真空冷冻干燥技术不仅涉及物理、化学、生物学等方面知识,还涉及制冷、真空、电工、仪表等方面的内容,是一门复杂的综合性科学技术。影响冷冻干燥过程的因素很多,而且各因素问存在相互作用。在冻干工艺研究过程中,不仅要考察以上所提及的冷冻干燥过程各种参数及其相互作用,还要用化学、分子学的观点去观察问题,全面考虑影响冻干过程的各种因素。
1冻干曲线的制定
制定冻干曲线以板层温度为依据是因为产品温度是受板层温度支配的,控制了板层温度也就控制了产品温度,制定冻干曲线要考虑下列因素。
1、产品处方
2、装量
3、容器
4、冻干机性能
冻干机性能的优劣直接关系到冻干曲线的制定。冻干机有各种不同的型号,因此它们的性能也各不相同。有些机器的性能好,例如板层之间,每板层的各部分之间温差小;冷凝器的温度低,冰负荷能力大;冻干箱与冷凝器之间的水蒸气流动阻力小;真空泵抽速快,真空度好而稳定。有些机器则差一些。因此尽管是同一产品,当用不同型号的冻干机进行冻干时,曲线也是不一样的,照搬其他型号机器的冻干曲线不一定能冻出好的产品。
2冻干制品常见问题分析
良好的冻干产品应有良好的物理形态,如外形饱满、表面平整、不萎缩、色泽均匀、多孔性好、水分含量合格、加水后能迅速复溶、能长期存放。在冻干产品的生产过程中,经常会出现一些异常情况,如喷瓶、掉底、破瓶、产品干燥不彻底、含水量过高、含量不均匀或含量偏低、复溶后容液混浊等问题。现对这些常见问题的产生原因及解决方法进行初步分析探讨。
1、产品有萎缩和鼓泡现象
2、产品出箱后不久出现萎缩、空洞、碎块产品干燥不彻底,还有残存冰晶。
3、样品出箱后溶化
过多的自由水存在而引起产品块的度以下5℃左右,可以避免复溶的发生。
4、产品出箱时就是很大的骨架结构,甚至是绒毛状物质,出箱后绒毛物质消失
配料浓度低,制品疏松易引湿,同时由于比表面积过大,使制品容易萎缩,干燥的成品机械强度过低,一经振动即分散成粉末而粘附于瓶壁,可增加填充剂用量。
5、制品冻干后无固定形状,甚至已干燥的产品被升华气流带到容器的外边
这是由于产品中的固体物质浓度太低,不足以形成骨架。解决方法是增加固形物浓度。
6、喷瓶
7、产品在垂直方向上结构或颜色不均一(分层)
8、制品外观不饱满
9、制品表面有硬壳
预冻时产品表面形成不透气的玻璃样结构,但未做回热处理,升华开始后产品升温,部分产品发生熔化收缩,产品的收缩使表层分裂,因此下层的升华能正常进行,解决方法是预冻时做回热处理。
10、制品表面裂开
多数情况下,这是由于固体物质浓度过低,产品块的结构脆弱造成的,可以减慢第二阶段干燥的速度来限制物质的损失,但是增加整体赋形剂的浓度来加强产品块的结构将是更好的选择。
11、制品表面中间有小突起
有些产品在冻结时会有一个从粥状到固化的过程,固化时体积膨胀对粥状冰由四周向中间挤压,在制品表面形成一个尖状突起。这与处方和预冻时降温过快有关,有些冻干保护剂容易形成这种小突起,如在用乳糖作冻干保护剂的时候,预冻时降温过快就容易出现这种情况,而甘露醇相对要好很多。一般可以通过更换冻干保护剂或改变预冻方式来解决。
12、瓶破裂或掉底
13、产品复水性差、澄清度或有关物质不合格造成这类
问题的原因分内因和外因。内因是处方或冻干过程控制不当,如物质浓度过高,或升华阶段升温过快,温度过高,产品发生局部熔化浓缩,冻干结束后形成小硬块,导致溶解性差、澄清度差。解决方法是降低溶液浓度或适当降低升华阶段温度。外因一般考虑是硅油、真空泵油蒸汽反向扩散而造成复溶后澄清度或有关物质不合格。
14、制品外观较好,但水分偏高药液层过厚,大于15mm;出箱时环境温度、湿度过高;解析干燥温度低或时问不够,或者解析干燥时没有采用真空调节,或用了真空调节,但产品到达最高许可温度后未恢复高真空。
解决方法是降低药液厚度、控制出箱时环境温湿度、提高解析干燥温度或延长解析干燥的时问,使用真空调节并在产品到达最高许可温度后恢复高真空。
15、冻干前后pH发生较大变化
在有些产品中,会发生冻干后pH偏移现象。一般来说,处方中存在可挥发性酸和不挥发碱(如醋酸钠),pH会升高。可挥发性碱和不挥发性酸(如硫酸铵),pH会降低。解决方法:1冻干前采用纯化手段(如潮率、层析、加热)去除此类盐;2增加产品的缓冲体系。