有效成分剩留在冻结时的冰架子中，因此制剂药品干燥后的体积不变、疏松多孔。冰在升华时要吸收热量，从而引起冻结药品制剂本身温度的下降，导致升华速度的减慢，为了

增加升华的速度，缩短干燥时间，就必须对药品进行适当的加热。整个干燥是在较低的温度下进行的。制剂药品的冻干工艺有以下的优点：

（1）液体药剂加工方便，简化了无菌作业的过程，冻干过程是在低温下进行，因此对许多热敏性的物质特别适用。如生物药剂中的活性蛋白质、微生物之类的制剂，不会在冻干过程中发生变性或失去生物的活性。因此在冻干技术在医药上得到广泛的应用。

（2）在低温干燥过程中，制剂药品中一些挥发性成份损失很小。

（3）在冷冻干燥过程中，微生物的生长和活性酶的作用无法进行，因此保持原来的性状，提高了干粉的稳定性。

（4）由于在冻结状态下进行干燥，因此制剂药品的体积几乎不发生变化，保持了原来的结构，不会发生浓缩现象。

（5）干燥后的物质疏松多孔，呈海绵状，加水后溶解迅速而完全，几乎立即恢复原来的性状。冻干制剂的水溶性特别好。

（6）冷冻干燥是在真空下进行，氧气极少，因此药品制剂中一些易氧化的物质得到了保护。

冷冻干燥能排除药品制剂中95%~96%以上的水份，这样可以使干燥后的药品干粉能长期保存而不变质。

但同时药品制剂的冻干工艺也存在下面的缺点，就是加工处理所需时间长；干粉复水时需要用无菌稀释液；设备复杂而且生产成本高。

用于药品制剂冷冻干燥工艺的设备是冷冻干燥机，简称为冻干机。冻干机按系统分，由制冷系统、真空系统、加热系统和控制系统四个主要部分组成。按结构分，由冻干箱、干燥箱、冷凝器或叫水汽凝聚器、冷冻机、真空泵和阀门、电气控制元件等组成。冻干机设备组成如图1 所示。

冻干箱是一个能够制冷到-40℃左右。又能够加热到+50℃左右的高低温箱，也是一个能够抽成真空的密闭容器。它是冻干机的主要部分，需要冻干的产品就放在箱内分层的金属板层上，对产品进行冷冻，并在真空下加温，使药剂产品内水份升华而干燥。

冷凝器同样是一个真空密闭容器，在它的内部有一个较大表面积的金属吸附面，吸附面的温度能降到-40℃以下，并且能恒定地维持这个低温。冷凝器的功能是把冻干箱内产品升华出来的水蒸汽冻结吸附在其金属表面上。

冻干箱、冷凝器、真空管道和阀门，再加上真空泵，便构成了冻干机的真空系统。真空系统要求没有漏气现象，真空泵是真空系统建立真空的重要条件。真空系统对于产品的迅速升华干燥是必不可少的。

制冷系统由冷冻机与冻干箱、冷凝器内部的管道等组成。冷冻机可以是相互独立的几套，也可以合用一套。冷冻机的功用是对冻干箱和冷凝器进行制冷，以产生和维持它们工作时所需要的低温，它有直接制冷和间接制冷两种方式。

加热系统对于不同的冻干机有不同的加热方式。有的是利用直接电加热法；有的则利用中间介质来进行加热，由一台或几台循环泵使中间介质不断循环。加热系统的作用是对冻干箱内的产品进行加热，以使产品内的水份不断升华，并达到规定的残余水份要求。

控制系统由各种控制开关，指示调节仪表及一些自动装置等组成，它可以较为简单。也可以很复杂。一般自动化程度较高的冻干机则控制系统较为复杂。控制系统的功用是对冻干机进行手动或自动控制。操纵机器正常运转。以冻干出合乎要求的产品来。

冷冻真空干燥是一门综合性很强的技术，属于边缘科学，它涉及物理、化学、生物等知识，包括制冷、真空、电工、电子、仪表、控制、机械等技术。

因此，对于操作者的要求是比较高的，它要求操作者不仅要熟知冻干机的各个部件的结构、用途、工作原理，而且还要熟悉所要冻干对象的工艺要求。这些综合能力不是一朝一夕就能够具备的，需要长期地潜心钻研，勤于思考和努力实践。