Аспекты лиофилизационной сушки водных растворов
Внастоящее время существует большая потребность в быстрой разработке новых фармацевтических продуктов, к тому же сушка – достаточно дорогой процесс. Из всех видов сушки лиофилизационная является наиболее дорогостоящей с точки зрения как капитальных, так и эксплуатационных расходов. Существует ряд причин, по которым метод лиофилизационной сушки широко используется в промышленности. Наиболее важная причина, общая для всех отраслей промышленности, заключается в том, что в большинстве случаев продукты, подвергающиеся лиофилизации, чувствительны к нагреванию и не могут быть высушены с использованием других методов из-за высоких рабочих температур. Разработка как состава, так и условий протекания процесса сушки лиофилизированных лекарственных препаратов для перорального приема и инъекционного введения обычно происходила путем проб и ошибок. Проведение сублимационной сушки в традиционных усло- виях в результате выливается в длительное время процесса, повышенное энергопотребление и значительные производственные затраты. Основная задача оптимизации процесса лиофилизационной сушки при разработке состава препарата и технологии его получения заключается в том, чтобы свести к минимуму время сушки, сохранив при этом соответствующие требованиям пока- затели качества продукта.
Несмотря на то, что совреме ная промышленность получила несомненную пользу благодаря существующим знаниям о лиофилизационной сушке, основные понятия в некоторых ее областях до сих пор не определены. Существует необходимость в систематизации знаний физической химии процессов заморозки и сублимационной сушки, материаловедения и механизмов тепло- и массообменных процессов, происходящих на различных стадиях сушки.
Описание процесса лиофилизационной сушки
На рис. 1 представлена принципиальная схема сублимационной сушилки для лекарственных препаратов промышленного назначения. Аппарат состоит из сушильной камеры, вакуумного насоса, конденсатора, компрессора и блока управления, а также вспомогательного оборудования. Типовой процесс лиофилизации протекает следующим образом: частично укупоренные стеклянные флаконы наполняют жидким продуктом или водным раствором, после чего помещают на охлажденные полки лио филизационной сушилки, как показано на рис. 2. Затем температуру полок снижают и замораживают продукт до равномерно распределенной, предварительно заданной температуры. После заморозки давление в сушильной камере снижают до величины, меньшей, чем давление паров льда при поддерживаемой температуре, для того, чтобы начать сублимационную сушку.
Удаление влаги при лиофилизационной сушке осуществляется главным образом за счет сублимации. Для того, чтобы данный процесс происходил, должна поступать энергия, компенсирующая скрытое тепло, H сублимации льда. Полки нагревают до темпе- ратуры, достаточной для эффективной сублимации, но не настолько высокой, чтобы растопить замороженный продукт, находящийся на дне флакона. Процесс сублимационной сушки, как правило, включает три стадии: заморозку, первичную сушку и вторичную сушку. В ходе первичной сушки водяной пар постепенно удаляют из замороженного продукта методом сублимации, в то время как температуру полок поддерживают на постоянно низком уровне. Вторичная сушка начинается с повышения температуры полок, обычно до температуры выше комнатной, и дальнейшего снижения давления в камере для удаления абсорбированной воды из наполовину высушенного продукта. Процесс про- должается до тех пор, пока оста- точное содержание воды не достигнет желаемого уровня.
Заморозка
Заморозка – первая стадия про- цесса лиофилизационной сушки, от которой во многом зависит эф- фективность всего процесса лио- филизации. В конце стадии замо- розки около 65 – 90 % исходной влаги находится в замороженном состоянии, а оставшееся количе- ство во многих случаях пребывает в адсорбированном виде. Темпе- ратура замерзания, скорость кри- сталлизации и степень пере- охлаждения – важные факторы, влияющие на общее время сушки и качество продукта. На основа- нии физических и химических свойств продукта можно оптими- зировать алгоритм действий при заморозке, чтобы достичь наибо- лее эффективных результатов лио филизации, включающих как высокое качество продукта, так и непродолжительное время сушки. Свойства замороженного раство- ра в значительной степени влия- ют на скорость первой и второй стадий сушки. Общеизвестно, что жидкий про- дукт в результате заморозки де- монстрирует две различные моде- ли поведения, как показано на рис. 3: жидкая фаза резко затвер- девает (образование эвтектиче- ского состава) при температуре, зависящей от природы твердых веществ в растворе, или жидкая
09.11.2015
