1凍干技術(shù)原理及其特點(diǎn)
　　
　　1.1凍干技術(shù)原理冷凍干燥的機(jī)理就是將需干燥的物料在低溫下先行凍結(jié)至其共熔點(diǎn)以下,使物料中的水分變成固態(tài)的冰,然后在適當(dāng)?shù)恼婵窄h(huán)境下,通過(guò)加熱,使冰直接升華為水蒸氣而除去,從而獲得干燥的制品。
　　
　　1.2凍干技術(shù)特點(diǎn)凍干是一種使物料在低溫低壓下脫水的干燥工藝,與其他干燥方法相比,具有藥品不變質(zhì)、易長(zhǎng)期儲(chǔ)存、藥劑定量準(zhǔn)確、脫水*、易復(fù)水再生、易進(jìn)行無(wú)菌操作、利于熱敏性藥物保持活性、揮發(fā)成分損失少等優(yōu)點(diǎn)[2～4];但也存在設(shè)備要求高、投資大、干燥速率低、時(shí)間長(zhǎng)、能耗高、產(chǎn)品成本高等缺點(diǎn)和不足[5]。
　　
　　2凍干過(guò)程的技術(shù)指標(biāo)
　　
　　2.1產(chǎn)品的預(yù)凍預(yù)凍主要為了固定產(chǎn)品、形成有利于升華的結(jié)晶、保證全部產(chǎn)品獲得相同細(xì)微結(jié)構(gòu)。預(yù)凍不僅影響干燥速率,而且影響凍干產(chǎn)品質(zhì)量。因此在凍結(jié)過(guò)程中必須考慮配方、凍結(jié)速率、凍結(jié)方式、凍結(jié)時(shí)間以及是否退火等問(wèn)題。
　　
　　2.1.1配方的影響如果配方中固體含量太少,凍干藥品結(jié)構(gòu)的機(jī)械性能不穩(wěn)定,外觀可能會(huì)塌陷。尤其在干燥過(guò)程中,藥品微粒不能粘在基質(zhì)上,逸出的水蒸氣會(huì)把這些微粒帶到小瓶的塞子上,甚至?xí)У秸婵帐抑衃6]。若用量太多,除增加成本外,還會(huì)影響到配制過(guò)程,如溶解度問(wèn)題、凍干后的復(fù)溶等。為獲得均勻一致、表面光滑、穩(wěn)定的產(chǎn)品,配方中須有填充劑、賦形劑、穩(wěn)定劑等保護(hù)劑,文獻(xiàn)[7～9]對(duì)不同的保護(hù)劑進(jìn)行了詳盡的研究。
　　
　　2.1.2凍結(jié)方式的影響凍結(jié)方式不同,產(chǎn)生的冰晶形態(tài)大小不同,干燥速率也不同。凍結(jié)分為全域過(guò)冷結(jié)晶和定向結(jié)晶兩類[10],全域過(guò)冷結(jié)晶指全部藥液處于相同或相近的過(guò)冷度下進(jìn)行凍結(jié)的方式,分慢速凍結(jié)（制品每分鐘降溫1℃）和快速凍結(jié)（制品每分鐘降溫10～15℃）[11]。速凍的冰晶細(xì)小,沒(méi)有凍結(jié)濃縮現(xiàn)象,但升華阻力大,存在不*凍結(jié)現(xiàn)象。而慢凍晶格較大,存在凍結(jié)濃縮的現(xiàn)象[12]。定向結(jié)晶指一小部分藥液處于過(guò)冷狀態(tài)下進(jìn)行凍結(jié)的方式。Thomas[13]將溶液用濕冰冷卻,瓶底用干冰冷卻,形成晶核,然后放到-50℃的擱板上凍結(jié)得到了表面無(wú)凍結(jié)濃縮層,結(jié)構(gòu)均一的樣品。Martin[14]在真空為011kPa,擱板溫度為+10℃的條件下,讓溶液開(kāi)始表面凍結(jié),形成1～3mm的冰晶薄層。然后解除真空,降低擱板溫度到結(jié)晶溫度以下進(jìn)行凍結(jié),同樣實(shí)現(xiàn)了定向凍結(jié)。實(shí)驗(yàn)證明,定向結(jié)晶凍結(jié)的干燥速率比全域過(guò)冷結(jié)晶的快。
　　
　　2.1.3預(yù)凍速率的影響預(yù)凍過(guò)程產(chǎn)生的機(jī)械效應(yīng)和溶質(zhì)效應(yīng)會(huì)對(duì)生物細(xì)胞產(chǎn)生一定的破壞作用并引起生化藥品失活或變性[15]。
　　
　　對(duì)這種現(xiàn)象可采用下列措施解決:①預(yù)凍采用速凍法,先將擱板溫度降至-45℃,再放入產(chǎn)品急速冷凍,形成細(xì)微冰晶,使
　　
　　其來(lái)不及產(chǎn)生機(jī)械效應(yīng)和溶質(zhì)效應(yīng)。②緩沖液要選用溶解度相當(dāng)?shù)木彌_配對(duì)鹽。③加入產(chǎn)品保護(hù)劑[16,17]。實(shí)驗(yàn)證明,快速凍結(jié)導(dǎo)致升華速率低,解吸速率快;慢速凍結(jié)導(dǎo)致升華速率快,解吸速率慢[18]。
　　
　　2.1.4zui低凍結(jié)溫度的影響zui低凍結(jié)溫度和所凍樣品的共熔點(diǎn)有關(guān),安全的凍結(jié)溫度低于共熔點(diǎn)10℃左右。若溫度太低,則會(huì)造成能源浪費(fèi)。
　　
　　2.1.5凍結(jié)時(shí)間的影響適宜的凍結(jié)時(shí)間可以確保抽真空之前所有的產(chǎn)品都能凍實(shí),避免因抽真空而噴瓶。由于物體的傳熱先表后里,凍干箱內(nèi)的產(chǎn)品存在一定的溫度梯度,因此需要相應(yīng)的保溫時(shí)間和改善傳熱效率來(lái)縮小溫差。
　　
　　2.1.6退火退火是指把凍結(jié)藥品升溫接近共熔點(diǎn),保溫一段時(shí)間,再降低到凍結(jié)溫度的過(guò)程[19]。增加退火的原因:①?gòu)?qiáng)化結(jié)晶[20]。在凍結(jié)特別是快速凍結(jié)過(guò)程中,配方中結(jié)晶成分往往來(lái)不及*結(jié)晶,凍結(jié)濃縮液中還會(huì)有一部分水達(dá)不到zui大濃縮狀態(tài)。當(dāng)退火的溫度高于配方的zui大濃縮玻璃化轉(zhuǎn)變溫度Tg’時(shí),會(huì)促進(jìn)再結(jié)晶的形成使結(jié)晶成分和未凍結(jié)水結(jié)晶*[21,22]。②提高非晶相的zui大濃縮液玻璃化轉(zhuǎn)變溫度。從非晶相中除去Tg’較低的結(jié)晶成分,能夠提高非晶相的Tg’。Barry[23]在研究非晶態(tài)碳水化合物的水合物結(jié)晶規(guī)律時(shí)發(fā)現(xiàn),經(jīng)過(guò)退火之后的海藻糖干燥溶液的Tg’由31℃上升到79℃,大大提高了穩(wěn)定作用。③改變冰晶形態(tài)和大小分布,提高干燥效率。James[21]認(rèn)為不同成核溫度產(chǎn)生不同的冰晶形態(tài)和粒徑大小,繼而導(dǎo)致升華干燥的速率不均勻。而一個(gè)過(guò)程中的干燥速率是由zui慢的干燥藥品確定的,因此不均勻的干燥速率會(huì)影響藥品質(zhì)量和生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)性。退火過(guò)程中的相行為和重結(jié)晶可以減小由于成核溫度差異造成的冰晶尺寸差異及干燥速率的不均勻性,提高干燥效率和藥品均勻性。但由于目前實(shí)驗(yàn)手段不夠*和理論知識(shí)缺乏,退火機(jī)理尚有疑問(wèn),加熱速率、退火溫度、退火時(shí)間等參數(shù)的選取還沒(méi)有依據(jù)。