微波設備在制藥機械中的應用

微波技術在制藥機械中的應用

   由磁控管發射的波長在123mm，頻率為245±50MHz的微波在工、農業方面的應用始于20世紀60年代。在這一波段內的微波不會妨礙通信，5mW/c㎡的泄漏量也不會傷害人體，在人們消除了這些疑慮，鑄躇了一段時間后，近幾年以來，作為一種新技術得到了廣泛的應用。

   微波是一種能量形式，在介質中它可以轉換成熱量。水、脂肪、蛋白質以及其它有機物質在微波場的作用下，其偶極子以微波的頻率作高速擺動，使雜亂無章運動的分子獲得能量，介質的溫度由此而升高。微波加熱為“體積加熱”，介質的整個分子都處于加熱狀態，由內向外傳遞熱量，而常規的傳導加熱則是由外向內傳導熱量。在醫藥產業，用微波輻射濕顆粒，可使顆粒內的水分子瞬時汽化，提高了顆粒的空隙度；用微波輻射植物細胞，可使細胞壁內的體液被瞬間加熱，溫度突然非平衡地上升到沸點，汽化并產生高壓而導致細胞壁破裂；用微波輻射微生物體，其體內極性分子在微波場的作用下產生強烈的極性振蕩，導致細胞分子間氫鍵斷裂，細胞膜結構被擊穿。微波加熱技術還可以應用于固體制劑工藝，可解決那些一直困擾著人們的課題，如中藥現代化進程中的破壁微粉碎、細胞破壁提取、粉體瞬時殺菌，濃縮浸膏的連續干燥制粒等等問題。

     圖1表示微波加熱時，傳熱、結質方向一致；傳導加熱則相反。

圖2表示微波加熱和傳導的加熱的干燥速率對比。

傳導加熱             微波加熱

圖1                            圖2

本文綜合國內外相關資料，結合我院在固體制劑制藥機械方面的科研成果，就微波技術在制藥機械中的應用這一課題展開探討。

一、在顆粒方面的應用

   由于片劑、膠囊和顆粒等固體制劑具有給藥方便、安全、能工業化大規模生產等方面的優點，在以藥物治療為主的日常醫療事物中，為***劑型?？诜腆w制劑后，顆粒須經歷崩解→溶解→吸收→入血液→進入病灶等過程。人們希望藥物顆粒能在預定的時間和部位，以***短的時間崩解，以確保藥效。

顆粒是主藥和賦形劑等粉體的聚集體，是固體制劑的基本劑型。除顆粒劑外，片劑、膠囊等劑型都需要先制粒，然后再壓片和填充等。顆粒的形狀、粒度、粒徑分布以及孔隙率等各項指標都將影響到藥劑的崩解，溶解，影響到成形性及強度。濕法制粒時，利用液體架橋力、毛細管聚縮力等將粉粒團聚成顆粒，干燥后粉粒體之間形成孔隙，孔隙度可由下式來描述         

ε=1-

式中，ε為孔隙率；ρ_A為顆粒的表現密度；ρ_T為顆粒的真密度。藥物顆粒為多孔型，其孔隙率在5%～30%之間。顆粒的工藝參數，如液體的飽合度、混合槳葉對物料的作用強度以及干燥方法等都將影響到顆粒的孔隙率。

目前,我國濕法制粒的典型工藝是：濕法攪拌制粒→流化床干燥→圓錐整粒機→壓片或膠囊填充。該法制粒的特點是顆粒偏硬，孔隙率小，粒徑分布為呈雙峰型。發達國家則采用“一鍋法”制粒工藝，用一臺設備分步完成混合、制粒和真空干燥。干燥可采用微波加熱方式，調節真空度和微波輻射條件，可控制顆粒的孔隙率。真空微波干燥的干燥速度快，加熱溫度低，這對熱敏性藥物極為有利。

 圖3是真空微波干燥攪拌制粒機原理圖，圖4是該機型外形圖。

壓制片劑時，顆粒在壓縮過程中須經歷重新排列→塑性變形→破粒→形成新的界面→摩擦發熱→在新的界面上重結晶→形成固體橋，***終成為

圖4

壓 縮體，即藥片。用孔隙度高的顆粒壓片，藥片的孔隙致密，強度高，崩解和溶解性也好。圖5是顆粒的孔隙率與抗張強度的關系。圖6是顆?？紫堵逝c溶解率之間的關系，橫坐標表示溶解時間；縱坐標表示溶解率；三條曲線分別代表不同孔隙率的顆粒。

■   -11.0%；○-14.4%；▲-27.2%；□-40.1%；●-46.4%

圖5                               圖6

沸騰干燥是利用熱風使顆粒流態化，傳熱后再將顆粒的濕分帶走。也可用微波輻射沸騰床，讓顆粒內部的水份向表面遷移，再由氣流帶走。圖7是熱風+微波干燥原理圖。圖8是熱風+微波干燥機的結構示意圖。微波干燥的顆粒具有疏松、復水性和溶解性好等優點。干燥時，顆粒的含水隙越高，吸收

圖8

微波的能力越強，即使顆粒的含水率不同，也能實現均一速率的干燥。

圖9是真空隧道微波干燥機原理圖和設備外形圖?？捎糜诮嗟倪B續

干燥制粒。由螺桿泵1將浸膏或漿料泵在聚四氟乙烯（玻璃增強）傳輸帶9上，由微波發生器2對物料輻射加熱，再由破碎機5將干燥物整成顆粒，***后由排出機構6排出。該機的干燥效率是傳統方法的十倍，用于食品顆粒干燥時，其組織狀態接近于冷凍干燥，但運行成本要小于冷凍干燥。

  二、在微粉碎方面的應用

     中藥飲片粉碎打粉，直接入藥的工藝至今仍占主要地位，據2000版藥典，全藥材粉末制劑品種有261個，占制劑品種的57.2%。植物性中藥的細胞大小約5～60μ其有效成分大多貯在細胞壁內，而細胞壁可成為釋藥的屏障。試驗表明，若將細胞壁破碎，使細胞質逸出，其藥效可提高1.5～2倍。破壁后的微粉中藥飲片可制成袋泡劑，用開水浸泡10～20分鐘后即可服用，可取代已沿用了二千年之久的水煎湯劑。

     破壁微粉碎已成為當今中藥界的熱門課題。在傳統的沖擊型粉碎機基礎上，人們發展了振動磨，它利用介質球的高頻振動來研磨藥材，產品細度可達到10μ。利用文氏噴嘴加速空氣的氣流粉碎機，將氣流加速到超音速，用它來粉碎非纖維性的中藥材，產品細度可達5μ。但作為一個工業化的生產設備以及制藥行業GMP的特殊要求，人們仍需努力。在提高單機生產能力、折裝清洗方便、低能耗、重金屬超標、一臺設備能粉碎不同的物料、同物料不同的細度等方面仍有待發展。粉碎前，用微波輻射藥材顆粒，可使細胞壁變得疏松或破裂，它有利于中藥的破壁微粉碎?？蛇M一步提高沖擊型粉碎機線速度，由現在的110m/sec提高到150m/sec，解決好易損件耐磨問題。上述二個方面的技術創新，有望成為粉碎設備新的亮點和經濟增長點

三、在粉粒體殺菌方面的應用

     隨著消費者對食品安全和衛生性能要求的不斷提高，國家對微生物的管理也相應變得越來越嚴格。雖然顆粒劑、各種食品、調味料等原料表面上的菌體不全都是有害的，但確存在著對原料顆粒污染的可能性，殺菌就成為一個必要的加工手段。為達到殺菌的預期目的，首先必須掌握微生物體的熱特性和原料的熱變性。利用微波輻射微生物體，讓體內極性分子強烈振蕩，擊穿細胞膜結構，以達到殺菌目的。用微波殺菌，不會對蛋白質、維生素造成損失，也不會引起淀粉質的α化和物料色變等，關鍵是控制輻射條件，讓殺菌在瞬間完成。圖10是連續式粉粒體微波殺菌系統圖。

綜合上述各章節的分析，微波技術在藥機的應用雖已起步，但缺乏深度，某些方面還是空白。微波獨特的加熱原理和效應為藥機產品的技術提升帶來了新思路，也必將創造新的經濟和社會效益。