1.1.2. Атмосферная сублимационная сушка как способ получения тонкодисперсных фармацевтических порошков

Одним из способов снижения затрат на сублимационное обезвоживание является переход от условий вакуума к атмосферному давлению, что позволяет исключить из технологического процесса дорогостоящее и энергоемкое вакуумное оборудование, снизить эксплуатационные расходы. Вместе с тем качество продуктов, получаемых данным способом, не уступает высушенным ВСС.

Движущая сила при атмосферном давлении ниже, чем в условиях вакуума, однако может быть увеличена за счет конвекции воздуха [3]. Циркулирующий сухой воздух интенсифицирует тепло- и массоперенос из замороженного материала.

Основным преимуществом сублимационного оборудования, работающего при атмосферном давлении, является возможность создания непрерывнодействующих установок [13- 15].

Авторами [16, 17] был предложен и реализован способ атмосферной сублимационной сушки путем продувания сушильного агента через неподвижный слой пищевого продукта. Было отмечен более интенсивный тепло-, массоперенос в сравнении с вакуумной сублимационной сушкой, меньшее время протекания процесса.

В работе [13] описывается аналогичный способ атмосферного сублимационного обезвоживания тонкодисперсных порошков биопродуктов путем продувания неподвижного слоя, поверх которого устанавливается предохранительная сетка с диаметром ячеек, меньшим диаметра частиц продукта. Данный способ объединяет преимущества двух способов сушки – в псевдоожиженном и неподвижном слоях, что обеспечивает сушку весьма мелких частиц с минимальными потерями, интенсификацию тепломассообмена, равномерное обезвоживания слоя.

Автором [18] был экспериментально обоснован тот факт, что размер частиц высушиваемого продукта влияет на продолжительность процесса, т.е. чем меньше размер частиц и больше удельная поверхность, тем интенсивнее протекает процесс сублимационной сушки. В работе [18] приведены исследования атмосферной сублимационной сушки в псевдоожиженном слое.

В работе [14] была предложена установка для атмосферной сублимационной сушки с распылением. Аппарат представляет собой вертикальный сужающийся цилиндр, имеющий в своей верхней части распылительную форсунку, которая создаёт поток капель жидкости. Охлаждающий агент, посредством которого происходит замораживание и сушка, циркулирует во внешней рубашке. Готовый продукт сушки представляет собой мелкодисперсный порошок, который собирается в коллекторе в нижней части рабочей камеры. Данный аппарат предусматривает непрерывный процесс сушки, высокую производительность и низкие энергозатраты, а также препятствует прилипанию капель жидкости к стенкам рабочей камеры.

Малецки [19] исследовал процесс сублимационной сушки при атмосферном давлении в псевдоожиженном слое, применительно к распыляемым растворам начальных культур, белков и биопродуктов. Такой способ сушки сохраняет полезные биологические свойства высушиваемых веществ, и является экономически оправданным, так как окупает затраты на проведение процесса из- за высокой стоимости готового продукта.

Последние исследования ученых [20] показали, что для получения протеин насыщенных сухих порошков может быть применена распылительная сублимационная сушка, основное преимущество которой заключается в получении продукта высокой дисперсности (20-80 мкм). При этом качество продуктов высушенных данным способом по степени сохранения всех ценных свойств, активности ингредиентов, первоначальной структуры не уступает ВСС. Продукты обладают лучшей сыпучестью и морфологией, при этом отсутствует спекание продукта, так называемый “пирог”, характерный для ВСС полочного типа. Полученные таким образом порошки могут быть использованы для последующей микроинкапсуляции, прессования, пульмонального, эпидермального введения или для повышения растворимости плохорастворимых веществ.

Еще один из способов применяемый не так давно - атмосферная сублимационная сушка (АСС) в псевдоожиженном слое адсорбента [21]. Данный способ сочетает в себе следующие операции: адсорбцию, псевдоожижение и сублимацию при атмосферном давлении. В основе адсорбционной сублимационной сушки лежит использование адсорбента (например, силикагеля), который позволяет создать высокую движущую силу (разность парциальных давлений) при низких температурах. Адсорбент заменяет конденсатор и позволяет снизить стоимость процесса на 50% от общей стоимости классической сублимационной сушки. Несмотря на многие преимущества данного процесса, качество продуктов ниже в сравнении с продуктами, получаемыми классическим способом, что может быть связано с истиранием продукта, разрушением структуры и как следствие потерей ценных свойств. Сокращение затрат на процесс составляет 34% в сравнении с вакуумной сублимационной сушкой. Однако время процесса при этом увеличивается в 1-3 раза, т.к. при атмосферном давлении лимитирующей стадией процесса является массоперенос, что увеличивает длительность процесса.

В работе [22] авторами был проведен экспериментальный анализ атмосферной сублимационной сушки в аппарате кипящего слоя. На основе эксперимента было подтверждена возможность осуществления данного процесса для обезвоживания продуктов биологической природы, а также выявлены пути его интенсификации.

В работе [23] была предложена технология и соответствующее оборудование для замораживания растворов фармацевтических препаратов и/или жидких пищевых продуктов в виде микрочастиц для последующей сублимационной сушки при атмосферном давлении в активном гидродинамическом режиме. Данный способ применяется для обезвоживания протеин содержащих лекарственных препаратов (₁- интерферон, S-аденозил-L-метионин и т.п.), продуктов питания (молоко, апельсиновый сок, экстракт кофе, какао-пасты и т.п.), различных вспомогательных веществ-носителей, типа маннитола, глицина, мочевины, хлорида натрия и лактозы.

Таким образом, процесс распылительной сублимационной сушки в активном гидродинамическом режиме позволяет получить мелкодиперсные порошки (микро- и наноструктуры) термолабильных веществ, которые полностью сохраняют ценные биологические свойства. Полученные частицы имеют правильную форму и обладают высокой гигроскопичностью, что очень важно для плохорастворимых лекарственных средств [24].

На примере маннитола можно показать преимущества распылительной сублимационной сушки при атмосферном давлении. Продукт, высушенный данным методом, представляет собой мелкокристаллический, пористый порошок с хорошей степенью восстановимости в водных растворах.