一、 什么是中試凍干機(jī)？
中試凍干機(jī)，顧名思義，是介于實(shí)驗(yàn)室小型凍干機(jī)與工業(yè)生產(chǎn)大型凍干機(jī)之間的過渡性、試驗(yàn)型設(shè)備。
定位： 它在產(chǎn)品研發(fā)和生產(chǎn)之間起到關(guān)鍵的“橋梁”作用。
核心目的： 工藝放大與優(yōu)化。將在實(shí)驗(yàn)室中成功的凍干工藝，在中試凍干機(jī)上進(jìn)行模擬和驗(yàn)證，為最終的大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)提供精確、可靠的數(shù)據(jù)和工藝參數(shù)。
簡單來說，如果實(shí)驗(yàn)室凍干機(jī)是“探路者”，工業(yè)生產(chǎn)凍干機(jī)是“大部隊(duì)”，那么中試凍干機(jī)就是負(fù)責(zé)“繪制精確行軍路線圖”的先遣隊(duì)。
二、 中試凍干機(jī)的核心系統(tǒng)組成
中試凍干機(jī)繼承了工業(yè)生產(chǎn)凍干機(jī)的主要系統(tǒng)，使其能夠模擬生產(chǎn)環(huán)境。主要包括：
1.干燥箱體：
用于放置物料的腔室，通常采用316L不銹鋼，內(nèi)壁鏡面拋光，易于清潔和滅菌。
中試凍干機(jī)的箱體通常配有觀察窗和照明燈，便于實(shí)時(shí)觀察物料的凍干狀態(tài)。
門的設(shè)計(jì)要求高，確保密封性，多數(shù)采用可蒸汽滅菌的快開門。
2.真空系統(tǒng)：
由真空泵和前級泵(羅茨泵) 組成，用于在干燥階段創(chuàng)造并維持所需的真空環(huán)境(通常可達(dá)10 Pa以下)。其抽速和能力遠(yuǎn)高于實(shí)驗(yàn)室設(shè)備。
3.制冷系統(tǒng)：
是凍干機(jī)的“心臟”。通過制冷劑循環(huán)，為冷凝器和擱板提供冷量。
擱板制冷是中試凍干機(jī)與許多實(shí)驗(yàn)室凍干機(jī)的重要區(qū)別。它可以使擱板主動(dòng)降溫，實(shí)現(xiàn)對物料的可控冷凍，這是工藝放大的關(guān)鍵一環(huán)。
4.加熱系統(tǒng)：
通過硅油或水在擱板內(nèi)部循環(huán)，提供精確、均勻的升溫控制，用于升華和解吸干燥階段的供熱。
5.冷凝器(捕水器)：
一個(gè)低溫的熱交換器，用于捕獲從物料中升華出來的水蒸氣，使其重新凝結(jié)成冰。中試凍干機(jī)的冷凝器通常位于干燥箱內(nèi)部(原位冷凝)或通過閥門與之相連。
其溫度和容量決定了捕水能力，是設(shè)備性能的關(guān)鍵指標(biāo)。
6.控制系統(tǒng)與數(shù)據(jù)采集：
這是中試凍干機(jī)的“大腦”。通常采用PLC(可編程邏輯控制器) 和HMI(人機(jī)界面觸摸屏)。
用戶可以編輯、存儲(chǔ)和運(yùn)行復(fù)雜的凍干程序(包括預(yù)凍、升華、解析等各個(gè)階段的溫度、真空度和時(shí)間設(shè)定)。
強(qiáng)大的數(shù)據(jù)記錄功能可以實(shí)時(shí)記錄并導(dǎo)出所有關(guān)鍵工藝參數(shù)(如物料溫度、擱板溫度、真空度、冷凝器溫度等)，為工藝分析和驗(yàn)證提供依據(jù)。
三、中試凍干的工作流程
其流程與生產(chǎn)凍干一致，主要包括三個(gè)階段：
1.預(yù)凍階段： 將物料在擱板上降溫，使其凝固成固態(tài)冰。中試凍干機(jī)可以精確控制降溫速率和最終溫度，這對形成理想的冰晶結(jié)構(gòu)至關(guān)重要。
2.初級干燥(升華干燥)： 在真空環(huán)境下，對擱板進(jìn)行緩慢升溫，提供升華熱，使冰直接升華為水蒸氣，并被冷凝器捕獲。此階段去除約90%以上的水分。
3.次級干燥(解析干燥)： 進(jìn)一步升高擱板溫度，打破物料中結(jié)合水的分子鍵，將其去除，使產(chǎn)品達(dá)到極低的最終含水量(通常<1%)。
四、中試凍干機(jī)的主要特點(diǎn)與優(yōu)勢
1.工藝放大與轉(zhuǎn)移： 核心功能，確保實(shí)驗(yàn)室的“配方”能順利轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定、可重復(fù)的“生產(chǎn)工藝”。
2.工藝優(yōu)化與探索： 可以系統(tǒng)地研究不同凍干參數(shù)(如降溫速率、退火工藝、升溫速率、真空控制等)對產(chǎn)品質(zhì)量(如外觀、復(fù)水性、活性成分保留率)的影響，從而找到更優(yōu)工藝。
3.數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)決策： 提供全面、精確的數(shù)據(jù)，用于撰寫藥品申報(bào)資料、進(jìn)行工藝驗(yàn)證(PQ)和解決未來生產(chǎn)中可能出現(xiàn)的問題。
4.可控性與重復(fù)性： 具備與生產(chǎn)型設(shè)備同等級別的控制精度和穩(wěn)定性，確保試驗(yàn)結(jié)果的可靠和可重復(fù)。
5.節(jié)省成本與降低風(fēng)險(xiǎn)： 在大規(guī)模投資生產(chǎn)設(shè)備之前，通過中試發(fā)現(xiàn)并解決潛在問題，避免因工藝不成熟而導(dǎo)致整批產(chǎn)品報(bào)廢的巨大損失。
五、主要應(yīng)用領(lǐng)域
中試凍干機(jī)廣泛應(yīng)用于對工藝要求苛刻的行業(yè)：
1.制藥行業(yè)： 抗生素、疫苗、蛋白質(zhì)、多肽、激素、酶、活菌制劑等生物制品的開發(fā)。
2.生物技術(shù)： 細(xì)胞、病毒、診斷試劑、干細(xì)胞相關(guān)產(chǎn)品的保存。
3.食品與保健品： 益生菌、燕窩、蟲草、高檔水果、咖啡萃取物的研發(fā)。
4.納米材料與化學(xué)： 納米分散體、脂質(zhì)體、膠體等材料的制備。
六、如何選擇一臺合適的中試凍干機(jī)？
選購時(shí)需考慮以下關(guān)鍵因素：
1.擱板面積與總裝量： 根據(jù)研發(fā)批次的需求確定，常見面積在0.5㎡ 到 2㎡ 之間。
2.擱板溫度和均一性： 寬泛的溫度范圍(如-55℃至+80℃)和優(yōu)異的擱板溫差(如±1℃)是工藝穩(wěn)定性的保證。
3.冷凝器溫度與捕水量： 冷凝器溫度越低(如<-55℃)，捕水能力越強(qiáng)，處理高含水物料的能力越好。
4.控制系統(tǒng)與軟件： 是否用戶友好？能否進(jìn)行復(fù)雜的程序編輯和全面的數(shù)據(jù)記錄與導(dǎo)出(符合GMP/GLP數(shù)據(jù)完整性要求)？
5.清潔與滅菌方式： 是否支持純蒸汽滅菌(SIP)或過氧化氫(VHP)滅菌？這對于無菌藥品生產(chǎn)至關(guān)重要。
6.CIP(在線清洗)功能： 是否配備自動(dòng)清洗系統(tǒng)，便于清潔。
7.品牌與服務(wù)： 供應(yīng)商的技術(shù)支持、售后服務(wù)、備件供應(yīng)能力是長期穩(wěn)定運(yùn)行的保障。
總結(jié)：
中試凍干機(jī)是現(xiàn)代凍干技術(shù)從實(shí)驗(yàn)室走向工業(yè)化的核心裝備。它不僅僅是一臺“更大”的凍干機(jī)，更是一個(gè)集成了精確控制、數(shù)據(jù)管理和工藝開發(fā)功能的綜合平臺。投資一臺性能優(yōu)良的中試凍干機(jī)，對于縮短研發(fā)周期、確保產(chǎn)品質(zhì)量、順利實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化具有至關(guān)重要的戰(zhàn)略意義。
