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药品冻干机的基本原理

日期:2022-06-15浏览:63次

     药品冻干机的冻干成本控制方式一般是从预冻、升华和再干冻3个阶段入手,保证药品质量同时,合理有效地缩短冻干的周期在企业生产上具有明显的经济价值。

   

中药冻干过程是低温低压下水的物态变化和移动过程,基本原理就是低温低压下的传热传质。

该冻干技术与其他干燥方法相比有很多优点:可避免药品中热敏性成分分解变质; 可使物料中的易氧化成分不致氧化变质,尤其适合中药中热敏性高,极易氧化且不稳定物料的干燥; 所得制品质地疏松,呈多孔结构,复水性好,能够恢复药液原有的性状; 冻干制品含水量低,有利于产品的长期保存; 易实现无菌操作,整个过程污染机会相对较少,所得产品临床效果好,过敏现象少、副作用小。

1、冷冻速度的选择:

溶液速冻时(每分钟降温10~50℃),晶粒保持在显微镜下可见的大小;相反慢冻时(1℃/分),形成的结晶肉眼可见。粗晶在升华后留下较大的空隙,可以提高冻干的效率,细晶在升华后留下的间隙较小,使下层升华受阻。速冻的成品粒子细腻,外观均匀,表面积大,多孔结构好,溶解速度快。

制品在冻干机中预冻有两种方式:一种是制品与干燥箱同时降温,另一种是待干燥箱搁板降温至-40℃左右,再将制品放入,前者相当于慢冻,后者则介于速冻与慢冻之间,因而常被采用,以兼顾冻干效率与产品质量。此法的缺点是制品入箱时,空气中的水蒸气将迅速地凝结在搁板上,而在升华初期,若板升温较快,由于大面积的升华将有可能超越冷凝器的正常负荷。此现象在夏季尤为显著。经验证明,过冷现象容易致使制品温度虽已达到共晶点但溶质仍不结晶,为了克服过冷现象,制品冻结的温度应低于共晶点以下一个范围,并需保持一段时间,以待制品完全冻结。

2、升华过程的控制:

对药品的升华基本可分为两个阶段即大量升华阶段与残余水分干燥阶段。分别说明如下:

2.1、大量升华阶段:在升温的阶段,即大量升华阶段,制品温度要低于其共晶点一个范围,因此要对搁板温度加以控制。若制品已经部分干燥,但温度却超过了其共晶点,此时将发生制品融化现象,而此时融化的液体,对冰饱和,对溶质却未饱和,因而干燥的溶质将迅速溶解进去,最后浓缩成一薄僵块,外观不良,溶解速度很差,若制品的融化发生在大量升华后期,则由于融化的液体数量较少,因而被干燥的孔性固体所吸收,造成冻干后块状物有所缺损,加水溶解时仍能发现溶解速度较慢。

在大量升华过程中,虽然搁板和制品温度有很大悬殊,但由于板温、冷凝器温度和真空温度基本不变,因而升华吸热比较稳定,制品温度相对恒定。随着制品自上而下层层干燥,冰层升华的阻力逐渐增大。制品温度相应也会小幅上升。直至用肉眼已不到冰晶的存在。此时90%以上的水分已除去。大量升华的过程至此已基本结束。为了确保整箱制品大量升华完毕,搁板温度仍需保持一个阶段后再进行第二阶段的升温。

2.2、残余水分干燥阶段:剩余百分之几的水分称残余水分,它与自由状态的水在物理性质上有所不同,残余水分包括了化学结合之水与物理结合之水,诸如化合的结晶水、蛋白质通过氢键结合的水以及固体表面或毛细管中的吸附水等。由于残余水分受到引力的束缚,其饱和蒸汽压不同程度的降低,因而干燥速度会明显下降。虽然提高制品温度以促进残余水分的气化,但若超过某极限温度,生物活性也可能急剧下降。因此保证制品安全的干燥温度要由实验来确定。通常我们在第二阶段将搁板温度控制在30℃左右,并保持恒定。在这一阶段初期,由于板温升高,残余水分少而不易气化,因此制品温度上升较快。但随着制品温度与搁板温度逐渐靠拢,热传导变得更为缓慢,需要耐心等待相当长的一段时间,实践经验表明,残余水分干燥的时间与大量升华的时间几乎相等有时甚至还会超过。

3、冻干曲线控制控制:

将搁板温度与制品温度随时间的变化记录下来,即可得到冻干曲线。比较典型的冻干曲线将搁板升温分为两个阶段,在大量升华时搁板温度保持较低,根据实际情况,一般可控制在-10~10℃之间。第二阶段则根据制品性质将搁板温度适当调高,此法适用于其熔点较低的制品。若对制品的性能尚不清楚,机器性能较差或其工作不够稳定时,用此法也比较稳妥。

如果制品共晶点较高,系统的真空度也能保持良好,冷凝器的制冷能力充裕,则也可采用一定的升温速度,将搁板温度升高至允许的温度,直至冻干结束,但也需保证制品在大量升华时的温度不得超过共晶点。

若制品对热不稳定,则第二阶段板温不宜过高。为了提高阶段的升华速度,可将板温度一次升高至制品允许的温度以上;待大量升华阶段基本结束时,再将板温降至允许的温度,这后两种方式虽然使大量的升华速度有一些提高,但其抗干扰的能力相应降低,真空度和制冷能力的突然降低或停电都可能会使制品融化。合理而灵活地掌握种方式,仍是目前较常用的方式。

   其原理先将湿物料在其冰点温度下冻结,得到稳定的固体骨架,然后在适合的真空度下进行升温,使冰直接升华为水蒸气,再利用真空系统的冷凝器将水蒸气凝结,从而获得干燥产品。

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