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喷雾干燥技术及其在中药粉体中的应用研究

浏览次数:752022/08/01  

01
前言
喷雾干燥技术起源于美国,距今已有将近150年的发展历史,自从20世纪中旬我国从前苏联引进第一台喷雾干燥机以来,喷雾干燥技术在我国也已有60多年的发展历史[1]。目前喷雾干燥技术已经广泛应用于医药、食品、化学、农药、冶金、陶瓷、催化剂、烟气脱硫、污泥干化、涂料、蜂蜜等加工行业。喷雾干燥一直以来是干燥领域内的热点研究话题,国内外研究学者对喷雾干燥领域进行了广泛、深入的研究[2]。
中药喷雾干燥过程一般用于将中药制成浸膏或者将溶液制成喷雾原料液,经过喷雾干燥短时间内将药液干燥成固体粉末或颗粒,可直接用于制粒、压片,或制成胶囊等,有效降低了中药的服用剂量。与传统中药干燥流程相比,中药喷雾干燥大大简化了工艺流程,降低了产品制造成本,封闭的制造环境下降低了药物受到污染的可能性,且减少了环境污染[2-3]。就干燥后的粉体质量而言,喷雾干燥制得的中药产品颜色较浅、流动性好、含水量低、稳定性好、便于生产和储存。
02
喷雾干燥技术
喷雾干燥是一种热处理加工工艺。液体物料通过送料泵泵入喷雾干燥塔中,经喷嘴雾化成小液滴,塔内的高温使液滴中水分迅速蒸发,制得干燥颗粒状的产品。溶液、乳液、悬浊液等均可通过喷雾干燥技术加工为固态产品[4,5]。同时,喷雾干燥因其热处理时间与其他热加工工艺相比较短,且可通过加入干燥助剂提供保护,所以较适宜用来进行热敏感物料的加工[6]。

2.1喷雾干燥过程[6]

根据干燥特点,喷雾干燥可分为雾化、干燥、分离等三个步骤:

①物料雾化:物料通过雾化器的雾化作用雾化成直径细小的雾滴,增大料液的传热面积。

②物料干燥:雾化之后的细小雾滴与高温热空气直接接触过程中迅速蒸发大部分水分,从而把料液干燥成粉体或颗粒状产品的过程,在此过程中物料与环境之间发生热量和质量的交换。

③气固分离:干燥之后的物料为粉末状物料和气体状溶剂,生产过程中一般采用旋风分离加布袋除尘器的方法加以分离。

03

中药喷雾干燥过程中的问题

3.1 料液性质[7]

料液性质主要包括料液黏度,料液表面张力,料液浓度和料液组成。中药经提取、浓缩后得到的浓缩液中含糖类、胶类或黏液质较多时,会导致溶液黏度增大,而高黏度液体阻碍液体振幅,影响喷雾干燥的效果。在喷雾干燥过程中,雾化液滴表面张力与粉体形成过程密切相关,影响粒径大小与形态。

提取液的料液浓度也是影响喷雾干燥制备的粉体的收率、粒径和水分等的关键因素。对于中药提取液来说,浓度较大时,单位体积内固体含量多,粒子易聚集在一起,导致粒径增大,且粉体存在干燥不完全、水分超标的风险。料液浓度过低时,单位体积内固体含量较低,导致收率降低。在中药提取物中,除有效成分外,尚存在一些无药理活性但可影响药物物理性质的伴生物质,如淀粉、多糖、树胶、果胶等。伴生物质与有效成分协同参与喷雾干燥过程,可起到保护有效成分不受损失、改变颗粒结构等作用,体现中药“药辅合一”特点。

3.2 工艺参数[3]

在喷雾干燥过程中,不同的工艺条件对中药粘壁现象的影响也不同。喷雾干燥常见的影响因素包括进料速率、进出口温度、进风量、雾化压力等。综合考虑中药的相关性质,选择合适的进料速率很重要。进料速率过快会使物料在喷雾过程中干燥不完全,导致中药含水量过高,甚至产生黏连;速率过慢则会延长中药干燥时间,且易导致其烧焦,影响药品质量。进风温度在喷雾干燥过程中至关重要,由于各种中药性质不同,干燥温度也不同,在干燥过程中一般应先确保干燥塔温度均匀后再开始进料,温度高会导致多糖中药黏性增大,且可能破坏其有效成分。通过控制进风量可以控制雾滴大小,适当加大热风量可以干燥雾滴,减缓粘壁现象。稳定的雾化压力可减轻喷头震动带来的雾化偏差,使雾滴大小均匀。

3.3 装备因素

目前对喷雾干燥仪器的研究大部分为喷雾干燥应用研究和其他技术的联合应用,如喷雾-流化床干燥、喷雾-旋流组合干燥及微波真空干燥联合等,不同干燥技术对中药喷雾干燥效果的影响及相应的适用范围不同[3]。喷雾干燥装备参数如雾化器和干燥器的几何形状等也会影响干燥效果[8]。李翔宇等[10]模拟了不同的雾化器材质和气体进入干燥塔方式对干燥效果的影响,结果表明旋流式干燥塔比直流式干燥塔的干燥效果好;且液滴的尺寸和分布受材料阻力系数的影响,据此可开发不同的喷头来控制雾滴尺寸。

04

喷雾干燥在中药中的应用

在2015版《中国药典》中,中药植物油脂、提取物、药材、饮片、单味药剂、成方制剂等品种共有2598种,其中618种是饮片和药材,按照规定,可新鲜加工的中药材有64种。可用于喷雾干燥的多种中药具有不同的化学成分和理化性质,因为不同中药的特性和产品要求不同,其喷雾干燥工艺也不同[3]。目前,中药的应用主要为中药配方。中药的配方由多种中药组成,且其作用相辅相成。对中药配方颗粒进行研究是研究者们近年来关注的重点。


4.1 制备中药粉体[7]

近年来,喷雾干燥技术在中药复方和单味中药粉体制备中的应用均有报道,如秦艽配方颗粒、参蒲盆炎颗粒、温经止痛方等复方制剂中间体的制备,以及金展菊花提取物、玫瑰提取物、菊芋提取物等单味中药或药用植物提取物粉体的制备。制备的中药粉体的性质与喷雾干燥过程参数密切相关,需综合考虑各类参数以制备得到满足目标的粉体。

4.2 中药提取物的改性

在中药提取液中加入适宜辅料进行喷雾干燥共处理,对中药粉体结构和性质进行物理修饰,可产生具有良好粒径、粒形、颗粒孔隙,以及优良的流动性和可压性的粉体[10-11]。如针对中药提取液喷雾干燥过程黏壁问题,肖兰英等[12]基于响应面分析法优选喷雾干燥最佳条件,以进风温度150℃,进料速度20r·min-1,料液密度1.10g·mL-1,辅料(β-环糊精)占比17%的工艺制备了不黏壁、收率高的黄芪通便颗粒。



4.3 制备微囊[7]



喷雾干燥制备微囊的主要方法包括液滴喷雾干燥和流化床喷雾干燥。液滴喷雾干燥将囊心和囊材混合液分散成雾滴,遇热气流迅速蒸发干燥成微囊,是微囊制备最常用的方法。FERREIRA等使用葛根淀粉与阿拉伯胶混合作为囊材保护物理稳定性不强的黑莓提取物,优化干燥条件后,以进风温度143℃和药辅比1:1.78得到高收率、水溶性较强、吸湿性低的微囊,提高了黑莓提取物的保存期。此外,微囊类制剂可以定位靶细胞,延长药物释放而对正常组织无损害,常用于癌症的治疗。

4.4 制备无定形固体分散体[7]

无定形固体分散体是指药物以无定形形态分散于固体载体中,产生单一、均相的分散体系。高度分散产生的无定形粉体相对于晶体药物而言,不受晶格的束缚,与溶剂的接触面积增加,提高亲水性,改善药物的溶出性能。喷雾干燥是制备固体分散体的有效技术,可实现极快的溶剂蒸发,从而导致活性药物组分(API)载体溶液快速转变为固体API载体颗粒,溶剂蒸发动力学有助于无定形固体分散体的形成。

4.5制备应用于肺部吸入制剂

现阶段在肺部吸入制剂的制备中,目前使用喷雾干燥结合冷冻干燥技术较多,主要是保证药物成分不受损失同时粉体粒径能满足要求。制备过程是通过雾化器将溶液雾化成小液滴,经低温作用,液滴被冷冻,形成冻结颗粒,最后升华过程使冻结颗粒变为干燥颗粒,制得粒子具有粒径小,分布窄,流动性好的特点[13]。胰岛素、返魂草素等中药有效成分已被开发为吸入粉雾剂以治疗糖尿病、肺水肿等疾病。

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