现代制药的干燥技术及其设备综述.doc

中国药科大学现代制药的干燥技术与设备综述 摘 要 中药作为我国的国粹，要想在科技日新月异的今天发展，就需要提高制药的生产技术水平并提高中药质量。而中药材的干燥是产地初加工的首要环节，干燥的好坏直接影响中药的内在质量。本文扼要综述了制药行业干燥技术的方法和设备以及它的应用现状以及展望前景，并提出了改进的意见。关键词 制药行业 干燥方法与设备 展望前景1、前言 中药干燥在我国有着悠久的应用历史，经过干燥的中草药可以保持一定的药用成分并且不易变质，干燥作为保证中草药品质的中药措施，是中草药加工过程中必不可少的一项工艺。过去的中药一直是靠天吃饭，操作简单，成本低，但是干燥时间长，受环境影响大，干燥后的制品品质低，有效成分损失大，只适用于低附加值的药材。近20年来，干燥技术迅猛发展，有很多适宜中草药干燥的设备问世，改变了中药干燥的被动局面。2、干燥的概述（原理、影响因素）干燥利用热能将湿物料中的湿分（水分或其他溶剂）气化除去而获得干燥物的工艺操作。干燥是制药行业生产中不可或缺的基本操作。不同的剂型、设备、操作方法往往会产生不同的干燥情况。从长期的生活实践以及科学研究中可以总结出影响干燥的几个因素：（一）被干燥物料的性质：是影响干燥速率的主要因素；有湿物料的形状大小；料层厚薄; 物料水分结合方式、含水量； 物料性状。（二）干燥介质的温度、湿度与流速: 相对提高温度通过加快蒸发速度使干燥速率加快；降低有限空间相对湿度可提高干燥效率（除湿机、排风、吸湿机）；加大空气流速通过减小气膜厚度降度表面汽化阻力加快干燥速率。（三）干燥速度与干燥方法：干燥速度不宜过快,太快易使表面假干现象； 干燥方法：静态干燥要逐渐升温,否则易出现结壳、假干现象，动态干燥大大增加其暴露面积，有利于干燥效率（必须供给足够热能）（四）压力:压力与蒸发量成反比。减压干燥优点: 改善蒸发、加快干燥；降低干燥温度,加快蒸发速度；产品疏松，易碎；质量稳定。以上因素对于我们选择干燥设备，优化制药工艺，解决生产难题，提高产品质量等都有很大的帮助。3、中草药现代干燥新技术传统的中药干燥时间周期长，生产效率低，已经不能满足现代中药生产的需要。在保证中药材有效成分基本不损失的前提下，人们对干燥品质的提高、能耗的降低、操作的可靠性及对环境的影响都提出了更高的要求，因此结合中草药的特性，选择先进的干燥设备及干燥工艺是现代干燥新技术的发展方向。当前，正在开发应用的中草药干燥技术主要有:喷雾干燥、辐射干燥、真空冷冻干燥及热泵干燥等。3.1喷雾干燥喷雾干燥器结构如图所示，压缩空气经过滤器滤过除菌，再经加热器加热至所需温度，热空气经复滤后进入喷雾塔。料液(可以是溶液、乳浊液、悬浊液或浆料)由储槽进入喷雾塔，经喷嘴利用压缩空气喷洒成细小的雾粒与热空气接触进行干燥，在液滴到达器壁前料液已干燥成粉末沿壁落入塔底干料贮器中。喷雾干燥的优点是:干燥速度快、时间短;生产过程简便易操作;干燥产品品质好、纯度高，特别适用于热敏性物料的干燥，同时由于喷雾干燥是在密闭的容器中进行的，杂质不会混入，有利于保证制剂的卫生。缺点是：难于处理粘度较大的浸膏、体积传热系数小、干燥强度低、设备结构复杂、占地面积大、造价高。因此其推广应用受到限制。国内只有部分药厂采用此种干燥设备。我国于七十年代引入该技术并逐渐开始研究和推广应用于中药生产中。目前该技术被广泛用于中药提取液的干燥及新产品的开发，喷雾干燥与制剂技术相结合研制和开发中药新制剂和新剂型。刘明等人应用现代喷雾干燥技术制取大果木姜子粉末，其干燥药粉的直径小，粒度细，流动性、溶解性、均匀性好，药粉含水量小于5.0%。喷雾干燥技术具有干燥与制粒的双重作用。利用喷雾干燥技术还可将中药提取液制成微囊制剂。将中药制成微囊制剂，可防止其氧化、水解和挥发，掩盖不良气味，提高其稳定性和生物利用度以及降低刺激性、毒性及不良反应。俞益芹等人用喷雾干燥法对蜂胶提取物进行微胶囊化，制品在色泽、气味和组织状态等方面都较为理想，微胶囊化蜂胶提取物的效率可达到 93.51%，包埋效果好。3.2辐射干燥利用湿物料对一定波长电磁波的吸收从而产生热量将水分气化的干燥过程是辐射干燥。按频率由高到低，红外线、远红外线、微波、高频加热等方法在中药干燥上均有应用。3.2.1红外干燥 红外线的波长为 0.721000um。干燥器是利用红外线辐射源发射的电磁波直接投射在被干燥的物料上物料表面吸收此辐射波产生热能使水分或其他湿份气化，从而达到干燥的目的。干燥速率高，较热风干燥高约10倍。适用于热敏性药物、溶点低、吸湿性强、物体表层的干燥。3.2.2远红外干燥 远红外干燥干燥药材的原理是将电能转变为远红外辐射，从而被药材的分子吸收并产生共振，引起分子和原子的振动和转动，导致物体变热，经过热扩散蒸发和化学变化，最终达到干燥的目的。该法优点是:干燥效率高、操作方便易于控制温度、对环境污染小、药材霉变少、产品外观和内在质量稳定。但是远红外波长短透入深度小，适合干燥薄层药材，是否适用于所有类型药材的干燥还有待于更多深入研究。目前，远红外技术主要用于中药材、饮片、丸剂、散剂、颗粒剂等的干燥灭菌工艺。黄朝晖等人利用变温远红外干燥西洋参与恒温热风干燥相比较得出了远红外干燥优于热风干燥。韩玲利用远红外技术干燥牦牛油茶。刘云宏等利用真空远红外辐射干燥金银花，缩短干燥时间，较好地保持银花中的叶绿素和绿原酸。另外法国雀巢公司也利用该技术干燥果汁粉，果汁粉的色泽、香味和 Vc保持不变。3.2.3 微波干燥 微波为波长1mm1000mm，频率为300300,000MHz，具有穿透性的电磁辐射波。传统的加热方法是利用热传导对流辐射的原理将热量从外部传到物料内部，加热速度慢且受热不均匀%微波加热使被加热物体本身成为发热源，由内到外进行干燥，克服了在常规干燥中因物料外层首先干燥而形成硬壳板结的问题，加热速度快且均匀，大大提高了传热效率和干燥速率，并能较好保留物料原有的性能。近几年来，微波干燥广泛应用于粮食、果蔬等，用于中药的干燥灭菌尚处于尝试阶段。张代佳等采用自然晾晒、烘箱干燥和微波干燥3 种不同的方法对鲜人参进行了干燥，结果表明:微波干燥鲜人参省时节能，外观犹如鲜参，而且有利于有效成分的释放;采用微波加热方式提取人参皂苷，可以在较短的时间内得到与水煮相同的皂苷回收率。微波干燥也可达到灭菌的效果，能有效地杀灭微生物以及酶，从而可提高药物的稳定性。该法对化学成分的影响及药效的影响有待于进一步研究。采用微波干燥技术对人参、鹿茸、天麻等贵重中草药进行干燥，热效率高，品质很好，但该技术不适于热敏类成分(如蛋白质氨基酸多肽等)的中药。3.2.4 高压电场干燥 高压电场干燥技术是一种新型的干燥技术，即把高压电场引入到干燥过程当中。内蒙古大学的梁运章教授研究将高压电场干燥技术应用于中药饮片和药物的干燥中，原理见图，高压电场干燥设备有箱式和筒式，箱式高压电场干燥机是将热风干燥与电场技术相结合，热风的温度可据物料性质调控，适用于营养价值高的热敏性物料的干燥。筒式高压电场干燥机是将高压电场干燥技术与振动干燥技术结合，适用于营养价值高要求原成分损失小的粒状物料干燥。高压电场干燥具有使物料不升温、干燥速度快、能耗少和杀菌等优点，能很好保存中药材的有效成分。梁运章等人应用高压电场干燥技术对厚朴知母赤芍陈皮和薄荷等中药饮片进行了干燥实验，结果表明:应用高压电场干燥比烘箱干燥有效成分保留率高，干燥速度快。对西洋参金霉素等进行高压电场干燥实验，结果发现施加电场后，干燥时间缩短一半，制品色泽变化较小，干燥后的西洋参品质状况与真空冷冻干燥西洋参的总皂苷和含水率相比非常接近。3.3 真空冷冻干燥技术真空冷冻干燥简称冻干，是指物料经完全冻结，并在一定的真空条件下使冰晶升华，从而达到低温脱水的目的。中草药真空冷冻干燥大致包括预处理、冷冻干燥(预冻、升华干燥、解析干燥)、包装、贮藏等几工艺流程。真空冷冻干燥装置如图所示。要完成冻结并直接由固相转变为气相，温度和压力至少要控制在水的三相点(0，610.5Pa ) 以下，干燥过程在低温下进行，可有效地防止热敏性物质的氧化变性，获得色泽保真、有效成分损失少、性味浓厚的理想干燥产品。 中药在晾晒、风干以及饮片炮制加工过程中，植物蛋白、微生物、挥发油等有效成分会受到破坏。据统计，鲜品中药药效是干品中药的数倍至数十倍。同时，中药饮片还易受运输、仓储、保存等因素的影响，不仅降低了中医的临床疗效，也使以饮片为原材料的中成药的质量受到影响。而冻干技术用于中药材的新型加工及活性保鲜，可最大限度地保存药用有效成分的活性，较好地保持药材的外观品质、颜色、气味，脱水彻底，保存性好，拥有其他干燥技术无可比拟的优越性。王启发等人对蜂花粉进行冻干加工，并对冻干前后蜂花粉的活性进行检测，结果发现与常规干燥方法相比，冻干蜂花粉的活性丧失率大大降低。马齐等研究了鹿茸的低温冷冻干燥可最大限度地保持鹿茸的活性营养成分，使形、色、味基本保持不变，优于微波、远红外加工方法，既缩短加工周期保证鹿茸质量又能规范化操作便于控制技术指标。冻干技术除用于中药材的加工与保鲜外，还用于现代中药、西药制剂及生物药品的生产，产品剂量准确，复溶性及制剂稳定性好。真空冷冻干燥的主要缺点是设备的投资和运转费用高，冻干时间长，运行成本高，缺少在线快速检测水分的手段，干燥终点的判断还比较困难。但由于冻干后的中药材保证了品质，提高了自身的价值，所以干燥成本高还是可以被接受的。真空冷冻干燥可用于三七、山药、灵芝、冬虫夏草、鹿茸、黄芪、川芎、黄芩、生苦参、女贞子、五倍子、牡丹皮、大黄、天麻和金银花等中药材的干燥，特别适合中药提取物的干燥。3.4 热泵干燥热泵干燥是依靠干燥室内热空气与被干物料间的对流换热，使空气加热湿物料并吸收物料蒸发的水分以达到干燥的目的。热泵干燥和常规热风干燥的基本原理和干燥介质基本相同，主要区别是湿空气的去湿方法不同，热泵干燥主要依靠空调制冷的原理使空气中水分冷凝来降低干燥室内空气的湿度，空气在干燥室与热泵干燥机之间为闭式循环，基本上不排气。与其它干燥方法相比，热泵干燥具有节约能源、产品品质高、环境污染小、干燥范围广、能量利用率高，运行费用低的优点!缺点是干燥过程强化，虽然热泵干燥的干燥温度一般较低，有利于保持产品质量，但干燥温度低时干燥速率下降，导致干燥周期较长。同时干燥规模小，设备维护要求较高，投资大。 前景： 我国中药材资源丰富，因其具有广泛而独特的疗效受到了全世界的关注，但由于干燥技术跟不上，直接影响着制品品质和企业的竞争力。目前，我国中药生产厂家的中药材干燥中存在的问题：干燥方法选择不当、干燥标准体系缺失、干燥过程操作不合理。要解决这些问题，可从以下几个方面入手:1、对中药材的干燥特性进行系统研究，以确定最佳干燥工艺参数获得最佳干燥效果，提高成品质量。2、在中药生产中从实际出发，依据物料的性质和生产条件等因素综合考虑，针对不同的中药材选择合适的干燥技术和设备，深入研究干燥设备，使其向着多功能、低耗能、自动化以及更适合中药工业化生产的方向发展。3、现代中药产业化已成为我国经济发展的战略性发展计划，而要实现中药生产的现代化，必须科学合理地继承传统的中药生产工艺，同时针对不同中药的特点，开发最合理的干燥方法及工艺。4、我国中草药干燥必将逐步走向规范化、法制化、标准化，建立与国际接轨并符合中国国情的中草药采后干燥体系。参考文献：1 桑迎迎， 周国燕， 王爱民， 曹斌宏.中药材干燥技术研究进展.中成药，2010,32（12）:2140-21442 张家春，林绍霞，罗文敏，张清海，何腾兵，林昌虎.中药才干燥技术现状及发展趋势.贵州科学，2013,31（2）：89-933 张璧光，谢拥群.国际干燥技术的最新研究状态与发展趋势.木材工业，2002,22（2）：5-74 史勇春，柴本银.中国干燥技术现状及发展趋势.干燥技术与设备，2006,4（3）：122-1305 王超，谭鹤群.我国干燥技术的研究进展及展望.农机化研究，2009，（12）：221-2276 黄勇.制药行业干燥技术与设备的简述及建议.应用交流，2005，（24）：30-34 7 任迪峰，毛志怀.我国中草药干燥的现状及发展趋势J.农业工程学报，2011,17(2):5-8 8 王元清，严建业，杨红艳，等喷雾干燥技术及其在中药制剂中的应用J.时珍国医国药，2005,16(2)：161-162. 9 刘 明，刘宏伟，邱德文，等.喷雾干燥技术在大果木姜子中的应用J. 时珍国医国药，2010,21(5):1276-1277 10 蔡 薇，韩 静，李 智.喷雾干燥技术在中药领域中的应用及进展J. 沈阳药科大学学报，2006,23(9):613-616 11 沈 岚，徐德生，冯 怡. 喷雾干燥技术制备微囊的研究进展J.中成药，2005,27(2):207-209 12 俞益芹，张焕新，唐劲松. 喷雾干燥法制备蜂胶微胶囊的研究J.食品工业科技，2010,31(1):301-306 13 杨 华.远红外技术及其在食品工业上的应用与展望J.包装与食品机械，2004,24(3):46-50 14 黄朝晖，张连学，王英平，等. 恒温热风和变温远红外干燥西洋参的对比研究J.特产研究，2002,(3):11-14 15 刘云宏，朱文学，马海乐. 金银花真空远红外辐射干燥动力学模型J.农业工程学报，2010,41(5):105-109 16 张代佳，修志龙，林新华，等.鲜人参的干燥方法对提取和分离人参皂苷成分的影响J. 中西医结合学报，2004,2(4):292-294 17 马梅芳，陈腾蛟.微波干燥灭菌技术在中药领域的应用进展J.中医药导报，2008,14(2):80-81 18 丁昌