浓缩与干燥

浓缩系指采用适当方法除去提取液中的部分溶剂，以提高药液浓度的过程。通过浓缩工艺操作，获得浓溶液，以便进一步制成一定规格的半成品或成品。常用的浓缩方法有蒸发、反渗透法、超滤法等，其中蒸发是最常用的方法。

1.蒸发

系指借加热作用使溶液中的溶剂气化并除去，从而提高溶液浓度的过程。蒸发的方式有两种:一种是自然蒸发，即溶液中的溶剂在低于沸点的情况下气化，溶剂的气化发生在溶液的表面，蒸发速度慢;另一种是沸腾蒸发，使溶剂在沸腾条件下气化，溶剂的气化不仅在溶液表面进行，且在溶液内部同时发生，故蒸发面积大、效率高。对于中药提取液的蒸发浓缩，应根据药液的性质和浓缩要求，选择适宜的方法和设备。

(1)常压蒸发系指溶液在一个大气压下进行蒸发的操作。常压蒸发浓缩速度慢、时间长，适用于有效成分耐热的药液浓缩，而对含热敏性成分的药液不适用。如果以水为溶剂的药液可采用敞口倾倒式夹层蒸发锅，以含乙醇等有机溶剂的药液应采用蒸馏装置。

(2)减压蒸发系指在密闭的蒸发器中，通过抽真空以降低其内部的压力，使浸出液的沸腾温度降低而进行的浓缩操作。由于溶液的沸点降低，能防止和减少热敏性物料分解，蒸发效率高，故适用于有效成分不耐热的浸出液的浓缩。减压蒸发能增大传热温度差，强化蒸发操作，并不断排除溶剂，有利于蒸发的顺利进行。同时，沸点降低，可利用低压蒸气或废气加热。但是，药液沸点降低，其气化潜热随之增大，在相同蒸发量的前提下，减压蒸发所消耗的能量比常压蒸发多。

(3)薄膜蒸发系指使浸出液在蒸发时形成薄膜状态，增加气化表面的方法。薄膜蒸发具有极大的气化表面，热量传播快而均匀，没有液体静压的影响，药液蒸发温度低、时间短、蒸发速率快，能较好地避免药物的过热现象，故适用于热敏性物料的处理，可连续操作并可缩短生产周期。薄膜蒸发器有多种类型，如升膜式蒸发器、降膜式蒸发器、刮板式蒸发器、离心薄膜蒸发器等。

(4)多效蒸发系指将两个或多个减压蒸发器并联形成的浓缩设备。操作时，药液进入减压蒸发器后，给第一个减压蒸发器提供加热蒸气，药液被加热后沸腾，所产生的二次蒸气通过管路通入第二个减压蒸发器中作为加热蒸气，这样可以形成两个减压蒸发器并联，称为双效蒸发器。同样有三个或多个蒸发器并联即可形成三效或多效蒸发器。多效蒸发器是节能型蒸发器，可节省能源，提高蒸发效率。按加料方式，多效蒸发器有4种类型:顺流式、逆流式、平流式和错流式。

2.影响浓缩效率的因素

沸腾蒸发浓缩的效率常以蒸发器的生产强度表示，即单位时间、单位传热面积上所蒸发的溶剂量，可用下式表示:

式中，U为蒸发器的生产强度;W为溶剂蒸发量;A为蒸发器的传热面积;K为蒸发器的传热总系数;r为二次蒸气的气化潜能;Δtm为加热蒸气的温度与溶液沸点之差。

由式2-3可知，生产强度与传热温度差及传热系数成正比，与蒸气二次的气化潜能成反比。

(1)传热温度差(Δtm)的影响蒸发过程中必须不断地向溶液供给热能，使溶剂获得足够的热能，溶剂分子才能摆脱分子间内聚力而气化。传热温度差是传热过程的推动力，因此影响传热温度差的因素均会影响浓缩的效率。Δtm的影响因素有:①提高加热蒸气的压力可以提高Δtm，但过高可能导致热敏性成分的破坏;②借助减压方法适当地降低冷凝器中二次蒸气的压力，可降低药液的沸点并提高Δtm，且及时地移去蒸发室中的二次蒸气，有利于蒸发过程的顺利进行;③溶液的黏度增加，其沸点逐渐升高，Δtm逐渐变小;④由于静压的影响，容器底部的药液沸点高于液面处的药液，Δtm较小，故采用沸腾蒸发以及控制适当液层深度加以改善。

(2)传热系数(K)的影响

式中，α0为管间蒸气冷凝传热膜系数;αi为管内溶液沸腾传热膜系数;Rw为管壁热阻;Rs为管内垢层热阻。

提高K值有助于提高蒸发效率。由式2-4可知，增大K值的主要途径是减少各部分的热阻。通常管壁热阻(Rw)很小，蒸气冷凝热阻在总热阻中占的比例不大，但应注意对不凝性气体的排除，否则其热阻也会增大。管内药液侧的垢层热阻(Rs)是影响K的重要因素，故要加强搅拌、定期除垢，还可从设备上加以改进。

3.浸膏的干燥

干燥(drying)系指利用热能除去含湿的固体物质或膏状物中所含的水分或其他溶剂，获得干燥物品的操作过程。干燥操作直接影响制剂的内在质量。在制剂生产中，不仅浸膏需要干燥以便进一步制成相应剂型，而且颗粒剂、片剂等剂型的制备中也会用到干燥。

(1)干燥的基本原理在干燥过程中，湿物料与热空气接触时，热空气将热能传至物料，这是一个传热过程;湿物料得到热量后，物料中的水分不断气化，并向空气中移动，这是一个传质过程。所以，物料的干燥是由热量的传递和质量的传递同时进行的过程，两者缺一不可。干燥过程的重要条件是必须具备传质和传热的推动力，湿物料表面蒸气压一定要大于干燥介质(空气)中蒸气的分压，压差越大，干燥过程进行得越迅速。

(2)干燥速率是在单位时间内，单位干燥面积上被干燥物料中水分的气化量。物料的干燥过程是气化的水分连续进行内部扩散和表面气化的过程，所以干燥速率取决于内部扩散和表面气化速度。因此，湿物料的干燥过程可分为两个阶段，即恒速阶段和降速阶段。在干燥初期，水分从物料内部扩散速率大于表面气化速率，此时表面水分的蒸气压恒定，表面气化的推动力保持不变，干燥速率主要取决于表面气化速率，出现恒速阶段;当干燥进行到一定程度时，由于物料内部水分扩散速率小于表面气化速率，物料表面没有足够的水分满足气化的需要，所以干燥速率降低，进入降速阶段。在恒速阶段，干燥速率与物料湿含量无关，而在降速阶段，干燥速率与物料湿含量近似成正比。干燥速率由恒速转为降速时的物料湿含量称为临界湿含量。

(3)物料中所含水分的性质物料中的水分按存在形式可分为结合水与非结合水，按能否干燥除去分为平衡水分与自由水分。

结合水与非结合水:结合水是存在于物料细小毛细管中和细胞中的水分。由于和物料结合紧密，结合水很难从物料中完全除去。非结合水是存在于物料表面的润湿水、物料孔隙中和粗大毛细管中的水分，与物料的结合能力弱，容易除去。

平衡水分与自由水分:物料与一定湿度、温度的空气接触时，将会发生排除水分或吸收水分的过程，直至物料表面所产生的蒸气压与同温度水的蒸气压相等为止，物料中的水分与空气中的水分处于动态平衡状态，此时物料中所含水分称为该空气状态下的平衡水分。平衡水分与物料的种类、空气状态有关。同一种物料，在不同的空气状态下的平衡水分不同;物料不同，在同一空气状态下的平衡水分也不同。干燥过程可除去的水分为自由水分，不能除去的为平衡水分。物料中所含的总水分为自由水分和平衡水分之和。

4.影响干燥的因素

(1)被干燥物料的性质湿物料的形状、大小、料层的厚薄、水分的结合方式等是影响干燥速率的主要因素。一般来说，物料呈结晶状、颗粒状、堆积薄者，比粉末状、膏状、堆积厚者干燥速率快。

(2)空气的温度、湿度和流速提高干燥空气的温度、减小湿度、增加热空气流速、增大蒸发表面积均能提高干燥速率。但应选择适宜干燥温度，以免有效成分被破坏。生产实践中，常采用生石灰、硅胶等吸湿剂减小空气湿度，或采用排风、鼓风装置等增加空气流速。但空气流速对干燥降速阶段几乎无影响。

(3)干燥速度与干燥方法干燥过程中，首先是物料表面液体蒸发，然后是内部水分逐渐扩散至表面继续蒸发，直至干燥完全。若干燥温度过高、速度过快，使表面水分迅速蒸发，致使表面粉粒黏着，甚至熔化结壳，可阻碍内部水分的扩散和蒸发，形成假干燥现象。

干燥方式与干燥速率也有较大关系。采用静态干燥法，温度只能逐渐升高，物料内部液体慢慢向表面扩散，干燥速率较低。采用动态干燥法，颗粒处于悬浮状态，大大增加其干燥面积，提高了干燥效率。

(4)干燥方法与设备中药浸膏的干燥通常采用常压干燥、减压干燥、喷雾干燥和冷冻干燥等方法，也可采用红外线干燥法、微波干燥法、吸湿干燥法等。

①常压干燥法:是将药材稠浸膏置于烘盘中，利用热的干燥气流使湿物料水分气化进行干燥的一种方法，简单易行。但干燥时间长，不适于热敏性药料的干燥，而且干燥后结块较难粉碎。常用设备有烘箱和烘房。②减压干燥法:亦称真空干燥，是在负压条件下进行干燥的一种方法。可减少空气对产品的影响，干燥温度较低，产品质地松脆易于粉碎，适用于热敏感药材浸出物的干燥。但生产能力小，劳动强度大。减压干燥效果决定于负压的高低(真空度)和被干燥物的堆积厚度。③喷雾干燥法:是将浸出液直接喷雾于干燥器内，使之与通入干燥器的热空气接触过程中，水分迅速气化，从而获得干粉或颗粒的方法。喷雾干燥法最大特点是物料的受热表面积大，传热传质迅速，水分蒸发极快，几秒钟内完成雾滴的干燥，而且雾滴温度大约为热空气的湿球温度(一般约为50℃左右)，特别适用于热敏性物料的干燥。此外，喷雾干燥的制品质地松脆，溶解性能好，且保持原来的色香味，但耗能较高，设备清洗繁琐。④冷冻干燥法:是将浸出液浓缩成一定浓度后预先冻结成固体，在低温减压条件下将水分直接升华除去的干燥方法。可避免有效成分因高热而分解变质，适用于极不耐热物品的干燥。干燥制品外观优良，质地疏松，加水后易于复溶，且含水量低，一般为1%～3%，有利于药品贮存。但冷冻工艺需特殊设备，耗能大，成本高。

实例2-3不同浓缩干燥方式下丹参提取物中丹参酮ⅡA和丹酚酸B的含量变化

【文献来源:曾令杰，李小燕.浓缩干燥对丹参提取液中丹参酮ⅡA和丹酚酸B的影响.广东药学院学报，2009，25(2):162～163】

浓缩及干燥方法:分别取1000mL的丹参提取液，一份在40℃减压浓缩到100mL，另一份在100℃恒温水浴锅中常压浓缩到100mL。留样后，将浓缩液混合，待干燥。其中常压干燥温度为100℃，减压干燥温度为45℃，得到干膏后，取样进行HPLC分析。结果见表2-15。

表2-15　不同浓缩干燥方式下丹参提取物中丹参酮ⅡA和丹酚酸B的含量变化