凍干工藝優(yōu)化方法之退火工藝設(shè)計(二)
#01
退火工藝參數(shù)的設(shè)計:
依據(jù)預凍過程和退火的原理可知,退火涉及三個關(guān)鍵工藝參數(shù):退火溫度,退火維持時間,退火后降溫時間。
根據(jù)熱力學原理,退火溫度應高于最大濃縮液玻璃化轉(zhuǎn)變溫度(temperature of vitreoustransformation) Tg’,因為只有高于此溫度時,已固化的非晶相才會回復成溶液狀態(tài),促進非晶態(tài)溶液中的水和其他物質(zhì)重新結(jié)晶。有的文獻認為應小于或等于共熔溫度,因為在此溫度才更有利于重結(jié)晶,而有的重結(jié)晶現(xiàn)象可以直接在熱分析圖譜中直接看到。因此DSC熱分析是研究退火條件的重要手段。
甘露醇/蛋白溶液DSC分析曲線
退火維持時間,應該由溶質(zhì)的結(jié)晶性質(zhì),退火的溫度和裝載高度等諸多因素決定,因此目前還沒有合適的數(shù)學模型。
#02
退火的意義:
退火能夠促進結(jié)晶增長,擴大升華孔道,減小升華阻力,縮短凍干時間,并且容易獲得優(yōu)雅的外觀。有實驗研究表明,2%甘露醇凍干后的橫截面,在-3℃退火4小時后,孔徑由原來90μm變成了120m孔,初次干燥時間由1030min減小到790min。(以下兩組照片能明顯看出不同預凍速率凍干后粉餅區(qū)別)
初次凍結(jié)過程由于成核溫度的差異產(chǎn)生不同的晶粒形態(tài)和大小,從而使升華干燥不均勻,退火過程中的重結(jié)晶可減小這種差異,使產(chǎn)品更加均一。
退火過程能夠釋放出非晶態(tài)中可結(jié)晶物,提高非晶相Tg’,如甘氨酸和蔗糖(1:1)配方在-20°℃下退火,可使甘氨酸結(jié)晶析出,產(chǎn)品的Tg’由-44℃升高至-33℃,而且充足的結(jié)晶性骨架可以保證粉餅即使在高于Tg’的溫度進行初次干燥,依然能維持良好的外觀,這樣就能大大提高允許的干燥溫度,縮短凍干周期。
退火過程能夠釋放出非晶態(tài)中的水分,使其重結(jié)晶,而使解析干燥變得容易。同時使凍干粉Tg升高,從而提高穩(wěn)定性。但是需要注意的是,退火過程會造成冷凍濃縮液相分離,濃縮液中蛋白質(zhì)在固液界面處可能發(fā)生變性。
總結(jié)
應用QbD的理念,在設(shè)計凍干工藝過程中,預凍階段是否退火及退火工藝參數(shù)的是必須要考慮的內(nèi)容,可以通過溶質(zhì)的性質(zhì),裝填體積等信息及DSC熱分析,電鏡掃描等檢測結(jié)果進行綜合考慮。一個經(jīng)過良好設(shè)計的退火工藝不僅能大大縮短凍干周期,而且能夠提高凍干粉的穩(wěn)定性。
四環(huán)凍干機
四環(huán)福瑞科儀科技發(fā)展(北京)有限公司法人由原北京四環(huán)科學儀器廠有 限公司技術(shù)研發(fā)和管理負責人擔任,是為客戶提供專業(yè)真空冷凍干燥設(shè)備及解 決方案的服務供應商。我們秉承“以客戶為中心,追求最高的客戶滿意度”的 服務理念,個性服務、創(chuàng)新設(shè)計、高效處理、可靠保障,可根據(jù)用戶需求提供 和設(shè)計單個或多個符合 GMP 相關(guān)標準的凍干設(shè)備配套系統(tǒng),如負壓和無菌隔 離器、自動進出料及外置 CIP 等系統(tǒng)。
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