微波技术在制药机械中的应用

微波技术在制药机械中的应用

由磁控管发射的波长在123mm,频率为245±50MHZ的微波在工、

农业方面的应用始于20世纪60年代。在这一波段内的微波不会妨

碍通信，5mW/cnf的泄漏量也不会伤害人体，在人们消除了这些疑

虑，铸躇了一段时间后，近儿年以来，作为一种新技术得到了广泛的

应用。

微波是一种能量形式，在介质中它可以转换成热量。水、脂肪、

蛋白质以及其它有机物质在微波场的作用下，其偶极子以微波的频率

作高速摆动，使杂乱无章运动的分子获得能量，介质的温度由此而升

高。微波加热为“体积加热”，介质的整个分子都处于加热状态，由

内向外传递热量，而常规的传导加热则是由外向内传导热量。在医药

产业，用微波辐射湿颗粒，可使颗粒内的水分子瞬时汽化，提高了颗

粒的空隙度；用微波辐射植物细胞，可使细胞壁内的体液被瞬间加热,

温度突然非平衡地上升到沸点，汽化并产生高压而导致细胞壁破裂；

用微波辐射微生物体，其体内极性分子在微波场的作用下产生强烈的

极性振荡，导致细胞分子间氢键断裂，细胞膜结构被击穿。微波加热

技术还可以应用于固体制剂工艺，可解决那些一直困扰着人们的课

题，如中药现代化进程中的破壁微粉碎、细胞破壁提取、粉体瞬时杀

菌，浓缩浸膏的连续干燥制粒等等问题。

图1表示微波加热时一，传热、结质方向一致；传导加热则相反。

图2表示微波加热和传导的加热的干燥速率对比。

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图1图2

本文综合国内外相关资料，结合我院在固体制剂制药机械方面的

科研成果，就微波技术在制药机械中的应用这一课题展开探讨。

一、在颗粒方面的应用

由于片剂、胶囊和颗粒等固体制剂具有给药方便、安全、能工业

化大规模生产等方面的优点，在以药物治疗为主的日常医疗事物中，

为首选剂型。口服固体制剂后，颗粒须经历崩解一溶解一吸收一入血

液一进入病灶等过程。人们希望药物颗粒能在预定的时间和部位，以

最短的时间崩解，以确保药效。

颗粒是主药和赋形剂等粉体的聚集体，是固体制剂的基本剂型。

除颗粒剂外，片剂、胶囊等剂型都需要先制粒，然后再压片和填充等。

颗粒的形状、粒度、粒径分布以及孔隙率等各项指标都将影响到药剂

的崩解，溶解，影响到成形性及强度。湿法制粒时，利用液体架桥力、

毛细管聚缩力等将粉粒团聚成颗粒，干燥后粉粒体之间形成孔隙，孔

隙度可由下式来描述

PA

£=1-PT

式中，£为孔隙率；PA为颗粒的表现密度；PT为颗粒的真密度。药

物颗粒为多孔型，其孔隙率在5%〜30%之间。颗粒的工艺参数，如液

体的饱合度、混合桨叶对物料的作用强度以及干燥方法等都将影响到

颗粒的孔隙率。

目前,我国湿法制粒的典型工艺是：湿法搅拌制粒一流化床干燥

一圆锥整粒机一压片或胶囊填充。该法制粒的特点是颗粒偏硬，孔隙

率小，粒径分布为呈双峰型。发达国家则米用“一锅法”制粒工艺，

用一台设备分步完成混合、制粒和真空干燥。干燥可采用微波加热方

式，调节真空度和微波辐射条件，可控制颗粒的孔隙率。真空微波干

燥的干燥速度快，加热温度低，这对热敏性药物极为有利。

图3是真空微波干燥搅拌制粒机

原理图，图4是该机型外形图。

压制片剂时，颗粒在压缩过程中须

经历重新排列一塑性变形一破粒一形

成新的界面一摩擦发热一在新的界面

上重结晶一形成固体桥，最终成为

■波/真空干・

均匀干缭电末SP型微波真空干燥设备

Aeromatic-Fieider的底部采用安装在一体锅底基的磁控电子管的微波真

蓼动GP灾通用处理机和空干燥机可提供快速易控干燥工艺.是获得

Coliene的顶•胆功

ULTIMA湿法造粒机与“高产■产品的最佳选择,特别适用于使用溶剂

波/亶空干微系统相组合

或要求高度密封的产品。由于不需加热.因此

庖高密册的制教一体机.

鼻空干爆使用气体改善解也适于热敏性产品.

加物廉的情逢过程.

ULTIMA的旋棘式制*修

在干爆过程中使产品♦慢混合特别适用于"♦性物料.

压缩体，即药片。用孔隙度高的颗粒压片，药片的孔隙致密，强度高,

崩解和溶解性也好。图5是颗粒的孔隙率与抗张强度的关系。图6是

颗粒孔隙率与溶解率之间的关系，横坐标表示溶解时间；纵坐标表示

溶解率；三条曲线分别代表不同孔隙率的颗粒。

图5

沸腾干燥是利用热风使颗粒流态化，传

一■6-7"046A

热后再将颗粒的湿分带走。也可用微波，口esc本。♦加WM.•

辐射沸腾床，让颗粒内部的水份向表面

迁移，再由气流带走。图7是热风+微

波干燥原理图。图8是热风+微波干燥

机的结构示意图。微波干燥的颗粒具有

疏松、复水性和溶解性好等优点。干燥

时，颗粒的含水隙越高，吸收IUMIX.及■水分（2禽

，力WT・

微波的能力越强，即使颗粒的含水率不同，也能实现均一速率的干燥。

图9是真空隧道微波干燥机原理图和设备外形图。可用于浸膏的

卜遗料机峋2-小射加足13■仪41X示与控制屏4-物科利4札蜘

5-物料收”如构6-千物科4♦出轨的7-AC*8-冷阶A•退，

图9

干燥制粒。由螺杆泵1将浸膏或浆料泵在聚四氟乙烯（玻璃增强）传

输带9上，由微波发生器2对物料辐射加热，再由破碎机5将干燥物

整成颗粒，最后由排出机构6排出。该机的干燥效率是传统方法的十

倍，用于食品颗粒干燥时，其组织状态接近于冷冻干燥，但运行成本

要小于冷冻干燥。

二、在微粉碎方面的应用

中药饮片粉碎打粉,直接入药的工艺至今仍占主要地位，据2000

版药典.，全药材粉末制剂品种有261个，占制剂品种的57.2%。植物

性中药的细胞大小约5〜60P其有效成分大多贮在细胞壁内，而细胞

壁可成为释药的屏障。试验表明，若将细胞壁破碎，使细胞质逸出，

其药效可提高1.5〜2倍。破壁后的微粉中药饮片可制成袋泡剂，用

开水浸泡10〜20分钟后即可服用，可取代已沿用了二千年之久的水

煎汤剂。

破壁微粉碎已成为当今中药界的热门课题。在传统的冲击型粉

碎机基础上，人们发展了振动磨，它利用介质球的高频振动来研磨药

材，产品细度可达到10口。利用文氏喷嘴加速空气的气流粉碎机，

将气流加速到超音速，用它来粉碎非纤维性的中药材，产品细度可达

5uo但作为一个工业化的生产设备以及制药行业GMP的特殊要求，

人们仍需努力。在提高单机生产能力、折装清洗方便、低能耗、重金

属超标、一台设备能粉碎不同的物料、同物料不同的细度等方面仍有

待发展。粉碎前，用微波辐射药材颗粒，可使细胞壁变得疏松或破裂,

它有利于中药的破壁微粉碎。可进一步提高冲击型粉碎机线速度，由

现在的110m/sec提高到150m/sec,解决好易损件耐磨问题。上述二

个方面的技术创新，有望成为粉碎设备新的亮点和经济增长点

三、在粉粒体杀菌方面的应用

随着消费者对食品安全和卫生性能要求的不断提高，国家对微

生物的管理也相应变得越来越严格。虽然颗粒剂、各种食品、调味料

等原料表面上的菌体不全都是有害的，但确存在着对原料颗粒污染的

可能性，杀菌就成为一个必要的加工手段。为达到杀菌的预期目的，

首先必须掌握微生物体的热特性和原料的热变性。利用微波辐射微生

物体，让体内极性分子

强烈振荡，击穿细胞膜

结构，以达到杀菌目的。

用微波杀菌，不会对蛋

白质、维生素造成损失,

也不会引起淀粉质的a

化和物料色变等，关键