凍干制劑工藝研究

凍干制備工藝演講人：吳響制作人：李月，姜?jiǎng)P，高榮榮，劉靜茹，郭煒，陳俊賢，陳永文第三組當(dāng)前第1頁(yè)\共有30頁(yè)\編于星期五\17點(diǎn)在0℃以下，將洗過(guò)的衣服晾在室外，很快就被凍結(jié)了，但經(jīng)過(guò)一段時(shí)間，衣服也會(huì)變干，這是因?yàn)橐路幸呀Y(jié)冰的水升華到空氣中去了?？諝庠礁稍?，空氣中水蒸氣的分壓越低，升華就越快。很久以前，我國(guó)就有冬天將凍肉在室外干燥的做法。這些現(xiàn)象就可以算作是“冷凍干燥”。當(dāng)前第2頁(yè)\共有30頁(yè)\編于星期五\17點(diǎn)濕物料干燥固體制品加熱蒸發(fā)干燥冷凍干燥血液制品，性質(zhì)不穩(wěn)定的化學(xué)藥，中藥當(dāng)前第3頁(yè)\共有30頁(yè)\編于星期五\17點(diǎn)

定義

冷凍干燥是把含有大量水分的物料預(yù)先進(jìn)行降溫，凍結(jié)成冰點(diǎn)以下的固體，在真空條件下直接升華，從而去除水分得到干燥產(chǎn)品的一種技術(shù)。因?yàn)槭抢蒙A除水分的目的，所以也可稱(chēng)作升華干燥。

凍干后的物料，經(jīng)密封后，可以在室溫或4℃以下長(zhǎng)期保存。當(dāng)前第4頁(yè)\共有30頁(yè)\編于星期五\17點(diǎn)1933年，美國(guó)賓州大學(xué)用玻璃器皿系統(tǒng)，首次實(shí)現(xiàn)血清的冷凍干燥。1928年，發(fā)現(xiàn)青霉素；1938年，實(shí)現(xiàn)青霉素的冷凍干燥，并使凍干的青霉素在二戰(zhàn)期間的臨床醫(yī)學(xué)上得到了重要應(yīng)用。幾年后，凍干成為保存疫苗的一種常用方法。為解決巴西咖啡過(guò)剩問(wèn)題，1938年雀巢公司發(fā)明了咖啡的冷凍干燥。（在凍干技術(shù)的早期發(fā)展中，這三件事具有里程碑的意義。）發(fā)展概況當(dāng)前第5頁(yè)\共有30頁(yè)\編于星期五\17點(diǎn)（隨著凍干技術(shù)的發(fā)展，凍干理論和工藝的研究也逐漸興旺起來(lái)。）1944年，F(xiàn)losdorf撰寫(xiě)了世界上第一部有關(guān)凍干技術(shù)和理論的專(zhuān)著。1951年和1958年先后在倫敦召開(kāi)第一屆和第二屆凍干專(zhuān)題討論會(huì)。1963年，美國(guó)最先制定凍干藥品GMP生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)。1969年，世界各地紛紛制定GMP計(jì)劃，國(guó)際貿(mào)易組織決定執(zhí)行凍干的GMP標(biāo)準(zhǔn)。20世紀(jì)90年代，生物藥品的出現(xiàn)和發(fā)展迫使凍干技術(shù)向更加精致、深入的方向發(fā)展。近年來(lái)，凍干技術(shù)逐漸在材料學(xué)中應(yīng)用，制備納米超級(jí)細(xì)微粉也應(yīng)運(yùn)而生，凍干法占得一席之地。當(dāng)前第6頁(yè)\共有30頁(yè)\編于星期五\17點(diǎn)當(dāng)前第7頁(yè)\共有30頁(yè)\編于星期五\17點(diǎn)

原理干燥是物品的失水過(guò)程，利用水的三相圖可以說(shuō)明凍干的過(guò)程和原理。

三線：OA,OB,OC分別為水的三態(tài)轉(zhuǎn)化平衡曲線。

一點(diǎn)：O點(diǎn)為冰水氣的三相平衡點(diǎn)，該點(diǎn)溫度為0.01℃，壓力為4.6mmHg(0.61KPa).

當(dāng)前第8頁(yè)\共有30頁(yè)\編于星期五\17點(diǎn)A.降溫，冷凍：處于a點(diǎn)的水經(jīng)過(guò)恒壓降溫過(guò)程，將沿ab線移動(dòng)并在OA的交叉點(diǎn)上結(jié)冰，最后到達(dá)b.B.抽真空：b經(jīng)過(guò)恒溫降壓到達(dá)c。C.升華：再經(jīng)恒壓升溫操作，冰沿著cd方向移動(dòng)，在OC的交叉點(diǎn)上開(kāi)始汽化為水蒸氣，到達(dá)d處。abcd當(dāng)前第9頁(yè)\共有30頁(yè)\編于星期五\17點(diǎn)凍干機(jī)當(dāng)前第10頁(yè)\共有30頁(yè)\編于星期五\17點(diǎn)當(dāng)前第11頁(yè)\共有30頁(yè)\編于星期五\17點(diǎn)

冷凍干燥系統(tǒng)的主要組成

凍干箱：放置濕物料，，箱內(nèi)設(shè)有若干層隔板隔板，內(nèi)置冷凍管和加熱管，制冷系統(tǒng)：為冷凝器和凍干箱提供冷源，在恒壓降溫階段使用真空系統(tǒng)：在恒溫降壓階段使用加熱系統(tǒng)：在恒壓升溫階段使用冷阱：使升華的水蒸汽冷凝當(dāng)前第12頁(yè)\共有30頁(yè)\編于星期五\17點(diǎn)冷凍干燥的制備工藝流程A.藥品準(zhǔn)備：無(wú)菌配液→過(guò)濾→分裝（安瓿瓶或西林瓶）藥品溶液要保持一定的濃度：為了有利于干燥和凍干后形成穩(wěn)定的多孔結(jié)構(gòu)，大多需要添加賦形劑：對(duì)于激素、酶、疫苗等劑量相對(duì)較小的熱敏型藥品加入凍干保護(hù)劑：為保護(hù)含有蛋白質(zhì),多膚等成分的藥物的活性和藥物的原有晶型凍干后結(jié)構(gòu)圖當(dāng)前第13頁(yè)\共有30頁(yè)\編于星期五\17點(diǎn)冷凍干燥的保護(hù)劑在藥品的冷凍干燥和儲(chǔ)藏過(guò)程中，很多因素（如化學(xué)成分、凍結(jié)速率、干燥固體中剩余水分、儲(chǔ)存環(huán)境的溫度和濕度等）都會(huì)影響其中活性組分的穩(wěn)定性，甚至導(dǎo)致失活。大量的實(shí)驗(yàn)研究表明大多數(shù)的藥品和生物制品都需要添加合適的冷凍干燥保護(hù)劑和添加劑，配制成混合液后，才能進(jìn)行有效的冷凍干燥和收藏。當(dāng)前第14頁(yè)\共有30頁(yè)\編于星期五\17點(diǎn)按保護(hù)劑功能和性質(zhì)分類(lèi)：1.凍干保護(hù)劑在凍結(jié)和干燥過(guò)程中，可以防止活性組分發(fā)生變形的物質(zhì)，如甘油、二甲亞砜（DMSO)、蔗糖等。2.填充劑能阻止有效組分隨水蒸氣一起升華逸散，并使有效組分成形的物質(zhì)，如甘露醇、乳糖、明膠等。3.抗氧化劑用作防止生物制品在冷凍干燥過(guò)程以及儲(chǔ)存過(guò)程中發(fā)生氧化變質(zhì)的物質(zhì)，如維生素D、維生素E、蛋白質(zhì)水解物、硫代硫酸鈉等。4.酸堿調(diào)整劑在冷凍干燥過(guò)程和儲(chǔ)存過(guò)程中，能將生物制品的pH調(diào)整到活性物質(zhì)的最穩(wěn)定區(qū)域的物質(zhì)。如磷酸、山梨醇、EDTA（乙二胺四乙酸二鈉）等。當(dāng)前第15頁(yè)\共有30頁(yè)\編于星期五\17點(diǎn)B.預(yù)凍是恒壓降溫過(guò)程。藥液隨溫度的下降凍結(jié)成固體，溫度一般應(yīng)降至產(chǎn)品共熔點(diǎn)以下10-20℃以保證冷凍完全。若預(yù)凍不完全，在減壓過(guò)程中可能產(chǎn)生沸騰噴瓶的現(xiàn)象，使制品表面不平整。當(dāng)前第16頁(yè)\共有30頁(yè)\編于星期五\17點(diǎn)C.升華干燥（一次干燥）：

在低溫下對(duì)物料加熱，使其中被凍結(jié)成冰的“自由水”直接升華成水蒸氣。一般包括“一次升華法”和“反復(fù)冷凍升華法”。一次干燥結(jié)束后，藥品中大約90％的水分被除去。D.解吸干燥（二次干燥）：在較高溫度下加熱，使物料中被吸附的部分“束縛水”解吸，變成“自由”的液態(tài)水，再吸熱蒸發(fā)成水蒸氣。二次干燥結(jié)束后，藥品中含水量一般低于3％。當(dāng)前第17頁(yè)\共有30頁(yè)\編于星期五\17點(diǎn)E.裝封過(guò)程：為了防止氧化和水蒸氣對(duì)凍干藥品的污染，保證藥品能長(zhǎng)期穩(wěn)定地儲(chǔ)存，一般可在凍干室內(nèi)直接利用加塞系統(tǒng)，把瓶塞壓緊；也可向凍干室內(nèi)沖入氮?dú)夂筮M(jìn)行密封包裝。當(dāng)前第18頁(yè)\共有30頁(yè)\編于星期五\17點(diǎn)2.6凍干中常出現(xiàn)的異?，F(xiàn)象和處理方法1.產(chǎn)品抽真空時(shí)噴瓶：預(yù)凍溫度沒(méi)有低于共熔點(diǎn)溫度，或已低于共熔點(diǎn)溫度，但時(shí)間還不夠，導(dǎo)致產(chǎn)品沒(méi)有凍實(shí)?；蛟谏A干燥階段中供熱太快、受熱不勻，導(dǎo)致局部熔化，在抽真空時(shí)噴瓶。2.產(chǎn)品有干縮和鼓泡現(xiàn)象：這是由于在升華中加熱太高或局部真空不良使產(chǎn)品溫度超過(guò)了熔點(diǎn)溫度出現(xiàn)了局部熔化，由液體蒸發(fā)為汽體，造成體積縮小，嚴(yán)重的熔化會(huì)產(chǎn)生鼓泡。解決方法是降低加熱溫度和提高凍干箱的真空度，應(yīng)控制產(chǎn)品溫度，使它低于共熔點(diǎn)溫度5℃。當(dāng)前第19頁(yè)\共有30頁(yè)\編于星期五\17點(diǎn)3.產(chǎn)品顏色不均勻：產(chǎn)品有結(jié)晶花紋，這是由于冷凍速率緩慢引起的，解決方法是提高冷凍速率不在0℃左在的溫度停留，使產(chǎn)品凍結(jié)成較小的晶體。有時(shí)產(chǎn)品中能看到一圈顏色較深的分層線，這往往是升華中短時(shí)間真空不良造成的，短暫停電會(huì)產(chǎn)生這種現(xiàn)象當(dāng)前第20頁(yè)\共有30頁(yè)\編于星期五\17點(diǎn)當(dāng)前第21頁(yè)\共有30頁(yè)\編于星期五\17點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：1.可避免藥品因高溫而分解，如產(chǎn)品中的蛋白質(zhì)、多肽、酶類(lèi)不易變性。2.所得產(chǎn)品質(zhì)地疏松，加水后迅速溶解恢復(fù)藥液原有特性。3.含水量低，一般在1%~3%范圍內(nèi)，且在真空中進(jìn)行干燥，故不易氧化，有利于產(chǎn)品長(zhǎng)期貯存。4.產(chǎn)品中的微粒較少。5.產(chǎn)品劑量準(zhǔn)確，外觀優(yōu)良。2.7凍干技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)當(dāng)前第22頁(yè)\共有30頁(yè)\編于星期五\17點(diǎn)缺點(diǎn)：1.溶劑選擇范圍窄。2.有些產(chǎn)品凍干后溶解性下降，重新溶解出現(xiàn)渾濁。2.需特殊設(shè)備，耗時(shí)較長(zhǎng)，成本較高。當(dāng)前第23頁(yè)\共有30頁(yè)\編于星期五\17點(diǎn)

實(shí)例——注射用輔酶A的無(wú)菌凍干制劑【處方】輔酶A56.1單位主藥水解明膠5mg填充劑甘露醇10mg填充劑葡萄糖酸鈣1mg填充劑半胱氨酸0.5mg抗氧劑【制備】將上述各成分用適量注射用水溶解后，無(wú)菌過(guò)濾，分裝于安瓿（bù）中，每支0.5mg，冷凍干燥后封口，漏氣檢查即得?！居猛尽勘酒肥求w內(nèi)乙酰化反應(yīng)的輔酶，有利于體內(nèi)糖、脂肪及蛋白質(zhì)的代謝。用于白細(xì)胞減少癥，原發(fā)性血小板減少性紫癜及功能性低熱等。當(dāng)前第24頁(yè)\共有30頁(yè)\編于星期五\17點(diǎn)

其它領(lǐng)域的應(yīng)用

真空冷凍干燥技術(shù)在生物工程、醫(yī)藥工業(yè)、食品工業(yè)、材料科學(xué)、農(nóng)副產(chǎn)品深加工甚至古舊書(shū)畫(huà)修復(fù)和動(dòng)植物標(biāo)本制作等領(lǐng)域有著廣泛應(yīng)用。當(dāng)前第25頁(yè)\共有30頁(yè)\編于星期五\17點(diǎn)①微生物的冷凍干燥許多的微生物，包括細(xì)菌、放線菌、酵母菌及病毒等大量微生物，已能成功地實(shí)現(xiàn)冷凍干燥，凍干后微生物的存活率在80%以上②食品的冷凍干燥冷凍干燥的食品具有明顯的優(yōu)點(diǎn)，可保持新鮮食品的色香味，避免了一般干燥方法易產(chǎn)生的營(yíng)養(yǎng)成分損失和表面硬化現(xiàn)象；能夠長(zhǎng)期保存；復(fù)水性好和速溶性強(qiáng)；食用簡(jiǎn)單方便。當(dāng)前第26頁(yè)\共有30頁(yè)\編于星期五\17點(diǎn)③藥品的冷凍干燥現(xiàn)代藥品大多是熱敏性藥品，即對(duì)溫度比較敏感的藥品（如干擾素、生長(zhǎng)激素等），還有我國(guó)的中草藥（如人參、鹿茸、山藥、冬蟲(chóng)夏草等少量藥材），藥品冷凍干燥的目的是藥品不變質(zhì)且盡量減少有效成分的損失，適于長(zhǎng)期貯存、準(zhǔn)確定量、復(fù)水再生和大批量無(wú)菌化生產(chǎn)。當(dāng)前第27頁(yè)\共有30頁(yè)\編于星期五\17點(diǎn)④人細(xì)胞的冷凍干燥如果能將人的細(xì)胞（紅細(xì)胞、臍血細(xì)胞）成功地進(jìn)行冷凍干燥，在急需時(shí)就能復(fù)活使用。人細(xì)胞的冷凍干燥目前仍處于探索階段，如果成功則有望