真空冷凍干燥技術(shù)在生物制藥中的應(yīng)用

摘 要：近些年，隨著我國科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，我國的各個(gè)行業(yè)也有了很大程度的進(jìn)步，真空冷凍干燥技術(shù)在生物制藥方面也有很重要的應(yīng)用。文章主要介紹真空冷凍干燥技術(shù)的原理以及真空冷凍干燥技術(shù)在生物制藥方面的應(yīng)用，闡述了真空冷凍干燥技術(shù)的注意事項(xiàng)和在生物制藥方面的優(yōu)點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：真空冷凍；干燥技術(shù)；生物制藥；技術(shù)原理

引言

真空冷凍干燥技術(shù)在20世紀(jì)初出現(xiàn)到現(xiàn)今已經(jīng)有了很大程度的改進(jìn)，同時(shí)，它在各行業(yè)也有廣泛的應(yīng)用。真空冷凍干燥技術(shù)在生物制藥行業(yè)的應(yīng)用，對(duì)藥物的生產(chǎn)制造起到了關(guān)鍵性的作用。真空冷凍干燥技術(shù)與傳統(tǒng)的干燥技術(shù)相比，生產(chǎn)的藥物制品質(zhì)量較高，保存時(shí)間也相對(duì)較長(zhǎng)，該技術(shù)在生物制藥方面的應(yīng)用有效促進(jìn)了生物制藥行業(yè)的發(fā)展。

1 相關(guān)概念

1.1 真空冷凍干燥技術(shù)

真空冷凍干燥技術(shù)是一項(xiàng)對(duì)食品和藥品進(jìn)行色、保鮮、保質(zhì)的高新脫水技術(shù)。在二十世紀(jì)初，真空冷凍干燥技術(shù)就已經(jīng)出現(xiàn)，但是技術(shù)不太成熟不能達(dá)到廣泛應(yīng)用的程度。而如今在市場(chǎng)上可以看到玲瑯滿目的真空冷凍干燥食品。真空冷凍干燥簡(jiǎn)稱凍干，是將濕物料或溶液在較低的溫度（-10℃～-50℃）下凍結(jié)成固態(tài)，然后在真空（1.3～13帕）下使其中的水分不經(jīng)液態(tài)直接升華成氣態(tài)，最終使物料脫水的干燥技術(shù)。該技術(shù)在現(xiàn)今應(yīng)用廣泛，主要表現(xiàn)在食品和藥品方面，用來長(zhǎng)期保存物品。

1.2 生物制藥

生物制藥是生物技術(shù)在醫(yī)學(xué)中的最大應(yīng)用，生物藥物是指運(yùn)用微生物學(xué)、生物學(xué)、醫(yī)學(xué)、生物化學(xué)等的研究成果，從生物體、生物組織、細(xì)胞、體液等，綜合利用微生物學(xué)、化學(xué)、生物化學(xué)、生物技術(shù)、藥學(xué)等科學(xué)的原理和方法制造的藥物。我國生物技術(shù)藥物的研究和開發(fā)起步較晚，在近幾年才發(fā)展起來。生物制藥技術(shù)在醫(yī)學(xué)方面有很重要的地位，可以用于生產(chǎn)稀缺的藥品。在生物制藥中，也會(huì)應(yīng)用到真空冷凍干燥技術(shù)，以便長(zhǎng)期保存藥品使其內(nèi)部結(jié)構(gòu)不發(fā)生變化。

2 真空冷凍干燥技術(shù)原理

真空冷凍干燥技術(shù)是通過低溫處理將待冷凍干燥的物品凍結(jié)，在真空的條件下，使凍結(jié)的物品里的水份直接升華成水蒸氣，使其與物品分離開。而后經(jīng)過速凍倉凍結(jié)和干燥倉干燥處理后，進(jìn)行真空包裝。真空冷凍干燥技術(shù)能保持生產(chǎn)的產(chǎn)品生物活性不變、結(jié)構(gòu)牢固、外觀色澤好、殘余水分少。

3 真空冷凍干燥技術(shù)在生物制藥方面應(yīng)用的意義

生物制藥產(chǎn)業(yè)要依靠生物技術(shù)不斷發(fā)展，生物技術(shù)研制出來的產(chǎn)品，在醫(yī)學(xué)上應(yīng)用廣泛，在治療疾病方面有重要的意義。由于藥物與人們的身體健康息息相關(guān)，疾病的治療必須依靠藥物，所以藥物的安全非常重要。生物制藥對(duì)生產(chǎn)環(huán)境和技術(shù)水平要求非常高，低溫和干燥等生產(chǎn)環(huán)境必須要符合要求。真空干燥冷凍技術(shù)在生物制藥方面的應(yīng)用，不僅能夠滿足生物制藥的生產(chǎn)環(huán)境要求，而且在生物制藥產(chǎn)品的保存方面有很重要的作用。因此，真空冷凍干燥技術(shù)在生物制藥方面的應(yīng)用對(duì)生物制藥產(chǎn)業(yè)有重要意義，極大的促進(jìn)了生物制藥產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

4 真空冷凍干燥技術(shù)在生物制藥中的應(yīng)用

4.1 真空冷凍干燥技術(shù)的應(yīng)用背景

隨著生物技術(shù)的不斷發(fā)展，生物制藥產(chǎn)業(yè)也有了迅速的發(fā)展。在疾病的治療過程中，出現(xiàn)了許多新型的藥物，可見生物制藥在疾病治療方面的重要作用。由于人們對(duì)藥品的生產(chǎn)環(huán)境以及保存條件需求的提高，生物技術(shù)的局限性一定程度地阻礙了生物制藥產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。因此，真空冷凍干燥技術(shù)在生物制藥產(chǎn)業(yè)的應(yīng)用對(duì)生物制藥產(chǎn)業(yè)有重要意義，解決了生物制藥過程中的問題，極大的促進(jìn)了生物制藥產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

4.2 凍干機(jī)性能的選擇

凍干機(jī)是真空冷凍干燥操作需借助的重要設(shè)備，用于制品的冷凍，為其提供合適的冷凍環(huán)境。隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，越來越多的冷凍機(jī)進(jìn)入到市場(chǎng)，市場(chǎng)中優(yōu)勢(shì)的冷凍機(jī)混雜，所以在選擇凍干機(jī)時(shí)，要對(duì)凍干機(jī)的性能進(jìn)行了解。首先，要檢測(cè)其凍干技術(shù)是否合格，其次，凍干機(jī)工作的安全性也不能忽視。凍干機(jī)工作時(shí)內(nèi)部會(huì)有氣壓和溫度的變化，所以箱體、板層不能承受相應(yīng)的壓力，很有可能會(huì)出現(xiàn)安全事故。合格的凍干機(jī)應(yīng)在規(guī)格的容量、隔板性能、箱體真空環(huán)境等方面都能符合標(biāo)準(zhǔn)。

4.3 真空冷凍干燥技術(shù)的應(yīng)用過程

4.3.1 預(yù)凍階段。預(yù)凍就是把待處理的物料進(jìn)行凍結(jié)，降低溫度使其迅速達(dá)到物料的共晶點(diǎn)之下，讓物料凍結(jié)。在凍結(jié)過程中，要依據(jù)物料的自身情況確定凍結(jié)的最低溫度、降溫時(shí)間、降溫速度。不同的物料凍結(jié)的溫度不同；降溫的速度影響著凍結(jié)的快慢，凍結(jié)的快慢與物料中冰晶顆粒的大小相關(guān)，從而間接影響到物料的結(jié)構(gòu)和接下來的升華速度。凍結(jié)速度過快會(huì)使產(chǎn)品冰晶過大，而過快會(huì)造成細(xì)胞死亡；降溫時(shí)間如果過長(zhǎng)會(huì)浪費(fèi)時(shí)間和資源。要想提高最終產(chǎn)品的質(zhì)量，就要保證預(yù)凍階段操作符合標(biāo)準(zhǔn)。

4.3.2 升華階段。升華階段是冷凍干燥的重要階段，主要是通過升華將物料中的水份分離出來。目的是將水份和物料分離，所以升華過程不能出現(xiàn)冰的溶化。升華階段要遵守兩個(gè)原則：一是不能出現(xiàn)冰的溶化；二是冰周圍的水蒸汽必須低于物料凍結(jié)點(diǎn)的飽和蒸汽壓。升華需要一定的熱量，所以在升華過程中為了保證升華質(zhì)量，要持續(xù)不斷的提供熱量維持升華的正常進(jìn)行。而且水蒸汽增多氣壓會(huì)增大，水蒸汽壓要低于要求的飽和蒸汽壓，就需要不斷的放出水蒸氣。

4.3.3 解析階段。物料經(jīng)過升華階段的處理后，物料中凍結(jié)的冰升華與物料分離，但預(yù)凍階段未凍結(jié)的水份還殘留在物料中，水分大概占10%。為了保證物品存放時(shí)間夠長(zhǎng)，要將其與物料分離開，也就是解析干燥階段，將水份占的比例降到2%。該階段需要在制品溫度的可行范圍內(nèi)將溫度升高，將水分子從物料中分離出來。

5 真空冷凍干燥技術(shù)存在的問題

5.1 技術(shù)理論不純熟

真空冷凍干燥技術(shù)從20世紀(jì)就已經(jīng)出現(xiàn)，距今已有近百年，雖然發(fā)展時(shí)間不短，但真空冷凍干燥技術(shù)仍然存在一些缺陷。在技術(shù)的探索過程中，由于沒有相關(guān)資料參考，也沒有富有經(jīng)驗(yàn)的專家指導(dǎo)。所以需要科學(xué)家們一次一次地從失敗中找到教訓(xùn)，進(jìn)行不斷地修補(bǔ)改正，一步步探索出真空冷凍干燥的技術(shù)。因此，當(dāng)今的真空冷凍干燥技術(shù)仍不純熟，還有許多需要改進(jìn)的方面。

5.2 真空冷凍干燥技術(shù)實(shí)用的環(huán)境要求比較高

根據(jù)真空冷凍干燥的生產(chǎn)環(huán)境可知，其操作的環(huán)境要求非常高。因其升華階段必須保證不能出現(xiàn)冰的融化，否則會(huì)影響制品的質(zhì)量，所以，溫度控制要達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)的要求。在干燥階段，要想達(dá)到預(yù)想的效果，要保證操作環(huán)境密閉，同時(shí)空氣的濕度也要恰到好處。真空冷凍干燥技術(shù)，顧名思義，其環(huán)境必須是真空，也就是容器密閉。并且，因真空冷凍干燥過程有氣壓的沖擊，所以對(duì)容器的硬度要求比較高。

5.3 真空冷凍干燥技術(shù)價(jià)格比較昂貴

由于真空冷凍干燥的技術(shù)比較復(fù)雜，包括三項(xiàng)技術(shù)：預(yù)凍階段；升華階段；干燥階段。技術(shù)操作需要一流的專業(yè)技術(shù)人員指導(dǎo)。其技術(shù)設(shè)備比較先進(jìn)，與一般設(shè)備相比，市場(chǎng)價(jià)格比較高。真空冷凍干燥技術(shù)對(duì)操作環(huán)境要求非常苛刻，要想達(dá)到操作環(huán)境的高要求，必定要耗費(fèi)大量的資金。因此，真空冷凍干燥技術(shù)的價(jià)格比較昂貴，在生物制藥方面應(yīng)用時(shí)，只適用于對(duì)一些稀少和短缺的藥物進(jìn)行真空冷凍干燥不能廣泛使用。

6 真空冷凍干燥技術(shù)的注意事項(xiàng)和在制藥方面的優(yōu)點(diǎn)

6.1 真空冷凍干燥技術(shù)的注意事項(xiàng)

在預(yù)凍階段，要根據(jù)不同物料的自身情況來確定其凍結(jié)的最低溫度，還要按照物料的特點(diǎn)確定適合的降溫速度和降溫時(shí)間。如果降溫條件不恰當(dāng)會(huì)影響制品的質(zhì)量，降低真空的效率。在升華階段，水分升華成為水蒸氣會(huì)使容器內(nèi)壓強(qiáng)升高，要不斷抽取其中的水蒸氣，保持氣壓維持在標(biāo)準(zhǔn)水平，同時(shí)，氣壓不能過低，否則會(huì)減慢冰的升華速度。所以，在升華階段，要嚴(yán)格控制容器內(nèi)氣壓和溫度的穩(wěn)定。在干燥階段，提高溫度時(shí)要注意溫度要在制品所能承受的范圍內(nèi)，使溫度達(dá)到水能解析的條件進(jìn)行干燥。在真空冷凍干燥技術(shù)過程中，一定要注意這些事項(xiàng)。

6.2 真空冷凍干燥技術(shù)在制藥方面的優(yōu)點(diǎn)

與傳統(tǒng)的干燥技術(shù)相比，真空冷凍干燥技術(shù)具有許多優(yōu)點(diǎn)。首先因?yàn)榧夹g(shù)的升級(jí)，真空冷凍干燥技術(shù)不會(huì)破壞制品的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，而傳統(tǒng)的干燥技術(shù)會(huì)使得生物制品的形態(tài)及外觀受損。真空冷凍干燥技術(shù)在升華階段，水分會(huì)直接升華與物料分離，在物料內(nèi)部都會(huì)留下孔隙，從而保持了制品的生物活性。并且，真空冷凍干燥技術(shù)可以用于對(duì)高溫條件容易變質(zhì)的物料進(jìn)行干燥，因?yàn)檎婵绽鋬龈稍锛夹g(shù)是在低溫的條件下進(jìn)行的，幾乎不破壞制品的結(jié)構(gòu)。而且真空冷凍干燥的操作環(huán)境污染少、雜質(zhì)少，生產(chǎn)的生物制品比普通干燥技術(shù)生產(chǎn)的制品存放時(shí)間長(zhǎng)。

7 結(jié)束語

生物制藥方面舊的生物技術(shù)不能滿足人們對(duì)生物制品的高要求，但隨著真空冷凍干燥技術(shù)在生物制藥方面的廣泛應(yīng)用，生物制藥行業(yè)得到了快速的發(fā)展。真空冷凍干燥技術(shù)包括三個(gè)階段：預(yù)凍階段、升華階段、解析階段，經(jīng)過介紹各階段的目的和過程，總結(jié)了真空冷凍干燥技術(shù)在生物制藥方面應(yīng)用的意義和優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)也分析了當(dāng)前真空冷凍干燥技術(shù)存在的問題。真空冷凍干燥技術(shù)是生物制藥發(fā)展過程不可缺少的技術(shù)，對(duì)生物制藥的行業(yè)的發(fā)展有重要的作用。

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