真空冷冻干燥技术在生物制药方面的运用分析

真空冷冻干燥技术在生物制药方面的运用分析

于凯

山东新华医药化工设计有限公司 山东省 淄博市 255086

摘要：在生物制药的过程当中，有必要对真空冷冻干燥技术进行合理运用，因为真空冷冻干燥技术本身具备着一定的创新价值，无论是在技术高度方面还是在技术实效方面都要超过传统的技术。生物制药在我国的整体发展体系中可以说十分重要，尤其是在未来的发展过程中，只有保证生物制药的质量与效率才能够不断缩小我国与发达国家的差距，因此应合理分析真空冷冻干燥技术在生物制药方面的运用问题。本文对这一问题进行了分析与研究，具备较强的现实意义。

关键词：真空冷冻干燥技术；生物制药；发展

引言

冷冻干燥技术出现之前，食物常常用常规干燥技术干燥。但是这可能导致质量损失和营养价值损失，对产品的商业价值和消费者的营养产生不利影响。常规干燥相比，冷冻干燥是一种温和的干燥过程，由于这一独特优点，使其能够在食品、药品、化工和生物制品等热敏性物料脱水过程中具有不可替代的作用。冻干技术将会在生物制药方面具有很好的应用前景。

1真空冷冻干燥技术的原理

冷冻干燥是指将富含水的物料预先在低温下冻结成结实的固体，在真空操作条件下，使凝结成冰的水分（冰）以升华蒸汽的形式去除。由于冷冻干燥主要利用升华过程来去除水分，因此也称为升华干燥。水常以3种相态存在，分别是固态、液态、气态。当大气压降低，由热力学定律可知，水沸点向冰点不断靠近，当压强低到一定程度，沸点与冰点重合，此时水可以由冰直接变为气体，这一过程被称为升华。真空冷冻干燥就是在低温和低压条件下，利用升华去除待干物料中的水蒸气，进而实现物料干燥。

2真空冷冻干燥技术在生物制药方面的运用价值

在对整体问题进行研究前还有必要明确真空冷冻干燥技术在生物制药方面的运用价值。所谓运用价值，也可以理解为真空冷冻干燥技术的优势，正如前文所说，从现有的干燥技术手段来看，一些生物制药厂家并没有尝试在生物制药的干燥过程中采用真空冷冻干燥技术。传统的干燥技术存在着十分明显的应用缺陷，而应用真空冷冻干燥技术则可以对产品的干燥效果进行提高，在传统技术无法保证产品处理质量的情况下，真空冷冻干燥技术的优势也就得以体现。由于常规的干燥技术在应用过程中往往会导致药品出现破损的情况，而对真空冷冻干燥技术进行运用则可以对气体进行升华，不会产生对物料的破坏，进而产生对生物结构的保护作用。

3真空冷冻干燥技术的发展历程

冷干技术最初起源于1911年，但1919年在医疗层面得到应用。二战期间，大型干工程机械开始采用冻干技术。1940年，英国提出采用真空冷冻干燥技术处置生物制药，1961年对生物制药进行了干法研究，证明冻干技术是生物制药加工的极好方法。20世纪70年代以来，发达国家国内生物制药市场已发展成为国际贸易中的一个主要生物制药行业。我国采用真空干燥技术，最初用于干燥药品和生物制品，延迟生物制药的加工，相应开发1970年代第一台生物制药冷冻机，处置可加工500公斤原料的干制建筑机械。随着时间的推移，我们冷冻干燥技术在真空区的使用和发展速度减缓，直到1980年代才取得一定进展。近年来，我们的空间冷水冷却技术发展迅速，在生物制药领域取得了广泛的应用，如蔬菜、水果、家禽、温室、水产品、保健药物、饮料和生物制药。

4真空冷冻干燥技术在生物制药方面的运用分析

4.1真空冷冻干燥技术在生物制药生产中的应用

在生物制药的生产中，真空冷冻干燥技术的应用空间较大。山东元泰生物工程有限公司在TG酶生产过程中使用了冷冻干燥的干燥方法，很好的保存了TG酶的生物活性。产品T38即TG酶是一种特殊的蛋白酶，是目前唯一的一种作用于蛋白并使蛋白聚合的工业用酶。正是由于蛋白酶的热敏性，使得TG酶生产离不开冷冻干燥这种温和的干燥手段。随着人们对食品、生物制品的要求越来越高，真空冷冻干燥技术的前景也会越来越好。

4.2冻干技术的加热方式优化

目前应用于生产中普遍方式为传导加热，其实现主要通过隔板对待干物料进行加热，这也是最早使用的加热方式。同时，隔板加热容易实现，操作简便，现在也有着广泛的用途。这一加热方式中，热量是通过加热隔板来直接将热量传给物料或是通过样品容器间接传给物料的。隔板的热量来自于电加热和间接介质加热两种方式。这种加热方式的缺点是会因封闭一部分水蒸汽逸出通道而降低干燥速率。Wang^[6]提出了介电辅助微波加热的冷冻干燥方法。这种方法中，介电质作为物料的内热源，吸收微波能量后将热量从物料内部传至升华界面，可以有效的加速干燥速率。但其过程操作较为复杂，因此，怎么推广应用于生物制品的实际生产中还需进一步的设备及技术发展。

4.3冷冻干燥速率影响分析

液体物料的预冷冻过程是一个有相变的传热过程，这个过程会对产品的骨架结构和细微组织的形成情况有所影响。对于生物产品，制品的预冷冻还关系着生物活性的保留。控制物料预冷冻过程可以通过控制其冷冻速率来实现。因此，制成什么形状的液体物料可以提高干燥速率，生产企业可根据产品需求进行调整。

冷冻干燥过程中，干燥室压强高可以促进过程传热但阻碍过程传质，压强低时，情况与之相反。通常，较高的压强操作被视为传质控制过程，较低的操作压强为传热控制过程。因此，理论上存在一最佳压强值可以使得传质传热速率都相对适宜的值，这个值时的冷冻干燥速率应该是最大的。生产企业在生产实际中需根据设备真空情况进行调整，找到合理的真空操作压力。

5未来与展望

当前社会，许多企业正在生产具有生物活性的生物制品及药品，由于这些生物制品及药品对热敏性的特殊要求，冷冻干燥是一种以冰直接升华为水蒸气的形式来去除水分的特别的干燥方式，在干燥领域中扮演着不可替代的角色。冷冻干燥在实际生产中的应用前期，人们仅关心产品的品质，而并不在意冷冻干燥的机理、过程能耗及干燥成本等。随着冻干技术应用领域的日益广泛，社会对能源消耗的逐渐重视，冷冻干燥的机理、过程能耗等问题成为了研究的主要方向。

结束语

总而言之，随着我国综合国力的不断提高发展，人们逐渐对生物制药的品质加大了重视，对生物制药的需求量也逐渐增大，同时，人们也逐渐不满足于粗加工生物制药。当前生物制药三大趋势为绿色生物制药、保健生物制药和方便生物制药，而冻干生物制药则能够通过真空冷冻干燥技术来保障品质，符合时代的发展潮流。当前的局势下，相关生物制药管理者应该对所使用的生物制药处理方式进行合理改善，为今后的长远发展提供更加有效的帮助，促进我国的整体发展。

参考文献

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