動(dòng)態(tài)冷凍干燥技術(shù)

隨著新一代動(dòng)態(tài)冷凍干燥工藝的誕生，全密閉式的加工避免了很多傳統(tǒng)托盤式冷凍干燥機(jī)的不足之處——例如結(jié)塊、傳熱慢、依賴人工操作、物料接觸操作人員及產(chǎn)品收到污染的風(fēng)險(xiǎn)。本文所介紹的這種全新的動(dòng)態(tài)冷凍干燥技術(shù)將在世界范圍內(nèi)被視為冷凍干燥領(lǐng)域和粉體科技領(lǐng)域跨出的重要一步。

隨著近百年的發(fā)展和探索，冷凍干燥（也稱凍干）科技在過(guò)去的一個(gè)世紀(jì)中取得了巨大的進(jìn)步和發(fā)展。它從一個(gè)新奇的實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)發(fā)展成一個(gè)成熟的生產(chǎn)技術(shù)，可應(yīng)用于帶水分并且室溫下不穩(wěn)定的物料。冷凍干燥涉及了溶劑的冷凍及升華過(guò)程，多數(shù)情況下溶劑為水。在傳統(tǒng)的托盤式冷凍干燥中，需干燥的產(chǎn)品被充入容器中的托盤內(nèi)并且通過(guò)對(duì)托盤的冷凍將物料進(jìn)行降溫。然后再通過(guò)抽取真空將原料從固相直接升華到氣相。通常的真空度可達(dá)到1 mbar到0.01 mbar區(qū)間。例如，在溫度在-20 ℃或者更低的情況下并且保證以上真空度，即可確保水的升華。

傳統(tǒng)的托盤式冷凍干燥機(jī)有一個(gè)主要的問(wèn)題，即在冷凍干燥生產(chǎn)過(guò)程中大部分產(chǎn)品中會(huì)出現(xiàn)結(jié)塊現(xiàn)象。除了一部分產(chǎn)品本身的特殊結(jié)構(gòu)，大部分的產(chǎn)品會(huì)結(jié)成一個(gè)大硬塊。因此通常干燥后的產(chǎn)品需要破碎整粒，但是產(chǎn)品結(jié)構(gòu)可能會(huì)因此遭到破壞。另外一個(gè)缺點(diǎn)是由于材料處于靜態(tài)，因此相對(duì)而言熱傳遞比較慢。在進(jìn)料時(shí)，需要在托盤上灌入原料，并且在卸料時(shí)需要將干料從托盤中取出，這些相應(yīng)地會(huì)消耗很多的人工，并且無(wú)法避免粉塵的外漏。因此特別是在處理活性原料藥時(shí)，避免操作人員暴露在粉塵環(huán)境中和物料收到污染是非常困難的。綜上原因，冷凍干燥技術(shù)成為了制藥行業(yè)中成本最高的工藝之一。

動(dòng)態(tài)冷凍干燥機(jī)的原理

是無(wú)結(jié)塊、自由流動(dòng)的粉體?，F(xiàn)在，動(dòng)態(tài)冷凍干燥包含了一個(gè)特制的干燥腔體和一個(gè)產(chǎn)品過(guò)濾器。產(chǎn)品在冷卻介質(zhì)、真空和冷卻夾套的輔助下在腔體中將會(huì)被快速冷卻。然后得到了可自由流動(dòng)的團(tuán)聚顆粒。在冷凍之后，腔體內(nèi)部的真空度將會(huì)達(dá)到溶劑的三相點(diǎn)以下。在停止使用冷卻介質(zhì)后，溶劑即開(kāi)始升華。在升華過(guò)程中，將通過(guò)夾套將熱傳遞給物料，并且通過(guò)其中的攪拌器使物料均勻受熱。并且隨著冷凍物料不斷地升華，起初形成的團(tuán)聚顆粒也會(huì)逐漸變小。從中脫落的顆粒將會(huì)被移動(dòng)到過(guò)濾器進(jìn)行收集。隨著干燥過(guò)程的結(jié)束，大部分的冷凍溶液也隨之升華，產(chǎn)品的溫度將

10年前，在細(xì)川密克朗荷蘭公司開(kāi)始在一個(gè)干燥機(jī)的原型上進(jìn)行低溫和低壓實(shí)驗(yàn)，并發(fā)現(xiàn)可以在動(dòng)態(tài)攪拌的過(guò)程中進(jìn)行冷凍干燥。在這種情況下得出的產(chǎn)品會(huì)逐漸上升。最終，產(chǎn)品的溫度和內(nèi)部夾套溫度一致，至此整個(gè)冷凍干燥過(guò)程結(jié)束。于此同時(shí)，所有的物料將為超細(xì)、松散的粉狀，因此不需要額外的破碎或加工。在真空停止后，粉料將會(huì)非常容易地從過(guò)濾器或者干燥腔進(jìn)行回收。

與傳統(tǒng)的凍干工藝對(duì)比，動(dòng)態(tài)冷凍干燥憑借對(duì)冷凍結(jié)塊的物料進(jìn)行持續(xù)的攪拌混合而達(dá)到非常高效的熱交換率，也從而降低了干燥工藝的時(shí)間。

另外，動(dòng)態(tài)冷凍干燥后的產(chǎn)品為非結(jié)晶狀，相較傳統(tǒng)的托盤式凍干產(chǎn)品，這會(huì)讓產(chǎn)品的（再）分散性和流動(dòng)性更加卓越。

綜上所述，動(dòng)態(tài)冷凍干燥簡(jiǎn)化了傳統(tǒng)的凍干工藝，因?yàn)樗械牟襟E都可以在一個(gè)單獨(dú)的設(shè)備中加工，這樣避免了在冷凍單元、干燥腔和破碎設(shè)備間反復(fù)操作帶有物料的托盤。這樣即可將污染的風(fēng)險(xiǎn)降到最低，因?yàn)樗袆?dòng)態(tài)冷凍干燥的工藝過(guò)程都在一個(gè)完全封閉的腔體中進(jìn)行，這種工藝適用于潔凈和完全的無(wú)菌加工。并且設(shè)備可滿足CIP(在線清洗)和通過(guò)高壓蒸汽或VHP（汽化過(guò)氧化氫）進(jìn)行SIP（在線滅菌）。

應(yīng)用制藥行業(yè)，例如抗生素、電解液和其他活性原料藥。其他需用凍干工藝制作的材料包括蛋白質(zhì)、激素、病毒、疫苗、細(xì)菌、酵母、血清、脂質(zhì)體和移植材料例如膠原海綿。動(dòng)態(tài)冷凍干燥的另外一個(gè)新興市場(chǎng)是納米材料:在納米材料的冷凍干燥過(guò)程中，產(chǎn)品在干燥前后都能保持在分散的狀態(tài)。在一些高檔的食品領(lǐng)域已經(jīng)有成功的經(jīng)驗(yàn)案例例如營(yíng)養(yǎng)品、維他命、蔬菜、草本、牛奶衍生產(chǎn)品、昆蟲(chóng)和香料類產(chǎn)品。

結(jié)論

在以上介紹的動(dòng)態(tài)冷凍干燥工藝中，一種新型號(hào)的大產(chǎn)量冷凍干燥產(chǎn)品已可供選擇。動(dòng)態(tài)冷凍干燥的批次處理量從幾升的小型實(shí)驗(yàn)型號(hào)到中試及生產(chǎn)型號(hào)皆可選擇。這種新的技術(shù)提供了產(chǎn)品的高效處理、簡(jiǎn)化工藝、密閉加工和獨(dú)一無(wú)二的產(chǎn)品質(zhì)量解決方案。

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