冻干讲义(东富龙).

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1、 上海东富龙有限公司 第一章 前 言 _3 第一节 冷冻干燥的原理 _8 第二节 冷冻干燥的一般过程 _10 第四节 冻干过程中主要参数的控制 _16 第二章 冻干工艺的一般原则和标准操作规程 _18 第一节 冻干工艺的一般原则 _18 第二节 真空冷冻干燥的标准操作规程 _22 第三章 冷冻干燥设备的安装与调试 _24 第一节 冻干机的安装要求 _24 第二节 冻干机的运行调试 _25 第三节 系统常见故障分析及日常维护 _26 第四章 制药冻干机设备的 GMP 验证 _28 第一节 GMP 验证的基本概念 _28 第二节 验证的类型 _28 第五节 冻干机验证的一般步骤及主要内容 _31

2、第五章 药品冷冻干燥的 GMP 工艺验证 _35 第六章 药品冷冻干燥工艺的放大 _46 第一节 中间试验放大的问题点 _47 第二节 瓶药传热及升华速度的理论解析 _47 第三节 将试验机的冻干结果往生产装置上放大工艺 _49 附录一 专业术语 _52 附录二 系统的常见故障分析 _53 附录三 常用单位换算 _56 附录四 水的饱和蒸汽压力（-99 -1） _58 附录五 东富龙公司真空冷冻干燥系统验证方案 _59 第一章第一章 前前 言言 一、国内、外真空冷冻干燥技术的发展 1、 国外真空冷冻干燥技术的发展历程及现状 冷冻干燥技术是指将水溶液在低温下冻结，而后在真空状态下将其中的水分不经

3、过液体状 态而直接升华，这样干燥后的物质，其物理、化学和形状基本不变，有效成分损失小，复 水性好，密封保存周期长。 冷冻干燥能很好的保存食物早就为人们所知，古代北欧的海盗利用干寒空气的自然条件来 干燥和保存食物，就是其中一例。但是，将冷冻干燥作为科学技术，还是近百年来的事。 1890 年阿特曼（Altmann）改变过去制作标本的方法，采用冷冻干燥的方法成功冻干保存 了各种器官和组织，他的工作确立了生物标本系统的冻干程序，这是冻干在制作生物标本 中的最早应用。 1909 年谢盖尔（Shackell）将冻干引入细菌学和血清学领域。他采用盐冰预冻，在真空状 态下，用硫酸作吸水剂，对补体、抗毒素、狂犬

4、病毒等进行冻干，其设备虽十分简陋，但 却是后世先进冻干机的雏形。 1912 年卡瑞尔（Carrel）首先提出用冻干技术为外科移植保存组织。 1935 年第一台商业用冻干机问世，1940 年冻干人血浆开始投入市场。第二次世界大战中， 由于冻干人血浆和青霉素的大量需求，推动了冻干在医药、血液制品等方面的应用和迅速 发展。战后，冻干法又迅速扩展到各种疫苗、药品等领域。 1930 年弗洛斯道夫进行了食品冻干的试验，1949 年他在著作中展望了冻干在食品中和其他 疏松材料方面应用的前景。二次世界大战后，英国食品部在阿伯丁的试验工厂也进行了食 品冻干的研究。他们在综合了当时一些研究成果的基础上，于 196

5、1 年公布了试验成果，证 明冻干法用于食品加工是一种能获得优质食品的方法。随后在美、日、英、加等国相继建 立起冻干食品的工厂，到 1965 年全球已有食品冻干厂 50 多家。 现在冻干食品除在宇宙航行、军队、登山、航海、探险等特殊场合受到欢迎外，在一般的 民用食品中也确立了稳固的地位。目前，世界上已有较大规模的真空冷冻干燥食品企业 130 多家.真空冻干食品也在欧美日等国市场迅速流行。美国和日本市场上出售的脱水食品 中冻干食品占了 40%以上。 随着冻干技术的应用和发展，冻干机理和技术的研究也随之发展起来，1949 年弗洛斯道夫 出版了他的世界上第一本有关冻干的技术及理论的专著。1951 年和

6、 1958 年先后在英国伦 敦召开了第一届和第二届以冻干为主题的专题讨论会。 经过半个世纪的发展，冻干设备和技术已趋于完善。现代先进的冻干设备不仅能满足各种 冻干工艺加工的要求，在操作控制上已成功地采用了电子计算机全自动控制；在工艺上发 明了为改善加热条件，缩短冻干周期的循环压力法，调压升华法和监控干燥结束的压力检 查法；在医药冻干中，可在真空条件下对小瓶自动加塞，对安瓿的自动熔封等。 2、 国内真空冷冻干燥技术的发展历程及现状 二十世纪三、四十年代，我国已有微生物学家用盐水预冻，在蒸发器内抽真空，用吸水剂 的方法冻干菌毒种作保存用。到五十年代初期，哈尔滨、郑州和南昌等地的兽药厂开始生 产冻干

7、疫苗，并逐渐形成一定生产能力。六十年代开始批量生产冻干疫苗及冻干人血浆， 并在制药和食品工业应用冷冻干燥技术。 1965 年北京人民食品厂用英国的试验装置对果蔬、肉类等品种进行冻干试验。1967 年旅大 冷冻食品厂试制成一台日产 500Kg 的冻干装置并进行生产。七十年代中期上海梅林食品厂 建立了年产 300 吨的食品冻干车间。八十年代后，冻干食品在我国有了较大的发展，青岛 市第二食品厂，引进了日本冻干设备生产冻干香葱、姜片等用于出口。 我国在冻干设备制造方面的发展也十分迅速，1951 年由武汉生物制品研究所陈畴等设计并 由上海合众机器厂（上海第一冷冻机厂前身）最先制造了一台 9m2冻干机。1

8、972 年上海医 用分析仪器厂、天津实验仪器厂、南京药械厂等仿制了一批中、小型冻干机。1975 年华中 科技大学林秀诚、赵鹤皋等和湖北兽医生物药品厂共同研制一台大型冻干机，这是我国第 一台自行设计制造的能在冻干箱内进行自动加塞的冻干机。 1983 年上海医械专机厂为广西南宁兽医生物药厂研制成功 10m2兽药冻干机。1984 年浙江 缙云电子技术研究所研制了小型半导体冻干机，华中科技大学利用 R12/R13 混合工质制冷 系统，用单级压缩实现-65的低温并应用于小型冻干机。 1998 年，烟台冰轮集团有限公司引进俄罗斯技术成功地研制了 40m2 的食品冻干机。中国 科学院兰州物理研究研发的 DG

9、 系列冻干机在食品冻干设备中发展迅速，从 1996 年2001 年间，共生产了 32 套食品冷冻干燥机。 在目前医药冻干机的众多生产厂家中，其中上海东富龙科技有限公司、北京天利深冷设备 股份有限公司、北京速原真空技术有限公司、上海浦东冷冻干燥设备厂等四家在国内的冻 干机市场占有率较高。 二十世纪八十年代初期，中国科技大学和天津石油化工公司利用冻干技术开发新型高比表 面稀土钙钛矿型催化剂，是较早利用冻干机进行纳米材料制备的研究。二十世纪八十年代 后期，国内开始对食品冻干工艺的研究。华中科技大学首先进行了大蒜冻干的实验研究； 华南理工大学对新鲜蛇肉的冻干工艺进行研究，制订了冻干曲线；华南理工大学对

10、草菇冻 干过程压力循环法进行研究，采用循环压力法可使干燥时间缩短和节能，华南理工大学还 对菠菜的冻干工艺进行了研究。上海理工大学则进行了苹果、草莓冻干过程的实验研究， 比较了不同的降温速率、真空度、加热温度和冷阱温度对冷冻干燥过程的影响。此外，东 北大学进行了冻干大鼠皮肤以及冻干家兔眼角膜复水再植的试验研究，武汉大学中国典型 培养物保藏中心为有效保存极端嗜盐古细菌，对其冻干条件进行优化，并研究了海藻糖对 极端嗜盐菌的冻干保护作用。 随着生活水平的不断提高，人们对消费品的品质将提出更高的要求，环保意识、健康意识 在进一步加强，对于各类药品、保健品及冻干食品的需求将越来越大。而为不断满足各类 药品

11、，生物保健品，冻干食品以及固体微粉制备的需要，特别是生物工程的发展又将带来 研制新药和生物类药物的新高潮，这一切都将有力地推动真空冷冻干燥技术的进一步发展， 使其应用规模不断扩大、应用领域不断扩展。 二、真空冷冻干燥技术面临的问题 真空冷冻干燥技术发展到今天，已在许多领域得到成功应用。但与其它干燥方法相比，设 备投资依然较大、能源消耗及产品成本依然较高，限制了该技术的进一步发展。因此，如 何在确保产品质量的同时，实现节能降耗，降低生产成本是真空冷冻干燥技术当前面临的 最主要的问题。真空冷冻干燥设备已相对趋于完善，但由于该技术的发展历程较为曲折， 近年来应用推广又非常迅速，使得基础理论的研究显得

12、相对滞后、相对薄弱。而我国在这 方面的研究与国外的差距仍然很大，缺乏对冻干过程理论及相关学科的系统研究。此外， 我国的冻干设备同进口设备相比，也有一定差距。 另外，由于冻干机所使用场所的特殊性，设备要求十分苛刻，运行环境恶劣，这都对冻干 机的运行可靠性、合理性、方便性提出了更高的要求。新技术、新标准、新法规的出台， 都对冻干技术提出了更多的要求。这为冻干领域的发展提出了更多的研究课题。 相关法规的建立 在医药品的生产中，冻干机主要在冻干注射制剂（无菌药品） ，血液、生物制剂，无菌粉体 制剂，口服医药用粉体制剂，对体外、内诊断药等领域中得到广泛应用。 为了满足药品生产质量管理的要求，确保生化药品质量，GMP（医药制造管理和品质管理 规则）应运而生。自 1963 年 GMP 在美国实施以来，已历经了四十多个春秋，在世界各国 得到推广。现在 GMP 已成为当今国际社会药品生产通行必须实施的制度，是药品全面质 量管理（TQC）的重要组成部分。药品 GMP 认证已成为国际间药品贸易通行的惯例。 最初，GMP 是由美国坦普尔大学 6 名教授编写制定，经 FDA 官员多次讨论修改而成， 于 1963 年时美国国会颁布的。GMP 的理论在之后的几年实践中经受了考验，获得了发展， 它在药品生产和质量保证中的积极作用逐渐被各国政府所