教学生物制药干燥知识.docx

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教学生物制药干燥知识

学习情景十一生物制药的干燥

课程目标及学习内容

学习目标

知识

目标

1.了解生物药物干燥工艺原理；

2.熟悉生物药物的真空干燥、喷雾干燥和冷冻干燥过程及设备；

3.掌握真空干燥、喷雾干燥和冷冻干燥工艺参数的调节方法。

技能

目标

1.学会真空干燥、喷雾干燥和冷冻干燥操作规程；

2.熟练应用真空干燥、喷雾干燥和冷冻干燥进行生物药物的干燥操作。

学习内容

理论知识点

1.干燥的基本知识；

2.干燥设备结构和操作规程；

3.干燥工艺控制参数。

学习方法建议

项目引领纲要

案例分析总结

现场模仿操作

头脑风暴讨论

工作任务

1.真空干燥L-盐酸赖氨酸；

2.喷雾干燥赖氨酸；

3.真空冷冻干燥胰蛋白酶。

小组讨论设计

工厂参观实习

总结报告书写

重点

喷雾干燥、冷冻干燥操作规程

建议学时

10

难点

干燥工艺参数的选择和调节

子学习情景一真空干燥

【任务引出】

通过分离纯化各工序，可制得氨基酸、维生素、抗生素、激素、多糖、酶、蛋白质、核酸、脂类、血液制品、单克隆抗体、疫苗、诊断试剂和其他生物制品等高高纯度原料药，这些原料药有晶体和液体两种形态，还不是最终产品形式，需要将其加工成成品。

一般加工后的成品可分为两种，第一种就是直接稀释，经无菌过滤后灌装，加工成口服液、大输液、水针剂；第二种是将原料药干燥成各种固体形态，以利于保存和运输。

第一种成品加工属于药物制剂车间工艺操作，在分离纯化车间需要完成的是第二种成品加工，即加工成各种形态的固体原料药。

不同生物药物的耐热性不同，应采取不同的干燥方法进行干燥。

对热不敏感的可采用真空干燥或喷雾干燥，如糖、氨基酸、维生素等，对热敏感的药物采取冷冻干燥，如酶制剂、蛋白质药物、疫苗等生物制品。

产品干燥程度可用含水量的多少来表示。

【基本知识】

一、湿物料中的水分及干燥过程基本知识

（一）空气的湿度

地球表面含水的物体都处于蒸发和冷凝的动态过程中，因而空气中含有一定量的水分。

可用湿度表示空气中含水量。

湿度可分为绝对湿度和相对湿度。

1.湿空气绝对湿度

湿空气中单位体积绝干空气所含水蒸汽的质量，称为绝对湿度。

某一温度下，如果空气中水蒸气的含量达到了最大值，此时的绝对湿度称为饱和空气的绝对湿度。

2.湿空气的相对湿度

在一定总压下，湿空气中水蒸汽分压与同温度下饱和水蒸汽压之间的比值称为相对湿度。

相对湿度表明了湿空气的不饱和程度，反映湿空气吸收水汽的能力。

3.干球温度

用普通温度计测得的湿空气的温度叫干球温度，干球温度为湿空气的真实温度。

4.湿球温度

用水润湿的纱布包裹温度计的感温球，湿纱布的一端浸在水中，使之始终保持湿润，这样就构成的温度计测定的温度叫湿球温度

空气的湿度、干球温度、湿球温度三者之间的关系为：

式中

——湿球温度下空气的饱和湿度；

——在湿球温度时水的汽化潜热。

（二）固体物料中的水分

1.结合水分与非结合水分

（1）结合水分

物料中与物料间借助化学或物理化学力相互结合的水分称为结合水分。

由于这部分水分与物料间有多种结合力，所以在加热汽化时需要提供强热才能进行。

结合水分包括物料中的结晶水、吸附结合水分、毛细管中的结构水分等。

物料中的结晶水：

这部分水分与物料分子之间以化学力结合，结合力强大，有定量的组成关系，不属于用干燥的方法去除的水分。

吸附结合水分：

这部分水分与物料分子之间以范德华力结合，结合力中等，无定量组成关系，采用一般的干燥的方法就能去除。

毛细管结构水分：

当固体物料内部有多孔性结构时，由于毛细管的作用，水分被吸附在管道中。

毛细管对水分的吸附力小，可用一般的干燥方法和机械方法除去。

溶胀水分：

以溶液形式存在于固体物料中的水分。

（2）非结合水分

机械地附着于物料固体表面、存积于大空隙内和颗粒堆积层中的水分称为非结合水分。

他们与物料分子之间的结合力很弱小，其蒸汽压力与同温度下纯水的蒸汽压力相同，用一般的干燥法即可除去。

2.自由水分与平衡水分

（1）自由水分在恒定干燥条件下，能够被蒸发去除的水分叫自由水分。

自由水分包括物料中全部非结合水分和部分结合水分。

（2）平衡水分在恒定干燥条件下，物料中的水分与环境中的水分交换达到平衡时，物料中保留存在的水分叫平衡水分。

平衡水分是干燥过程中物料所剩余的最低极限水分，往往是物料中的结合水分，一般不能被普通的干燥方法去除。

实际干燥过程中，所得干燥产品都含有水分，其数量趋近于或略高于平衡水分的数量。

物料中的自由水分与平衡水分之和即为物料中的总水分。

（三）固体湿物料的干燥过程

（一）固体湿物料的干燥过程

湿物料的干燥可分为两个过程，第一个过程是热量由气体传递给湿物料，使其温度升高，第二阶段是物料内部的水分向表面扩散，在表面汽化并被气流带走，如图10—1所示。

在恒定干燥条件下，固体湿物料经过预热、恒速、第一降速干燥、第二降速干燥等四个阶段而得到干燥。

各阶段湿物料中水分含量随时间变化的趋势以及各段干燥速度都互不相同。

1.预热阶段水分从湿物料到空气中实际经历两个步骤，首先从物料内部迁移至表面，然后再从表面汽化到空气中。

当物料受热后，其内部空隙中的水分开始由内向外移动，积累在固体物料的表面上，形成物料表面的非结合水分，其性质与纯水相同。

升高物料的温度，加快了内部水分的移出速度。

由于水分布满了表面，所以受热后有更多的水分蒸发到空气中。

在图中的点表示湿物料进入干燥器受热的起点。

随着固体物料表面温度的升高，物料中的水分蒸发速度加快，总含水量降低，表现为物料加速失水。

2.恒速干燥阶段随着加热的进行，蒸发与冷凝同时进行。

物料表面非结合水分蒸发到空气中，空气中的蒸汽返回到固体物料表面上冷凝成液体。

当将物料加热到某一温度时，固体表面上的水分受热后蒸发到空气中的速度，以及空气中的蒸汽冷凝到固体物料表面的速度都保持恒定不变，表现为物料恒速

失水，此阶段称为恒速干燥阶段。

在恒速干燥阶段，空气不再将热量用于提升固体湿物料的温度，而是给物料内部水分提供能量，使内部水分的移动速度能够维持固体物料表面布满水分的状态。

图中的B点是恒速干燥的起始点。

3.第一降速干燥阶段当物料表面水分持续蒸发到一定程度，非结合水分数量减少，物料表面出现了局部非结合水分被去除、内部水分不能及时扩散传递到表面的现象，导致物料表面不能继续维持全部润湿的状态。

此时物料处于恒速干燥过程完成的转折点，将要进入第一降速干燥阶段，图中的C点即是第一降速干燥起始点，所对应的物料含水量称为临界含水量。

在第一降速干燥阶段，物料内部的含水量已经降低，水分汽化量逐渐减少，干燥速度逐渐减小，物料表面温度略有上升，当此过程进行到一定程度，固体物料表面再也没有非结合水分的存在，干燥过程将进入下一个阶段。

图的D点表示第一降速干燥阶段结束，第二降速干燥阶段开始。

4.第二降速干燥阶段当进入第二降速干燥阶段后，物料表面温度开始升高，内部水分向外表面移动速度越来越小，汽化过程从物料表面逐渐转移到物料内部，空气提供的热量要深入到物料内部才能使水分汽化。

干燥过程的热量传递方式增多，水分汽化的方式也在增加，汽化所受到的阻力逐渐增强。

在第二降速干燥阶段，物料总含水量很少，汽化量降到很低，干燥速度下降很快，到达点时干燥速度降至零，物料总含水量降至为该空气状态下的平衡含水量，湿物料的干燥过程完结。

由于完整的干燥过程所需时间较长，且空气是不饱和湿空气，当绝干物料与湿空气接触后存在汽液平衡，物料中始终存在平衡水分，所以在实际生产中，只要物料中总含水量降低到一定的范围就可以终止干燥过程，此时物料总含水量高于平衡含水量。

二、压力对干燥速度的影响

在干燥过程中，湿物料的水分受热蒸发成水蒸汽并扩散到空气中，单位时间内蒸发的水分量越大，则干燥速度越快，反之则慢。

影响水分蒸发速度的因素主要有温度、蒸发面积和压力。

液体水从液态转化成气态随温度的升高而加快，所以温度越高蒸发速度越快。

在液体水蒸发过程中，其表面上的水分不断地扩散的空气中，与此同时，空气中的水蒸汽也不断地冷凝到液体表面上。

当蒸发速度与冷凝速度相等时即达到汽液平衡。

达到汽液平衡后，空气中的水蒸汽总量不再增加，因此液体水总量不会减少。

此时，如果打破平衡条件，如不断地抽取空气中的水蒸汽，则促使液体水不断地蒸发，从而加快了蒸发速度。

沸腾是液体内外都在蒸发的过程，由于蒸发面积大，在沸腾时液体水蒸发速度最快。

液体的沸点随空气压力的增大而升高，随压力的减小而降低。

如将蒸发器抽成真空，则液体将在很低的温度下即沸腾并大量汽化，所以，在不改变蒸发速度的情况下，可以通过抽真空的办法降低压力，从而降低物料干燥时所需要的温度。

工业上利用此规律制成真空干燥箱，其目的是为了降低干燥温度，减小加热带来的药物活性降低的程度。

三、真空干燥设备

常用的真空干燥设备有厢式真空干燥器。

厢式真空干燥器与其他厢式干燥器在结构上基本相似，由箱体、加热器和温度控制系统三部分组成。

箱体的箱壁由外壳、填料和内壳组成。

外壳和内壳都采用钢板制造，在两壳体形成的夹层中，充装填有绝热材料，如玻璃纤维或石棉板，内壳围绕的空间作为热空气对流层。

其干燥室内有若干层网状搁物架，用于放置干燥盘等容器。

温度控制器的感温探头从左侧壁伸入干燥室内，干燥室与真空管路相通，物料蒸发出的水气或其他蒸气沿真空管路流动，在干燥室外冷井中冷凝成液体。

【跟我做】

※真空干燥岗位操作规程

1、操作人员按规定进行更衣后进入岗位。

2、工前检查及准备

（1）检查上班次的清场合格证。

（2）检查容器、设备、场地的卫生。

（3）取下设备状态标志、清场状态标志，挂上工序卡。

（4）仔细阅读有关的生产指令，认真核对物料盛装容器上标签的内容。

（5）填写工前检查记录。

3、操作步骤

（1）检查水、电、蒸汽等是否符合要求。

（2）按生产指令设定真空度、温度、时间等设备参数，按操作程序进行操作。

（3）操作完毕后出料，填写盛装单，按规定要求包装好，将物料送至中间站。

（4）填写好生产记录。

4、工后清场

（1）按设备清洁SOP的相关要求进行设备清洁工作。

（2）按有关的SOP进行容器、场地的清洁工作。

（3）取下工序卡，挂上设备状态标志、清场状态标志。

（4）关水、电开关。

（5）填写清场记在进行真空干燥时需开启真空泵以维持一定的真空度。

【大家做】

工作任务

真空干燥L-赖氨酸盐酸盐

完成

方式

工作

进程

工作项目

需要完成的活动内容

查阅

资料

图书资料

摘要：

独立

进行

文献资料

摘要：

现场

测试

项目指标

赖氨酸盐含水量

样品量

干燥时间

样品外观

小组

合作

实测结果

分析

计划

指标含义

L-赖氨酸盐酸盐最终含水量

小组

讨论

工艺参数

样品质量

加热温度

真空度

干燥时间

气流速度

器材型号

真空干燥箱型号

制定

方案

工艺路线

小组

讨论

填写

器材选型

实施步骤

检查方法

人员

分工

组长

职责

小组

讨论

填写

工艺员

职责

质检员

职责

实施

过程

小组讨论的方案，进入实训室逐步实施，取得相关数据和产品。

小组

合作

项目指标

色泽

成品质量

成品外观

含水量

小组

合作

实测结果

小组

自评

小组

合作

子学习情景二喷雾干燥

【任务引出】

氨基酸、抗生素、维生素、激素、多糖、核酸等部分生物药品如加热温度过高、时间太长容易失去生物活性。

因此采用加热干燥时要求温度不高，加热时间短。

喷雾干燥即有此