Pharmacie: Dessiccation et Lyophilisation

Généralités sur la Dessiccation & Lyophilisation

• La dessiccation est une étape clé dans la préparation de substances actives et de formes pharmaceutiques.
• La méthode de dessiccation dépend de la nature et de la fragilité du produit.
• Une opération de séchage vise à éliminer un corps liquide volatil (eau ou alcool) d'un autre corps non volatil.

Définition

• Une opération de séchage consiste à éliminer un corps liquide volatil contenu dans un autre corps non volatil, par évaporation.
• En pharmacie, le produit à enlever est généralement de l'eau ou de l'alcool, et le corps à sécher est un solide divisé (poudres, granulés).

Intervention de la dessiccation

• La dessiccation intervient pour transformer un produit liquide en produit solide
• Elle permet d'éliminer l'eau, facteur d'instabilité et problématique pour la fabrication (écoulement des poudres, compression, dragéification).
• La dessiccation permet d'éliminer l'eau pour réduire le risque d'altération des produits (développement de micro-organismes et dégradation par réactions enzymatiques).

États de l'Eau

• L'eau peut se trouver sous trois formes dans un solide :

  • Eau de constitution ou de cristallisation : liée chimiquement à la substance, difficile à éliminer sans dénaturation. Exemple : lactose monohydraté (une molécule d'eau de cristallisation ajoutée à la molécule de lactose)
  • Eau d'adsorption ou eau mécanique : liée physiquement au solide, acquière une humidité en équilibre avec l'humidité de l'atmosphère.
  • Eau libre : ajoutée au solide, elle est exogène. Exemple : granulation par voie humide.

• L'opération de dessiccation vise à éliminer l'eau libre et l'eau d'adsorption, mais pas l'eau de constitution.

Théorie du Séchage

• L'apport d'air chaud diminue le taux d'humidité des solides divisés jusqu'à atteindre une limite à l'équilibre.
• La courbe de séchage est définie par le pourcentage d'évaporation en fonction du temps.
• Deux facteurs clés influencent le séchage:
  • Vitesse d'évaporation à la surface du solide
  • Vitesse de migration de l'eau de l'intérieur de la particule vers l'extérieur par capillarité

Phases du Séchage

• Mise en charge (ou mise en régime): augmentation rapide de la température de l'air chaud, entraînant une évaporation en % rapide.
• Evaporation constante: équilibre entre l'évaporation de surface et la migration de l'eau, température constante du solide.
• Evaporation lente: la surface n'est plus saturée en vapeur d'eau.

Procédés de Séchage

• Procédés utilisant l'air chaud:

  • Conduction: transfert de chaleur par contact d'une surface chauffée (ex : plateaux d'étuves).
  • Convection: transfert de chaleur par un fluide gazeux (air chaud).

• Etuves à température constante:

  • Avantages: facile réglage de la température uniforme, bonne ventilation
  • Inconvénients: occupent beaucoup d'espace, manutention importante et séchage long.

• Séchoirs par fluidisation:

  • Avantages: grand échangeur surface entre le granulé et l'air, vaporisation et rendement rapide.
  • Inconvénients: granulés pas trop humides, production de fines et risques d'explosion.

• Séchoirs continus (ou séchoirs à contre-courant ou séchoirs tunnels):

  • Avantages: fonctionnement en continu, rendement important, dessiccation progressive
  • Inconvénients: pas spécifiés.

Nébulisation

• La solution ou suspension à sécher est dispersée en fines gouttelettes dans un courant d'air très chaud (150-200°C).
• Transformation instantanée en poudre. (Atomisation)
• Permet de transformer des produits liquides et pâteux en produits secs (nébulisats).
• Intérêt pour les produits thermosensibles et sensibles à l'oxydation et l'hydrolyse.
• Utilisée en pharmacie pour les excipients et la fabrication d'extraits végétaux secs.

Procédé sous Vide

• Procédé utilisé pour les substances thermosensibles.
• L'abaissement de la pression permet d'opérer à température ambiante.
• L'utilisation de chaleur et de vide est parfois nécessaire pour rompre les liaisons eau-substrat.
• L'appareil statique le plus courant est l'armoire à vide.

Lyophilisation

• Méthode de dessiccation par sublimation de la glace.
• Pour des produits thermolabiles et/ou hydrolabiles
• Elle obtient un produit solide, friable et poreux et très avide d’eau, adapté à la réhydratation ou à la dissolution.

Principe de Lyophilisation

• La méthode consiste à congeler, puis à effectuer une sublimation de la glace obtenue, en transformant la glace directement en vapeur d'eau et en l'éliminant.

Théorie de la Lyophilisation

• Les corps purs existent sous trois états : solide, liquide et gazeux.
• Le passage d'un état à l'autre dépend de la température et de la pression.
• Le diagramme température/pression de l'eau présente un point triple.
• En dessous d'une certaine pression (4,58 mmHg), l'état liquide n'existe pas pour l'eau pure.
• La sublimation est possible.

Fonctionnement d'un Lyophilisateur

• Congélation totale: le produit est congelé.

• Sublimation: la glace se sublime directement en vapeur d'eau à basse pression.

• Déshydratation finale: élimination des traces d'eau.

• Enceinte A : Chambre de dessiccation refroidie (ex : -40°C) pour la congélation et la sublimation (ou évaporateur). Le vide dans la chambre permet la sublimation de la glace.

• Enceinte B : Condensateur à une température plus basse (-50°C) permet la condensation et le piégeage de la vapeur d'eau sous forme de glace.

Réalisation technique d'une lyophilisation

• La Congélation: étape critique, rapide pour stabiliser les substances périssables, conditionne l'aspect final du produit.

• Intérêt de chaque phase: La sublimation est délicate. Il faut préciser la température de la chambre de déshydratation, la température du condensateur et la puissance de la source de vide.

• Sublimation: La pression partielle des molécules d'eau dans l'atmosphère doit être plus faible que la tension de vapeur de la glace du produit. La température du produit doit être maintenue sous 0°C pour que le phénomène de sublimation se réalise. Les molécules d'eau sous forme de vapeur doivent être éliminées par pompage sur la surface refroidie du condenseur

• Déshydratation: Le produit est porté à une température supérieure (ex: +25°C pour les protéines) et soumis à une pression plus basse afin d’extraire l’eau résiduelle (surtout l’eau de surface). L'opération se termine lorsque le produit contient 1 à 2 % d'eau.

• Conservation: La conservation s'effectue sous vide ou sous azote pour éviter le contact avec l'oxygène et l’humidité de l'atmosphère.

• Paramètres de Contrôle: Les paramètres du cycle de lyophilisation (durée 24 à 48 heures) sont enregistrés pour un suivi continu.

Applications Pharmaceutiques

• La Lyophilisation est utilisée pour stabiliser et conserver des produits biologiques fragiles (dérivés du sang, extraits d'origine animale ou végétale), ainsi que des thérapeutiques (anti-inflammatoires, hormones, antibiotiques, vaccins, etc.).
• La lyophilisation est utilisée pour stabiliser et conserver les produits instables en solution. (ex : certains vaccins)

Testez vos connaissances sur les techniques de dessiccation et de lyophilisation en pharmacie. Ce quiz couvre les principes, procédés et caractéristiques associés à ces méthodes de séchage fondamentales pour les produits pharmaceutiques.