浅谈中药冻干粉成型的影响因素

　　中药注射剂品种已达1 400余种,但由于中药注射剂提取方法不够完善,多数品种的注射剂为以原料药的有效部位群入药,一些大分子物质未能完全除尽,久置后,出现色泽加深、浑浊、沉淀,使澄明度不合格,导致疗效降低甚至失效;另外,中药注射剂在加热灭菌后稳定性差,不能长期放置,严重影响其扩大生产,一问题在复方中药注射剂中尤为突出。中药粉针剂尤其适用于对热不稳定或在水溶液中易分解失效的中药有效成分的注射剂的应用。但由于冻干过程复杂,有时制品会出现塌陷、萎缩,外观上出现较多的冰晶,含水量太高或太低等诸多问题。本文针对影响中药冻干粉外观质量的几问题进行探讨,并对研发过程中的几个主要影响因素进行了论述。
　　1　冻干制剂中出现的问题,产生的原因及解决办法中药冻干粉的质量一般以外观、复水性、pH值、吸湿性、干燥失重、有效成分含量、稳定性等来衡量,若将药品制成毫微粒冻干粉还需考察其再分散性、形态、粒径、包封率、载药量、体外释药特性[ 1 ]等。其中外观以维持原体积,不塌陷,不皱缩,表面光洁,可整块脱落但不散碎为佳,色泽应均匀,无花斑,质地细腻。在冻干过程中,经常出现制品外观不合格的现象,本文将对此做出论述。
　　1. 1　冻干品萎缩包春杰[ 2 ]曾对影响生物制剂冻干品的萎缩原因进行分析,指出是药品内含有残留水分。在冻干过程中只要对药品浓度、干燥时的真空度、终点温度、保温时间等各因素加以控制,并及时在与空气隔离的情况下进行密封,就能避免药品萎缩。解决药品潮解萎缩问题的关键是有效而彻底地对药品进行干燥。通过调整药品支撑剂的浓度,提高干燥箱的温度,以及在较高的真空度下尽可能的延长解析干燥时间,保证中药制剂的含水量低于3% ,同时在出箱密封的过程中避免药品与潮湿的空气接触。药液浓度不宜太高或太低,升华时温度高于共熔点或解吸时温度过快,都能导致冻干品萎缩。解决方法:药液在配制过程中应加入一些填充剂如甘露醇等来改善制品外观,升华过程中应严格控制制品温度低于共熔点,解吸时搁板升温速度不宜太快,一般控制每小时在5℃左右,其固体部分不能超过崩解温度。
　　1. 2　喷瓶预冻时温度太高,制品没有冻结实,升华干燥时升温过快,制品温度超过共熔点,部分制品熔化,在真空下少量液体从已干燥的界面喷出的现象。解决方法:严格控制预冻温度,制品一般低于共熔点10℃左右,保持一定时间,待产品冻结实,才可升华。另控制好升华干燥的温度,升温速度应均匀,不宜过快。
　　1. 3　分层在升华过程中,停机10 min以上或干燥箱漏气所导致。解决方法:在制品进箱时应检查门封条,防止老化,必要时四周涂上少许真空脂,在升华过程中突遇停电或其它原因停机,应立即关上真空蝶阀,使制品处于真空状态,并尽快修复开机继续升华。分装后的药液久置,药物中的一些不溶物沉淀析出也会导致分层现象。
　　1. 4　结晶冻干箱在预先制冷时箱内有许多水分结霜于搁板上,制品进箱时,霜从搁板中掉入制品中形成结晶中心,从而使制品结晶。解决方法:制品预先半加塞或加盖,或产品进箱后再开机预冻。
　　1. 5　含水量不合格 1. 5. 1　含水量偏高制品水分含量偏高。制品干燥后排除95%～99%以上的水分,水分一般应低于3%。水分含量偏高的原因主要有:液层过厚、制品本身吸湿性强、解吸干燥时温度过低。解决方法:药液装入容器内不能太厚,一般10～15 mm,用于开启箱门的空气应经硅胶脱水再过滤或用氮气,出箱后制品应立即封口,若时间过长,制品需在真空状态下保存;解吸干燥中,搁板温度应在30℃左右恒定,以除去残余的水分。陈哲文等[ 3 ]分析了生物制品冻干粉针剂样品放置一段时间后残余水分增高的原因:进行了水分测定、真空度检测、二甲硅油和丁基橡胶药用瓶塞干燥失重的检测,结果表明丁基橡胶药用瓶塞灭菌、干燥和冻干过程中去除水分不彻底是引起样品水分升高的直接原因。 1. 5. 2　含水量偏低干燥时间过长,或解析干燥时温度太高所造成的。 
　　1. 6　制品瓶破碎中药冻干粉在冻干将近完成压塞时,有时会出现制剂瓶破碎的问题。包春杰等[ 4 ]探讨冷冻干燥中玻璃瓶出现脱底和破裂原因,指出其碎裂数量及破碎程度与温差及形成温差的速率成正相关,提出通过调整温度的方法,在升华过程中保证样品温度和搁板温度之间的温差小于20℃ ,即可缩短冻干周期,又可解决制剂瓶破碎问题。 2　辅料对中药冻干粉的影响　　除了少数药物含有较多成分可以直接冻干外[ 5 ] ,数药物都需要与适当的辅料混合制成混合液才能进行冻干。不同的冻干制品,添加剂的配方应根据试验结果来最终确定。冻干溶液的浓度一般在4%～25% ,最佳浓度10% ～15% ,对于糖类则为5% ～10%;浓度太高会对冻干工艺造成困难。同时不同配方的添加剂,对于干燥后产品残余水分含量也有一定的影响。 
　　2. 1　填充剂的种类和用量的影响程建明等[ 6 ]在对苦芩粉针剂冻干工艺的研究过程中,探讨了不同填充剂及其用量对冻干粉针成型性的影响。其中以乳糖和甘露醇为赋形剂的粉针成型性差且溶化时间长,而以HP - β - CD为冻干添加剂产品易于成型、外观均匀疏松、溶化时间最短。唐岚等[ 7 ]在对参附青冻干工艺研究过程中,筛选了不同添加剂单用及配伍使用对冻干效果的影响,结果表明在药物浓度相同、添加剂用量亦相同的情况下,除甘露醇之外的其他四种添加剂均不能使该粉针成型,且配伍使用的赋形剂只有5%甘露醇与5%HP -β - CD能使该制剂基本成型,但外观不如单用甘露醇的效果好;同时还对药物浓度及甘露醇用量进行筛选,结果表明固形物量› 8%时,制品成形性较好,浓度为6%时冻干液体积小、厚度适宜,利于冻干,而甘露醇œ 8%时产品成型效果好,从节约成本及少加添加剂的角度考虑最终确定甘露醇用量为10%。禹玉洪[ 8 ]对大黄冻干粉针剂制备过程中支持剂进行了筛选,结果表明有乳糖的配方,其成型性和水溶性都不太好,只有甘露醇时,成型性虽好,但溶解性差,所以选取了甘露醇和葡萄糖的混合配方;为进一步确定最优的支持剂的用量及比例,对葡萄糖和甘露醇的比例进行了筛选,表明以1: 3为比例的配方成型性、色泽、水溶性都较好;同时对支持剂占总固体量的比例进行了筛选,最佳条件为支持剂占总固体量的46%～60%。 
　　2. 2　填充剂吸湿性的影响不同填充剂,自身具有不同的吸湿性。在作为冻干粉辅料时,这种差异将导致产品成型后及储存时产品含水量的差异,而此变化将直接影响药物外观、稳定性以及疗效。Fakes等[ 9 ]人测定了6种填充剂甘露醇、无水乳糖、蔗糖、D ( + ) —海藻糖、右旋糖酐和聚维酮在25℃各湿度条件下的吸湿性,结果表明,甘露醇在冻干前后均为结晶体而无吸湿性;无水乳糖、蔗糖和海藻糖在冻干前均为结晶体,冻干后均转化为无定型状态。而无定型状态的物质含水量一般会很快随着环境湿度的变化而改变,如无定型乳糖在55%RH下会吸收10%的水分转化成它的结晶水合物;右旋糖酐和聚维酮在冻干前后均为无定型, 它们在50%RH下均会吸收10% ～20%的水分。该研究结果表明,冻干粉的含水量与所选用填充剂的种类不同而有较大的差异。 3　冻干工艺条件的影响冻干过程预冻、升华干燥(第1 阶段干燥) 、解析干燥(第2阶段干燥) 3个主要过程。
　　3. 1　预冻预冻是恒压降温的过程,从冻干产品的质量及冻干的经济方面考虑,预冻温度应低于产品的共溶点10℃左右,产品的共溶点一般为- 25～ - 15℃,预冻时间一般在2～4 h。预冻方式有速冻法与慢冻法。速冻法形成的冰晶较小,冰晶升华后形成致密疏松的网状结构,而慢冻后晶格较大,升华后留下树枝状或球形空洞,减小机械效应的影响,同时还能减少溶质效应的影响,因为速冻法能以较高的冷冻速率通过对溶质效应影响较大的范围(水的冰点和共溶点之间) 。刘占杰等[ 10 ]通过实验比较了不同降温速率脂质体的冻干特性,得到如下结论:慢速降温的脂质体在冻干过程中表面塌陷,恶化了传热传质条件,使脂质体的内部温度比快速降温的高,水蒸气逸出速率降低,延长了冻干时间,脂质体粒径变大,降低了冻干品质量;快速降温的脂质体不仅冻干时间短,含水量变化快,而且冻干后脂质体粒径变化小;降温速率对液体药品与固态食品的冻干特性影响不同。
　　3. 2　制品冻干过程中共晶点与崩解温度的作用共晶点温度和崩解温度是冷冻干燥的两个重要参数,一般来说,产品预冻的温度应低于产品共晶点温度10℃左右,升华阶段的温度必须低于产品的崩解温度,以防产品供热过剩而塌陷,但过低的升华温度会延长干燥时间,增加能耗。所谓冻干制品的共晶点就是制品中水分全部冻结的温度[ 11 ]。电阻法测定中药冻干粉共晶点的原理是,药液中的水分在低温下,由于冻结作用,水中离子固定在某一位置不动,从而失去导电性,电阻值将会突然的增大,此时的温度即为共晶点。而崩解温度则是指冻干制品所能承受的最高温度。
　　3. 3　制品冷冻过程中玻璃化的作用玻璃化对制品在冷冻干燥过程中避免变性和质量下降,以及长期储存的稳定性有重要的影响。冻干制品在储存过程中,温度必须低于制品的玻璃化温度,以防止制品出现塌陷、表面萎缩、结块、变硬、变色等不良症状。冻干制品的剩余含水量,对于制品的稳定性有很大的影响。一般认为冻干制品的含水量越低,其玻璃化温度就越高,制品越能长期稳定地储存。但并不是含水量越低越好,文献[ 12 ]在研究冷冻干燥组织型纤维蛋白溶酶原的过程中,发现若剩余含水量过低,则冻干后的组织型纤维蛋白溶酶原失去活性,并会产生结块凝固现象。所谓玻璃化是指物质以非晶态形式存在的状态,黏度极大,流动性差。玻璃化转变温度( Tg)指的是当溶液浓度达到最大冻结浓缩状态发生玻璃化转变时的温度[ 13 ]。在冷冻干燥过程中,如果温度高于药品的Tg,药品温度迅速降低,表面萎缩,微观结构破坏,发生塌陷现象。玻璃态药品是在非平衡条件下,通过快速冻结形成的,与晶态药品相比是不稳定的,在温度变化的情况下,有转变为晶态的倾向。但对许多药品来讲,提高其在体内的溶出速率,就意味着生物活性和药效的提高。玻璃化药品疏松的多孔网状结构,与晶态药品相比,具有较高的溶出速率,药效好。在预冻阶段, Tg与药品浓度有关;在干燥阶段, Tg与含水量有关。 
　　3. 4　退火在冷冻干燥过程中的作用退火是指以一定的升温速度把冻结制品从冷却终温加热到低于其熔点的某一特定温度,并保持一段时间,然后再以一定的降温速率把制品冷却到冷却终温的过程。周新丽等[ 14 ]在药品冷冻干燥中引入了退火机理并对其进行了分析,指出退火温度必须要高于冻结制品的玻璃化转变温度;最佳退火持续时间与重结晶的速率紧密相关,且是退火温度的函数;退火后再冷却过程的冷却速率不影响升华干燥速率等结论。
　　3. 5　升华干燥升华干燥阶段首先是恒温减压过程,然后是在抽真空条件下,恒压升温使固态冰升华逸去。搁板是产品获得热量的来源,而箱体内的压强是产品获得热量的环境条件。压强大小要适当,太高,产品会发生熔化使冻干失败;太低,虽有利于产品内冰的升华,但对传热不利,升华速率反而降低[ 15 ]。 
　　3. 6　解析干燥升华干燥约除去90%左右的自由水,继而升温到0℃或室温,在干燥过程可除去一部分的结合水,再干燥可减少冻干后制品回潮。 
　　4　质量控制　　一种成品药物是否稳定,不论对实验研究还是临床应用都是十分重要的,这一点在注射剂方面表现得尤为突出。药物的稳定性主要体现在以下两个方面: 
　　4. 1　制剂稳定性张学农等[ 16 ]在对马蔺子素冻干注射剂的稳定性考察试验中,采用2005版《中国药典》Ⅱ部附录[ 17 ]的方法,采用高温高湿的条件进行测定,结果表明,高湿度下放置10 d马蔺子素含量有较明显下降,有结块和黏连现象;而高温等其它几种考察因素对马蔺子素含量下降影响不明显,且外观均未发生变化,提示马蔺子素包合物冻干粉剂具有良好的稳定性。
　　4. 2　配伍稳定性张淑芳等[ 18 ]研究了有关双黄连粉针与抗生素混合后药物的稳定性,结果显示双黄连粉针与庆大霉素配伍后立即出现沉淀;同时与酸性药物配伍应慎重。缪玉山[ 19 ]等西红花总苷的研究过程中,发现以氯化钠为骨架制得的粉针剂虽然外观质量及溶解度均较好,但加入到氯化钠注射液中10 min即出现红色颗粒状沉淀;以山梨醇为骨架材料其外观较好,而溶解速度较慢;以甘露醇作骨架材料制得粉针剂,外观质量及溶解度为最佳且与氯化钠注射液无沉淀现象。李湘梅[ 20 ]将双黄连粉针与临床常用的大输液配伍发现输液中不溶性微粒数增加,加大粉针用量时,输液中微粒数增多。 
　　5　小结　　冷冻干燥制品以其特有的优势,解决了对热敏感药物高温破坏甚至生物灭活的问题,尤其对于需要静脉注射但在水溶液中不稳定的复方或单体中药来说,冻干粉针的研制和应用使很多问题迎刃而解;但在中药冻干粉针的研制过程中又有许多需要考虑和注意的问题,比如辅料的种类和用量对成型性和产品水分含量的影响,生产工艺条件的筛选以及冻干过程中存在的问题等。虽然冻干制品存在诸多问题,但只要严格控制生产工艺及制定完善的质量控制方法,中药冻干粉仍具有广阔的发展前景;冷冻干燥技术依然是中药现代化发展的一种良好的适用新型技术。