Dessication-Lyophilisation 2024 PDF

DESSICCATION-LYOPHILISATION Département de pharmacie, Faculté de Pharmacie d’ALGER 1  PLAN I. Définition de la dessiccation ; II. But de la dessiccation ; III. Les facteurs intervenants sur la vitesse de séchage; IV....

DESSICCATION-LYOPHILISATION Département de pharmacie, Faculté de Pharmacie d’ALGER 1  PLAN I. Définition de la dessiccation ; II. But de la dessiccation ; III. Les facteurs intervenants sur la vitesse de séchage; IV. Les méthodes de dessiccation; IV.1. La dessiccation par convection : IV.2. La dessiccation par conduction; IV.3. La dessiccation par rayonnement; IV.4.La dessiccation par lyophilisation; IV.5. La dessiccation par des déshydratants; V. Contrôle de la dessiccation; DR M.BENAISSA 2 i. Définition La dessiccation ou le séchage est l’opération qui a pour but d’éliminer par vaporisation un liquide volatil « eau » d’un corps non volatil «solide ou semi solide ». L’eau se trouve sous trois états dans la matière : DR M.BENAISSA 3  Eau de constitution ou « eau de cristallisation » liée chimiquement à la molécule et difficile à éliminer sans dénaturer le produit. Eau d’adsorption ou « eau mécanique » acquise à partir de l’humidité relative de l’air ambiant. Eau libre ou « eau de mouillage », ajoutée lors de la fabrication de certaines formes sèches : comprimés, granulés…………….. DR M.BENAISSA 4  Au cours d’une dessiccation, on cherche à éliminer uniquement l’eau libre et plus ou moins l’eau d’adsorption. L’eau de constitution n’est pas éliminée. DR M.BENAISSA 5  II. But de la dessiccation : Préparer des formes galéniques solides Assurer la conservation du PA en évitant toute altération : chimique (hydrolyse), microbienne (moisissure), physique (agglomération, polymorphisme, désagrégation des comprimés) Favoriser le broyage des solides Améliorer l’écoulement d’une poudre Améliorer l’homogénéité du mélange DR M.BENAISSA 6 III. Les facteurs intervenants sur la vitesse de séchage : La vitesse de séchage dépend de : 1.Vitesse d’évaporation de l’eau au niveau de la surface du solide « Ve » 2.Vitesse de migration de l’eau à l’intérieur du solide vers l’extérieur. « Vm» DR M.BENAISSA 7  Si Ve > Vm => Formation de croûte qui gênera l’évaporation  Si Ve ≤ Vm=> Dessiccation en profondeur (recommandée) DR M.BENAISSA 8 3. Humidité relative de l’air ambiant 4. Renouvellement d’air à la surface du solide 5. Surface du solide qui doit être aussi grande que possible, d’où l’intérêt de la division. 6. Pression : plus elle est basse plus on peut opérer à basse température 7. Quantité de calories fournies au cours de la dessiccation DR M.BENAISSA 9 IV. Les méthodes de dessiccation : Selon le mode de transfert de chaleur, on distingue plusieurs types de séchoirs dont le choix dépend de : La texture de la matière à traiter La sensibilité du produit à la chaleur et à l’oxygène de l’air Le degré de dessiccation à réaliser et dont va dépendre la conservation du produit. DR M.BENAISSA 10 IV.1. La dessiccation par convection : La convection est le transfert de chaleur par la circulation d’air chaud et sec. DR M.BENAISSA 11 IV.1.1. Etuves à température constante : Les poudres et granulés humides sont répartis sur des plateaux entre lesquels circule de l’air chaud Air chaud Air humide Etuve à température constante DR M.BENAISSA 12 IV.1.2. Séchoir à lit d’air fluidisé : Ce mode de séchage est rapide ( 30mn) et très efficace pour le séchage des poudres et des granulés. Le produit humide est placé dans un récipient clos et dont le fond perforé est traversé de bas en haut par de l’air chaud. Le courant d’air provoque un brassage de la masse humide jusqu’à dessiccation complète. DR M.BENAISSA 13 DR M.BENAISSA 14 Séchoir à lit d’air fluidisé DR M.BENAISSA 15  IV.1.3. Séchoir à dispersion ou Nébulisateur Ce sont des séchoirs pour solutions ou suspensions. Le séchage est assuré par nébulisation : dispersion de la substance à sécher en fines gouttelettes, dans un courant d’air très chaud (150°-200°C) qui les transforment instantanément en petits grains de poudres DR M.BENAISSA 16  Séchoir à dispersion DR M.BENAISSA 17  Avantages des nébulisateurs : Dessiccation très rapide (temps< 30 secondes) Obtention de grains poreux et de taille sphérique, appelés « Nébulisats » DR M.BENAISSA 18 IV.1.4. Séchoirs tunnels ou séchoirs à contre courant : DR M.BENAISSA 19  Avantages : Fonctionnement continu Dessiccation progressive DR M.BENAISSA 20  IV.2. La dessiccation par conduction / Séchoirs directs: La conduction est le transfert de la chaleur d’un corps à un autre corps, par contact direct. Elle est parfois associée à un fonctionnement sous vide, ce qui intéressant pour le séchage des matières sensibles à la chaleur et/ou à l’oxygène de l’air. DR M.BENAISSA 21 Armoire de séchage sous vide DR M.BENAISSA 22 IV.2.3. Séchoir rotatif sous vide: Séchoir rotatif incliné Séchoir rotatif incliné DR M.BENAISSA 23  Le produit humide est sans cesse remué dans le vide à l’intérieur du cylindre en rotation, qui est chauffé grâce à la circulation d’un fluide chaud dans sa double paroi. DR M.BENAISSA 24 IV.2.3.Séchoir à cylindres DR M.BENAISSA 25 Ce procédé permet le séchage direct des liquides. L’appareil est constitué d’un ou de plusieurs cylindres chauffés intérieurement (vapeur d’eau 140-150°C). Le liquide à sécher est répandu sur la surface cylindrique en rotation. L’eau s’évapore et il reste une pellicule de matière sèche qui est détachée à l’aide d’un racloire, puis pulvérisée. DR M.BENAISSA 26 IV.3. La dessiccation par rayonnement: Dans le spectre électromagnétique, les rayonnements diffèrent par leurs fréquences et leurs propriétés physicochimiques L’action thermique est prépondérante dans les domaines des rayonnements IR et des micro-ondes. Cette dessiccation est rapide et profonde, d’installation peu encombrante mais chère. DR M.BENAISSA 27  IV.3.1. Séchoir à rayonnement Infra Rouge : L’appareil est généralement une étuve ou un tunnel où une série de lampes à filament de tungstène, placées à ≈30 cm du produit, émettent des rayonnements IR Lampes IR DR M.BENAISSA 28 IV.3.2 Séchoir à micro-ondes : Les calories sont produites dans les produits polaires à constante diélectrique élevée tel que l’eau. Les récipients et l’air ambiant restent froids. DR M.BENAISSA 29 La lyophilisation ou cryodessiccation a été inventée en 1904 par des physiciens français. Ce n’est qu’en 1943, que le professeur Alexander Fleming proposa le terme lyophilisation. La lyophilisation est utilisée comme moyen de : Stabilisation de produits instables en milieu aqueux ;  Conservation de produits fragiles, de préparations aseptiques, de produits biologiques, etc. DR M.BENAISSA 30  Résultats : Le lyophilisat Produit sec, stable, actif, soluble et de bonne manipulation DR M.BENAISSA 31 IV.4.1. DEFINITION La lyophilisation ou cryodessiccation est une technique de séchage par sublimation de la glace de solutions, suspensions, tissus animaux ou végétaux préalablement congelés. Le produit obtenu est sec, poreux de reconstitution rapide et intégrale (lyophile). Ce procédé permet une excellente conservation des substances fragiles car la dessiccation est réalisée à basse température et à l’abri de l’action oxydante de l’air. DR M.BENAISSA 32 Les conditions du procédé : - basse température, - pression réduite, - absence de phase liquide éliminent en grande partie les facteurs d’altération et de dénaturation intervenant à des degrés divers dans les autres méthodes de dessiccation. Méthode de choix pour la dessiccation des produits thermolabiles et instables en milieu aqueux DR M.BENAISSA 33  IV.4.2. Principe de la méthode : La lyophilisation est une « dessiccation par sublimation » : l’eau du produit à dessécher préalablement transformée en glace est évaporée directement sans passage intermédiaire par l’état liquide. En résumé : LIQUIDE SOLIDE VAPEUR SOLIDE Congélation Sublimation. Condensation DR M.BENAISSA 34 Ceci repose sur le fait qu’en dessous d’une certaine pression 4,58 mmHg pour l’eau l’état liquide n’existe pas, il y’a alors deux phases : une solide et l’autre gazeuse. DR M.BENAISSA 35  1. Congélation Après chargement du produit à lyophiliser, un abaissement de la température pendant plusieurs heures permet de transformer l’eau en cristaux de glace. La température de congélation varie avec la nature du produit. Elle doit être précoce et rapide pour modifier au minimum la structure des produits et éviter leur dénaturation. DR M.BENAISSA 36  2. Le séchage primaire Correspond à la sublimation des cristaux de glace. C’est l’étape la plus longue et la plus onéreuse de l’opération. Il est donc nécessaire d’optimiser les paramètres opératoires pour réduire au maximum la durée de cette étape. L’augmentation de température se fait par palier croissant (par exemple de -40 à -20, de -20 à - 10, …) pour deux raisons : DR M.BENAISSA 37  Faire migrer les molécules d’eau dans la matière vers la surface pour pouvoir à nouveau les sublimer. Préserve également le produit des chocs thermiques. DR M.BENAISSA 38 3. Le séchage secondaire Correspond à l’élimination de l’eau résiduelle qui n’a pas été transformé en glace lors de la congélation. La durée de l’opération est souvent très courte (quelques heures). La désorption se produit après avoir chauffé le produit légèrement en dessus de la température ambiante (35 à 50°C). DR M.BENAISSA 39 Les paramètres influençant la lyophilisation sont : La température des étagères ; La pression dans la chambre de séchage ; Le temps (de congélation, de sublimation et de désorption) ; Les caractéristiques du produit (formulation, excipients, …) ; Le conditionnement (type, géométrie, volume de remplissage ; L’appareil (type de lyophilisateur, chargement, …). DR M.BENAISSA 40 DR M.BENAISSA 41 DR M.BENAISSA 42 Les excipients pouvant être ajouter à la formulation avant sa lyophilisation sont : - Les substances tampons : maintien d’un pH constant durant le cycle de lyophilisation et après reconstitution du produit ; - Les bioprotecteurs (cryoprotecteurs et lyoprotecteurs) ex : saccharose ; - Les substances de charge pour donner un aspect rigide et gonflé au lyophilisat ex : mannitol ; - - les modificateurs de la température de sublimation ex : dextran. DR M.BENAISSA 43 IV.4.6.Applications de la lyophilisation : Conservation des substances médicamenteuses fragiles, exemple: plasmas, sérums, vitamines… Conservation de la matière vivante, exemple : vaccins Conservation des produits dont le point de fusion est bas. exemple : lipides Conservation des produits instables en solution. exemples : antibiotiques, méthotrexate, thiopental… Fabrication des lyophilisats. exemple : LYOCS® DR M.BENAISSA 44 IV.5. La dessiccation par des déshydratants : Le séchage est effectué en général sous vide et à température ordinaire. La vapeur d’eau est retenue par un corps chimique avide d’eau appelé « déshydratant » Exemples : anhydride phosphorique P2O5, gel de silice (silicagel), H2SO4 , CaCl2……………… Tous les déshydratants ont une capacité d’absorption limitée, ils ne peuvent donc servir qu’à parfaire une dessiccation ou à déshydrater une substance peu riche en eau. DR M.BENAISSA 45 V. Contrôle de la dessiccation : Le contrôle de la dessiccation se fait par un dosage de l’humidité résiduelle dans le produit. Il existe de nombreuses méthodes parmi lesquelles : DR M.BENAISSA 46  Méthode gravimétrique ou par perte à la dessiccation : Pesée du produit avant et après passage dans l’étuve à 103°±2° C, ou grâce à une balance IR Méthode chimique : Elle permet le microdosage de tous les types d’eau dans le produit -y compris l’eau de cristallisation- à l’aide d’un réactif pyridine iodo-sulfureux de Karl Ficher. DR M.BENAISSA 47  Le contrôle de l’humidité est associé à un dosage du PA et des éventuels produits de dégradation. DR M.BENAISSA 48