丙氨酰谷氨酰胺( alanylglutamine，Ala-Gln) 作
為谷氨酰胺的替代藥物，是一種靜脈營養(yǎng)注射
劑，其對燒傷、大手術(shù)和急慢性感染等嚴重代謝
疾?。?］、腸炎和放化療所致黏膜損害引起的腸道
功能不全、艾滋病和白血病等導(dǎo)致的免疫缺乏綜
合征等疾病具有良好的治療效果，并且對處于生
命危急時刻的病人及時補充該藥物，可顯著縮短
病人住院治療和*恢復(fù)的時間［2-4］。由于真空
冷凍干燥技術(shù)是高真空度零度以下，使樣品中的
水分由冰直接升華干燥的，因此能較好地維持熱
敏藥物的活性結(jié)構(gòu)，保存熱敏藥物的活性成分，
保持其生物活性和療效。另外，經(jīng)真空凍干的藥
品一般晶粒較小，溶解性較好。因此，為了提高
丙氨酰谷氨酰胺藥品的凍干效率，并保持其良好
的復(fù)溶性，通常利用真空冷凍干燥技術(shù)將藥品制
備成固體粉針劑保存［5-6］。
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冷凍干燥過程主要分為預(yù)凍、升華干燥和解析
干燥3 個步驟。在預(yù)凍方式上，丙氨酰谷氨酰胺此
前主要采用快凍降溫預(yù)凍方式。但快凍降溫預(yù)凍會
導(dǎo)致丙氨酰谷氨酰胺藥物形成玻璃態(tài)或晶體結(jié)晶度
不佳，容易包夾水分，即沒有實現(xiàn)真正意義上的zui大
凍結(jié)濃縮狀態(tài)。在升華干燥時，傳熱傳質(zhì)通道不暢，
水汽的流動阻力大，干燥效率低。同時，玻璃態(tài)藥品
和晶體缺陷較多的微晶中包夾的水分在解析干燥
時，也難以解吸。由此，導(dǎo)致整個干燥過程，干燥時
間長，干燥效率低。
為解決以上問題，我們對預(yù)凍環(huán)節(jié)采用多次變
溫退火預(yù)凍。并通過掃描電鏡、X-射線粉末衍射、差
示掃描量熱儀和熱重分析等實驗手段系統(tǒng)研究和比
較以上兩種不同預(yù)凍方式對丙氨酰谷氨酰胺溶液結(jié)
晶度和粒度的具體影響，為凍干工藝的改進優(yōu)化提
供實驗依據(jù)。
1 材料與儀器
實驗中所用丙氨酰谷氨酰胺重結(jié)晶標(biāo)準(zhǔn)樣品來
自海南靈康藥業(yè)集團有限公司。凍干前，配置30%
的丙氨酰谷氨酰胺溶液待用。實驗用水為去離
子水。
LYO － 0. 2 實驗用凍干機( 上海東富龍科技股
份有限公司) ，DSC1 差示掃描量熱儀( 瑞士Mettler-
Toledo 公司) ，TGA/DSC1 熱重分析儀( 瑞士Mettler-
Toledo 公司) ，Bruker D8 Advance X 射線粉末衍射儀
( 德國布魯克公司) 。
2 方法
2. 1 凍干工藝
LYO-0. 2 凍干機，降溫速率均為1. 5 ℃ ·
min － 1，升溫速率均為0. 5 ℃·min － 1。丙氨酰谷氨
酰胺樣品快速凍干時，預(yù)凍溫度為－ 45 ℃，維持5
h; 升華干燥的溫度為－ 35 ℃，維持13 h; 解析干燥
的溫度為30 ℃維持3 h。其退火凍干的預(yù)凍溫度為
－ 40 ℃，維持1 h; 退火至－ 6 ℃維持30 min，降至－
40 ℃維持5 h; 解析干燥的溫度為－ 5 ℃，維持13 h;
解析干燥的溫度為30 ℃，維持3 h。
2. 2 掃描電鏡( SEM) 的測定
掃描電鏡為FEI Quanta 450 場發(fā)射掃描電鏡，
樣品測定前預(yù)*行噴金處理20 s。
2. 3 X-射線粉末衍射( XＲD) 的測定
X-射線源為Cu 靶，陶瓷光管，步長為0. 02°，掃
描速度為4 °·min － 1，2
θ 角測試范圍為10 ～ 80 °。
2. 4 差示掃描量熱( DSC) 的測定
溫度和熱熔標(biāo)定采用標(biāo)樣銦( In) 和標(biāo)樣鋅
( Zn) 升溫過程中的單質(zhì)銦和單質(zhì)鋅的熔融( 均采用
外推起始溫度) 進行兩點標(biāo)定。標(biāo)定速率為10
℃·min － 1，液氮冷卻采用Cryofab 公司的液氮容器
控制。樣品沖洗氣體為高純度氮氣( 純度＞
99. 999%) ，流量20 mL·min － 1 保持不變。樣品量
為5 ～ 10 mg，采用瑞士Mettler-Toledo 公司的XS205
電子天平稱量，度± 0. 01 mg。
樣品皿為40 μL 標(biāo)準(zhǔn)液體鋁皿，用液固通用壓
機壓制。本實驗的測量溫度范圍為25 ～ 250 ℃。設(shè)
定的實驗程序為以30 ℃·min － 1 的速率從25 ℃升
溫至60 ℃，60 ℃恒溫10 min，再以10 ℃·min － 1 的
降溫速率降溫至25 ℃，zui終以5 ℃·min － 1 的升溫
速率，從25 ℃升溫至250 ℃進行數(shù)據(jù)采集。
分解溫度取吸熱峰的峰值溫度，熔融焓以熔融
峰的峰面積計。
2. 5 熱重分析( TGA) 的測定
樣品用量為5 ～ 15 mg。樣品皿為鉑坩堝。加
熱溫度范圍為50 ～ 800 ℃，升溫速率為10
℃·min － 1。選用氣氛為動態(tài)氮氣，氣體流速為2
0 mL·min － 1。
3 結(jié)果與討論
3. 1 從掃描電鏡結(jié)果分析預(yù)凍方式對丙氨酰谷氨
酰胺結(jié)晶度的影響
為研究預(yù)凍方式對丙氨酰谷氨酰胺凍干樣品形
態(tài)的影響，我們分析了快速降溫預(yù)凍和多次變溫退
火預(yù)凍再凍干所得樣品的掃描電鏡圖( 圖1) 。同時
選擇丙氨酰谷氨酰胺標(biāo)準(zhǔn)樣品即原料藥( 圖1A) 進
行對比分析。
圖1B 為快速降溫預(yù)凍凍干的丙氨酰谷氨酰胺
凍干樣品的掃描電鏡圖，發(fā)現(xiàn)快速降溫預(yù)凍再凍干
的樣品，晶體較丙氨酰谷氨酰胺標(biāo)準(zhǔn)樣品更細碎，顆
粒小，大顆粒的樣品較少，其原因是由于降溫速率較
快，導(dǎo)致短時間內(nèi)藥物分子的晶核形成較多，而晶體
生長時間較短，zui終丙氨酰谷氨酰胺分子形成了數(shù)
目眾多而體積細小的微晶［5］，甚至有玻璃態(tài)藥物存
在。所以丙氨酰谷氨酰胺凍干樣品粒度細小，結(jié)晶
度較低。圖1C 為多次變溫退火預(yù)凍再凍干的丙氨
酰谷氨酰胺凍干樣品的掃描電鏡圖，發(fā)現(xiàn)樣品經(jīng)多
次變溫退火預(yù)凍處理再凍干，樣品晶體粒度稍大。
溶液中的藥物經(jīng)過二次濃縮和重結(jié)晶，粒度大、晶形
和大小分布均勻。由于經(jīng)過多次變溫退火預(yù)凍處理
中國藥學(xué)雜志2016 年6 月第51 卷第11 期Chin Pharm J，2016 June，Vol. 51 No. 11 ·911·
后，晶體缺陷少，可以推測凍干樣品結(jié)晶程度要好。
3. 2 從X-射線衍射結(jié)果分析預(yù)凍方式對丙氨酰谷
氨酰胺結(jié)晶度的影響
為研究預(yù)凍方式對丙氨酰谷氨酰胺樣品結(jié)晶度
的影響，我們分別分析了快速降溫預(yù)凍和多次變溫
退火預(yù)凍后再凍干所得樣品的X-射線粉末衍射圖
譜。各樣品的相對結(jié)晶度通過衍射峰面積和衍射圖
譜總面積的比較獲得。選擇丙氨酰谷氨酰胺標(biāo)準(zhǔn)樣
品為參照樣。
丙氨酰谷氨酰胺標(biāo)準(zhǔn)樣品、快速降溫預(yù)凍凍
干樣品和多次變溫退火預(yù)凍凍干樣品XＲD 圖譜曲
線中各主要衍射峰的位置*重合，這說明3 種
丙氨酰谷氨酰胺樣品的晶型和成分也*一致
( 圖2) 。但是各丙氨酰谷氨酰胺樣品的結(jié)晶度卻
相差較大。
丙氨酰谷氨酰胺標(biāo)準(zhǔn)樣品XＲD 圖譜曲線中各
主要衍射峰峰形尖銳，曲線光滑，各峰區(qū)分明顯，重
疊度極小。特別是*主峰達4 500 counts。標(biāo)準(zhǔn)
樣品的相對結(jié)晶度為69. 03%。這說明該丙氨酰谷
氨酰胺樣品結(jié)晶度相對完好。
快速降溫預(yù)凍再凍干的丙氨酰谷氨酰胺樣品
XＲD 圖譜曲線中各主要衍射峰的位置盡管和參考
圖譜中的峰位置一致。但是*主峰僅1 500
counts，各峰高相對參照樣品的對應(yīng)衍射峰峰高也明
顯降低，約是標(biāo)準(zhǔn)樣品的對應(yīng)衍射峰峰高的33%。
該樣品的相對結(jié)晶度為36. 47%。這些結(jié)果說明，
這種方式凍干的丙氨酰谷氨酰胺樣品結(jié)晶度明顯降
低，晶體缺陷增加，無定形成分多。一般來講，結(jié)晶
度低、晶體缺陷多的樣品，容易包夾水分，水分升
華難。
先退火預(yù)凍再凍干的丙氨酰谷氨酰胺樣品
XＲD 圖譜曲線與丙氨酰谷氨酰胺標(biāo)準(zhǔn)樣品的XＲD
參照圖譜的各主要衍射峰位置也*一致。*主
峰為3 500 counts，各峰高相對標(biāo)準(zhǔn)樣品對應(yīng)衍射峰
也有降低，約是標(biāo)準(zhǔn)樣品的對應(yīng)衍射峰峰高的
78%。但是卻比快速降溫預(yù)凍再凍干的丙氨酰谷氨
酰胺樣品對應(yīng)XＲD 衍射峰要高得多。相對結(jié)晶度
為50. 18% 。這些實驗結(jié)果說明，多次變溫退火預(yù)
圖1 丙氨酰谷氨酰胺掃描電鏡圖( × 10 000)
A － 標(biāo)準(zhǔn)樣品; B － 快速降溫預(yù)凍凍干樣品; C － 多次變溫退火預(yù)凍凍干樣品
Fig. 1 SEM Pictures of alanylglutamine samples( × 10 000)
A － standard sample; B － freeze-dried sample following accelerated pre-freeze; C － freeze-dried sample following multi-step annealing pre-freeze
圖2 丙氨酰谷氨酰胺的XＲD 圖譜
Fig. 2 XＲD Spectrums of alanylglutamine samples
凍再凍干的丙氨酰谷氨酰胺樣品結(jié)晶度雖然沒有標(biāo)
準(zhǔn)樣品好，但顯然比快速降溫預(yù)凍凍干的樣品結(jié)晶
好得多，顆粒大，晶體缺陷少。顯然多次變溫退火預(yù)
凍再凍干的樣品純度高，質(zhì)量更優(yōu)，水分升華速度
快，干燥效率高。
由此可見，通過改變預(yù)凍方式提高丙氨酰谷氨
酰胺溶液中樣品的結(jié)晶度和粒度，可以減小凍干過
程中水分的升華阻力，提高傳熱傳質(zhì)效率，zui終可以
提高干燥效率。可以推斷，改變預(yù)凍方式后，丙氨酰
谷氨酰胺結(jié)晶度和粒度提高，水結(jié)晶度也提高，能量
代謝好，凍干效率高。在相同凍干條件下，凍干機承
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載的丙氨酰谷氨酰胺藥品濃度和體積可以大大增
加，產(chǎn)量也會得到提升?？梢?，丙氨酰谷氨酰胺的高
效節(jié)能凍干工藝，不僅提高了樣品的質(zhì)量和效益，而
且節(jié)約了成本。這為氨酰谷氨酰胺生產(chǎn)節(jié)能降耗解
決了關(guān)鍵性問題。
3. 3 從熱重結(jié)果分析預(yù)凍方式對丙氨酰谷氨酰胺
結(jié)晶度的影響
丙氨酰谷氨酰胺標(biāo)準(zhǔn)樣品( 圖3A) 、丙氨酰谷
氨酰胺快速預(yù)凍再凍干樣品( 圖3B) 和丙氨酰谷氨
酰胺退火預(yù)凍再凍干樣品( 圖3C) 的熱重分析曲線
可反映不同丙氨酰谷氨酰胺樣品在50 到800 ℃內(nèi)
的質(zhì)量變化情況。3 種樣品在100 ℃附近均無明顯
失重，說明標(biāo)準(zhǔn)樣品及相關(guān)凍干樣品中的水分含量
較低。
觀察丙氨酰谷氨酰胺標(biāo)準(zhǔn)樣品的熱重測定曲
線，可看到丙氨酰谷氨酰胺標(biāo)準(zhǔn)樣品有兩個失重臺
階，用外推法求得兩次失重的起始溫度分別為
210. 35 和236. 35 ℃，直至800 ℃ 左右樣品基本上
不再失重。*次失重后，樣品剩余率為90. 92%，
第二次失重后，樣品剩余率為28. 72%。此圖說明
該樣品在210. 35 ℃左右開始發(fā)生熱分解。
然而，快速降溫預(yù)凍再凍干的丙氨酰谷酰胺的
熱重分析曲線( 圖3B) 顯示，樣品從199. 62 到
236. 46 ℃和從236. 46 到800 ℃分別有兩個失重過
程。*次失重后，樣品剩余率為85. 31%，第二次
失重后，樣品剩余率為28. 69%。其測定曲線與標(biāo)
準(zhǔn)樣品曲線的差別較大。究其原因可能是由于采用
快速降溫預(yù)凍再凍干易形成數(shù)目較多、顆粒細小的
藥物晶體，從而在*次失重過程中，較多小顆粒
圖3 丙氨酰谷氨酰胺的熱重分析曲線
A － 標(biāo)準(zhǔn)樣品; B － 快速降溫預(yù)凍凍干樣品; C － 多次變溫退火預(yù)凍凍干樣品
Fig. 3 TGA Curves of alanylglutamine samples
A － standard sample; B － freeze-dried sample following accelerated pre-freeze; C －
freeze-dried sample following multi-step annealing pre-freeze
且耐熱性較差的藥品晶體受熱分解。
多次變溫退火預(yù)凍后再凍干的丙氨酰谷氨酰胺
的熱重分析曲線( 圖3C) 顯示，樣品同樣存在兩個失
重臺階，分別為從212. 36 到235. 09 ℃和從235. 09
到800 ℃這兩個失重過程。*次失重后，樣品剩
余率為90. 30%，第二次失重后，樣品剩余率為
27. 90%。該樣品的失重起始溫度和樣品剩余率與
標(biāo)準(zhǔn)樣品一致，說明退火凍干后藥品的晶型和結(jié)構(gòu)
未發(fā)生較大程度的改變，且藥品具有較好結(jié)晶度和
熱穩(wěn)定性。
3. 4 從差示掃描量熱結(jié)果分析預(yù)凍方式對丙氨酰
谷氨酰胺結(jié)晶度的影響
我們把丙氨酰谷氨酰胺標(biāo)準(zhǔn)樣品作為參照，研
究分析了快速降溫預(yù)凍和多次變溫退火預(yù)凍方式對
丙氨酰谷氨酰胺樣品熱性質(zhì)的影響。
丙氨酰谷酰胺標(biāo)準(zhǔn)樣品的DSC 熱分析曲線( 圖
4A) 說明，丙氨酰谷氨酰胺標(biāo)準(zhǔn)樣品在50 到250 ℃
內(nèi)的受熱變化過程。在該過程中，直到210 ℃，幾乎
沒有明顯的變化。從210 ～ 230 ℃是一個丙氨酰谷
酰胺晶體的熔融和熱分解過程( 圖4) ，峰值溫度在
221. 25 ℃。此熔融溫度與《中國藥典》2010 年版二
部附錄ⅥC 表所記載丙氨酰谷酰胺熔點溫度( 214 ～
218 ℃) 基本一致。這證明丙氨酰谷氨酰胺標(biāo)準(zhǔn)樣
品結(jié)晶度和干燥度良好。
然而，快速降溫預(yù)凍再凍干的丙氨酰谷酰胺
DSC 熱分析曲線( 圖4B) 顯示，在152 ℃左右出現(xiàn)一
個非常明顯的放熱峰，可能對應(yīng)了有少部分細小無
定形樣品轉(zhuǎn)化為晶型樣品的相變過程，樣品結(jié)構(gòu)穩(wěn)
定性增大，勢能降低，因而放熱; zui后218. 28 和
224. 12 ℃ 分別對應(yīng)了兩個疊加的熔融分解峰。
圖4 氨酰谷氨酰胺的熱分析曲線
A － 標(biāo)準(zhǔn)樣品; B － 快速降溫預(yù)凍凍干樣品; C － 多次變溫退火預(yù)凍凍干樣品
Fig. 4 SC Curves of alanylglutamine samples
A － standard sample; B － freeze-dried sample following accelerated pre-freeze; C －
freeze-dried sample following multi-step annealing pre-freeze
中國藥學(xué)雜志2016 年6 月第51 卷第11 期Chin Pharm J，2016 June，Vol. 51 No. 11 ·913·
218. 28 ℃熔融分解峰對應(yīng)了結(jié)晶度不佳或晶粒細
碎樣品的熔融分解; 224. 12 ℃熔融分解峰對應(yīng)了結(jié)
晶度較好或晶粒較大樣品的熔融分解。
其曲線與上述的參照標(biāo)準(zhǔn)樣品曲線差別較大。
出現(xiàn)相變過程的原因有二: ①快速降溫預(yù)凍凍干的
丙氨酰谷氨酰胺，其溶液經(jīng)快速降溫預(yù)凍后凍干，丙
氨酰谷氨酰胺藥品的結(jié)晶過程遲于或與冰結(jié)晶過程
同時發(fā)生。冰晶的生長不僅阻止了丙氨酰谷氨酰胺
藥品結(jié)晶前的傳熱和傳質(zhì)過程，而且不利于丙氨酰
谷氨酰胺晶體的生長，即冰晶的生長會抑制和損傷
樣品的結(jié)晶，導(dǎo)致快速降溫預(yù)凍后再凍干的丙氨酰
谷氨酰胺樣品出現(xiàn)大量的碎晶、微晶和無定形體; ②
該過程預(yù)凍快，藥物晶體的成核時間和生長時間均
太短，不利于其晶核生長，因此樣品結(jié)晶度差，超細
無定形成分多。
多次變溫退火預(yù)凍再凍干的丙氨酰谷氨酰胺
DSC 熱分析曲線( 圖4C) 顯示，從50 到250 ℃內(nèi)除
了222. 00 ℃的單一熔融分解峰外，既沒有檢出反玻
璃化轉(zhuǎn)變過程，也沒有檢出樣品無定形態(tài)到晶型的
相變過程。這證明該樣品結(jié)晶度好，晶型單一，純度
高。原因是逐步多次變溫退火預(yù)凍后凍干的丙氨酰
谷氨酰胺樣品其溶液在多次變溫退火預(yù)凍過程中水
先成核、結(jié)晶和生長，丙氨酰谷氨酰胺藥品得到高度
濃縮，冰和藥液分離程度高［7］。當(dāng)再次降溫時，丙
氨酰谷氨酰胺藥品的結(jié)晶生長幾乎*不受冰晶的
影響，避免了冰晶生長對藥品結(jié)晶的損傷，提高樣品
品質(zhì)。因此，該方法制備的丙氨酰谷氨酰胺樣品結(jié)
晶度和粒度均良好，純度高。
3. 5 丙氨酰谷氨酰胺樣品凍干工藝優(yōu)化前后的效
果對比
多次變溫退火預(yù)凍對凍干工藝的優(yōu)化效果明
顯。優(yōu)化前，快速降溫預(yù)凍再凍干整個凍干過程約
為73 h; 優(yōu)化后，采用多次變溫退火預(yù)凍，凍干過程
僅為約40 h，凍干時間縮短23 h。這樣不僅節(jié)省了
能源，降低了成本，還提高了50% 的產(chǎn)量。在節(jié)能
方面，凍干工藝優(yōu)化后，年均節(jié)能212. 76 萬度，年均
碳排放量減少2 121. 22 噸。
4 結(jié)論
本實驗用掃描電鏡、X-射線粉末衍射、差示掃
描量熱和熱重分析，研究了快速降溫預(yù)凍和多次
變溫退火預(yù)凍兩種不同的預(yù)凍方式對丙氨酰谷氨
酰胺溶液凍干樣品結(jié)晶度和凍干工藝的影響。多
次變溫退火預(yù)凍較快速降溫預(yù)凍不僅有利于提高
丙氨酰谷氨酰胺的結(jié)晶度、粒度均一性和熱穩(wěn)定，
而且有利于減小凍干過程中水分的升華阻力，提
高傳熱傳質(zhì)效率，zui終提高冷凍干燥效率，從而起
到節(jié)能降耗的目的?？梢姡滨９劝滨０返念A(yù)
凍方式的改變，不僅可以提高了樣品的質(zhì)量和效
益，還節(jié)約了成本，并為氨酰谷氨酰胺生產(chǎn)節(jié)能降
耗解決了關(guān)鍵性問題。
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