【共享】流化床操作经验

底喷流化床(Wurster)包衣工艺的实践
德固赛(中国)公司上海分公司药用树脂部

流化床包衣工艺越来越多地被用于药物制剂生产。近年笔者有机会与一些制剂公司同行协作进行流化床包衣操作，工作中碰到不少问题，也获得了不少经验。下面结合文献报道的研究成果，向初次接触流化床包衣操作的同行介绍一些流化床包衣操作的经验。

1，底喷流化床(Wurster)的结构

底喷流化床(Wurster)主要用于粒状制剂(颗粒、小丸和结晶等，以下统称为颗粒)的包衣。流化床的结构如图1的所示。
  
物料筒的底板由一层筛网和一块气体分布板组成。分布板中央区(正对导流管下面)有许多排列密集的较大圆孔，气体通过的阻力较小，所以气体流速较大，能带动颗粒快速向上运动。分布板外周有一些排列稀疏的小圆孔，气体通过的阻力较大，所以气体流速较小，只维持颗粒悬浮在分布板上面。扩散筒顶部有一片过滤网，阻挡颗粒随空气流外逸。
处于物料筒中央的颗粒随高速气流经导流管向上快速运动，进入倒锥形扩散筒后由于气体压力减小，便向四周散开，然后受重力作用，逆低速气流落入导流管外侧的物料筒内。这些落下的颗粒受到流经分布板外周小孔气流的上推力，处于悬浮状态。由于中央区空气流速较大，形成负压，吸引周边颗粒流向中央。下层颗粒被吸引到中央区，上层颗粒不断向下移动填补。颗粒就这样完成了一次循环运动。如此循环一次的时间大约数秒至数十秒。
实验室用流化床的负载量一般数百至一千克(还有更小的)，中试用流化床的负载量3至15公斤，生产车间用流化床的负载量30至100公斤(还有更大的)。


２，正常的流化状态

维持正常的流化状态是包衣操作成功的前提，正常的流化状态具有下列特点：
（１）颗粒快速流经导流管，向上达到尽可能的高度，但不触及顶部过滤网；
（２）导流管外侧的颗粒悬浮在底板上部，颗粒一层一层地不断向下移动，既无滞留，也不见剧烈“沸腾”。
（３）导流管中的颗粒密度既不稠密，也不稀疏。
  要达到上述要求，除了控制适当的进风流量，还需要注意下列两点：
（１）选择合适的空气分布板　底喷流化床应备有3－4块开孔不同的气体分布板。这些分布板的中央区小孔总面积与周边区小孔的总面积之比各不相同。当投料量、颗粒粒度和颗粒比重都比较大时，应选用周边小孔总面积相对较大的分布板，这样才能避免周边区颗粒滞留。如果更换其它所有分布板都不能消除外周颗粒滞留，作为权宜之计，可用胶布封住数个中央区小孔，使周边区气流增加，可消除颗粒滞留。相反，应选用周边小孔总面积相对较小的底板，必要时也可用胶布封住几个周边区小孔，不让周边区颗粒剧烈“沸腾”；这也可使流经导流管的颗粒升得更高。
（２）调节导流管下端与分布板的间距　调节导流管下端与分布板间距可控制进入导流管的颗粒数量。实验型设备的这一间距约为5－20毫米，生产型设备为15－40毫米。据文献报导，在一般正常的包衣过程中，导流管内颗粒所占的空间约为空筒内容积的1-5%。当然我们在实际工作中只能凭经验控制进入导流管的颗粒数量，但要了解颗粒数量多少的利弊关系。间距过小，进入导流管的颗粒稀疏，会使部分包衣液雾滴经颗粒间隙逃逸。缩小间距还会延长颗粒循环周期，减少循环次数，不利于均匀包衣。颗粒进入导流管并非每次都会遇到包衣液雾滴，而且相遇的概率只有百分之几，所以进入导流管的颗粒过多，会使大多数颗粒作无效运动，徒然遭到不必要的摩损，有时还会增加颗粒相互粘连的机会。此外，调节间距还可小幅度调节颗粒流化状态。比如遇到导流管外侧颗粒滞留不动时，增加间距，可促使滞留颗粒启动。因为增加间距，也就增加了导流管下面颗粒层的厚度，增大了阻力，逼使空气流向周边小孔。

３，选择合适操作参数

空气流量（进风量）
流动空气是驱动颗粒流化的动力，合适的空气流量使得颗粒保持正常流化状态。虽然空气同时还有热量交换和水分负载的任务，但一般不会因其它目的去改变空气流量，破坏正常流化状态。流化床的空气流量大致从50立方米/小时(实验用设备)至3500立方米/小时(60公斤装料量的生产设备)。空气流量以前用风门调节，现在大多用变频器调节。有的设备安装有风量计，能显示实际风量。

进风温度、湿度和物料温度
先举一个例子说明进出流化床空气的温度和湿度变化：室外引入的空气温度24℃，相对湿度50％，绝对湿度10g/kg，加热后升至45℃，相对湿度降到17％，绝对湿度不变；空气通过流化床，出风温度降至30℃，相对湿度上升至90％，绝对湿度提高到22g/kg。
室外空气的温度和湿度随季节和地区有很大差别。比如冬季某天的大气干球温度8℃，湿球温度5℃，露点1℃，相当于每公斤干空气含有4**；又比如夏季某天的大气干球温度26℃，湿球温度22℃，露点20℃，相当于每公斤干空气含有15**。显然，夏季空气的去湿能力不如冬天。
为了提高空气的去湿能力，取自室外的空气需要加热后再输入流化床。进风温度应使物料维持在所要求的温度。空气的去湿能力要保持适度：既要使包衣层表面不要过分潮湿，也不要过分干燥。空气去湿能力太弱，包衣层表面水分不易除去，只得减慢包衣液流量，延长包衣操作时间；空气去湿能力太强，包衣层表面过干，会影响包衣的质量(包衣层结构疏松，通透性增大)。在一般情况下，引入的空气都要加热，加热后温度比原来温度高5-10度，或更高。
物料温度一般控制在30-40℃，少数在25-30℃。包覆HPMC水溶液这类溶液性包衣液，大多采用较高温度。但有机性溶液不宜在高温条件下包衣，否则包衣液的损失较大。水分散体包衣(例如丙烯酸脂聚合物水分散体)，一般在较低温度下包衣，这样有利于获得致密的包衣层。
有人曾提出“固定干燥态”(“stationary drying phase”)的概念，他们对一个片剂包衣工艺建立了一组进风温度和片床温度的最佳对应关系，保证片面在包衣过程中既不过湿也不过干。如此条件下的出风湿度接近饱和。这一点启发我们：监视出风湿度对控制合适包衣条件也很有意义。

包衣液流量
包衣液喷雾速率不能太快，否则会使局部颗粒太湿，相互粘连。其实，颗粒粘连的主要原因不在于整体物料干燥不够充分，而是小部分颗粒经过喷雾区时接受了过多的包衣液。所以只提高进风温度，往往还不能显著提高喷液速率。
实验型设备的喷液速率大致在5－10g/分钟/kg物料，生产型设备(一支喷枪，投料量60kg)大致在6－12kg/小时。
控制包衣液流量是成功完全包衣工艺的关键。应从小流量开始，逐步增加流量。每次调整流量后，都要及时取样仔细观察颗粒有否粘连。一发现有颗粒粘连，要及时减少流量。

雾化气体压力
包衣液在高速空气作用下形成雾滴。雾滴大小与空气压力有关，还与液体流量有关。压力太小，不能让包衣液充份雾化，雾炬中可见到较粗液滴；反之，雾滴过细，会出现喷雾干燥，雾滴不能在颗粒表面很好铺展，影响成膜质量。
实验设备的合适喷雾气体压力为0.08-0.2mPa，生产设备为0.2-0.3mPa。

４，流化床包衣中常见的问题
静电
颗粒在流化床内不停运动，相互摩擦，有静电产生，导致颗粒相互吸引，也被筒壁吸附，颗粒不能正常流化。静电的出现反映颗粒己经比较干燥。用有机溶液包衣，或在北方干燥季节包衣更容易产生静电。提高进风相对湿度可有效消除静电。降低进风温度，适当增大包衣液的流量，都能增加相对湿度；启动增湿装置，直接增加空气湿度。

粘连
包衣过程中经常会有颗粒间相互粘连。这分两种现象：一是有2－3个颗粒相互粘连；二是有更多颗粒相互粘连，同时还可感觉到颗粒之间还未完全干透。造成前一种现象的原因多半是喷液太快；造成后一种现象的原因是有物料沾结在喷嘴上面，破坏了正常雾化，或是喷枪组件接缝渗出了少量包衣液。碰到前一种情况（而且不严重），及时停止喷液，继续流化，促使粘连颗粒解离，然后减少喷液量，继续包衣。碰到后一种情况，要立即停机，筛除粘连颗粒，找出原因，采取措施，然后才能继续包衣。

颗粒流动不畅
有时会出现正常流动的颗粒一会儿变得流动不畅的情况。这可能是颗粒太干，有静电产生，也可能是颗粒整体太湿，以致颗粒表面粘滞。解除的办法是增加或减少喷液速率。

堵*
堵*是指固形物堵塞喷嘴，包衣液输送受阻。解除的唯一的办法就是停机疏通喷嘴。包衣液经60目或80目筛预先过滤，可减少堵塞。含滑石粉之类不溶性固体的包衣液应在包衣过程中持续搅拌。使用超细滑石粉(1250目)可减少堵塞。

提高包衣速率
颗粒包衣一般需要喷雾大量包衣液，操作者总感到包衣耗时太长。包衣周期较长的主要原因是喷液速率不能加快。目前提高喷液速率的办法之一是使用多支(例如3支)喷枪。Glatt公司的流化床安装了HS附件，也能有效提高喷液速率。HS附件是一个套在喷枪外的不锈钢小圆筒，能阻挡颗粒与刚离开喷嘴的雾滴相接触，减少颗粒相互粘连的机会。Huttlin公司的双气流喷枪和专利上见到的类似喷枪都能有效提高喷液速率。

包衣操作的重现性
造成肠溶包衣和缓释包衣产物释放度批间差异有多种原因，而操作参数的变化是主要原因。好的设备应配备温度、湿度和流量等监测仪及控制系统，但国内现有的流化床大多还不够完善，大多还没有湿度计和风量计，更少有增湿/除湿装置。外界空气温湿度的变化对包衣质量有很大影响，为了使操作参数恒定，空气除湿/增湿机应是流化床的重要附属设备。此外，详细的操作参数记录和保存，建立数据库，也是实现规范操作，保证包衣操作的重现性的重要措施。

包衣质量的评价
产品质量的比较经常采用两种方法：一是用电镜检查包衣层表面是否平整光滑，观察包衣层横截面是否致密；二是测定和比较药物释放度曲线。