Freeze Dry คือ อะไร

ภญ. วนิดา จันทรเทพเทวัญ 
ส่วนวิจัยอุตสาหกรรม และผลิตภัณฑ์ธรรมชาติ
Freeze drying คือขบวนการที่ทำให้ สารที่เปียกแห้งได้โดยทำให้สารนั้นเย็นจนแข็งตัวและระเหยเอาน้ำแข็งออกไป
 
การทำให้แห้งแบบ Freeze - Drying นี้รู้จักกันมานานแล้ว แต่เพราะต้องเสียค่าใช้จ่ายสูงเนื่องจาก เครื่องมือราคาแพง เมื่อต้องใช้ระบบทำความเย็นจัดและเครื่องปั๊มที่มีประสิทธิภาพสูงสุดในการดูด ให้เป็นสูญญากาศ และการใช้ ที่ต้องการเทคนิคเฉพาะ รวมทั้งการดูแลรักษา จึงไม่ค่อยเป็นที่นิยมใช้ในระบบผลิตทั่ว ๆ ไป นอกจากผลิตภัณฑ์บางอย่าง เช่น Biological Substances หรือผลิตภัณฑ์ยาบางชนิด ซึ่งผลิตภัณฑ์ประเภทนี้ไม่สามารถทนต่อความร้อนสูง ที่ใช้กันในวิธีทำแห้งแบบทั่ว ๆ ไปได้ ผลิตภัณฑ์ที่ได้โดยวิธีนี้นั้นมี คุณสมบัติของสารที่มีการเปลี่ยน แปลงน้อยที่สุด สามารถคงตัวอยู่ได้นาน ณ อุณหภูมิห้อง และข้อดีที่สำคัญ คือสามารถนำกลับมาละลายน้ำ (reconstitute) ได้ง่ายมาก
 
ถ้าจะอธิบายให้ละเอียดมากขึ้น freeze drying ก็คือ การรักษาสภาพของสารที่เปียกหรือสารละลายในน้ำโดยผลิตภัณฑ์จะถูกทำให้เย็นจนแข็ง และอยู่ในบรรยากาศที่มีความชื้นต่ำ เกิดสภาวะน้ำแข็งระเหิด คือการเปลี่ยนจากสภาวะของแข็งเป็นสภาวะก๊าซ โดยไม่มีการละลาย และหลีกเลี่ยงการเปลี่ยนแปลงทางเคมี กายภาพ และเอ็นไซม์ และมักจะรวมกับการแห้งโดยวิธีอื่น มีการทำให้มีความชื้นต่ำ และการดูดบรรยากาศให้เป็นสูญญากาศ
 
Freeze - Drying แบ่งเป็น 3 ขบวนการ คือ

1. Pre-freezing
2. Primary drying
3. Secondary drying

PRE - FREEZING

เป็นการลดอุณหภูมิของสารเพื่อทำให้เกิดก้อนผลึกของน้ำก่อนทำ Primary Drying จะทำให้สารแข็งตัวใน Freeze - Dryer (internal freezing) หรืออาจให้แข็งตัวในภาชนะเฉพาะ( external freezing )
ซึ่งความหนาของสารที่เหมาะสมเพื่อให้ Freezing Time และ Drying Cycle สั้น คือประมาณ 10 มม. หรือ
ไม่ควรเกิน 15 มม.
 
การละลายที่เป็นน้ำ Freezing Point คือ 0 *C อาจจะมีปัญหาถ้าการละลายนั้น มีส่วนประกอบที่เป็น
น้ำตาลหรือเกลือ Sodium Chloride อุณหภูมิของ Freezing Point จะต้องต่ำลงไปอีกจาก 0 *C
 
การที่ต้องทำให้วัตถุแข็งตัวก็เพื่อที่จะยึดวัตถุนั้นให้อยู่ในสภาพ Solid Matrix เพื่อที่จะไม่ทำให้เกิด
ปฏิกิริยาทางเคมีหรือกายภาพ ในขณะที่น้ำถูกกำจัดให้หมดไป ผลิตภัณฑ์จะแข็งตัวอย่างสมบูรณ์เมื่ออุณหภูมิ
ลดต่ำลงถึง Eutectic Temperature ทั้งนี้ขึ้นอยู่กับชนิด และปริมาณของแต่ละ Component ในส่วนผสมของ
ผลิตภัณฑ์นั้น แต่โดยทั่วๆไป การลดอุณหภูมิที่ 40 *Cผลิตภัณฑ์แทบทุกชนิดจะแข็งตัว อย่างสมบูรณ์ภายใน
2-3 ชั่วโมง
 
PRIMARY DRYING
 
เป็นสภาวะระเหิด หรือการ Freeze - Drying โดยเฉพาะเพื่อดึงเอาน้ำแข็งออกจากผลิตภัณฑ์ เมื่อ 
Primary Drying เสร็จสมบูรณ์ น้ำแข็งจะละลายไปหมด และจะมีความชื้นหลงเหลืออยู่ ซึ่งผลิตภัณฑ์
ที่แห้งจะดูดความชื้นนั้นไว้จึงต้องเอาความชื้นนั้นออกโดยใช้ Secondary Drying
 
สิ่งที่แสดงว่า Primary Drying เสร็จสมบูรณ์คือ
1. รอยต่อของน้ำแข็งและการที่แห้งหมดไป (ถ้าภาชนะเป็นแก้ว จะสังเกตเห็น)
2. อุณหภูมิของการเพิ่มขึ้นไปจนถึงหรือใกล้กับสภาพแวดล้อม
3. ความดันของ Drying Chamber ใกล้ กับ Condenser Chamber
4. น้ำแข็งหรือความชื้นหายไปจากภาชนะบรรจุ ขณะที่อุณหภูมิไปถึงขีด

ถึงแม้ขบวนการ Primary Drying จะเสร็จสมบูรณ์แล้ว ก็มักจะให้เวลาของ Drying ต่อไปอีก 30 นาที 
หรือ 1 ชม. เพื่อให้แน่ใจว่าไม่มีน้ำหลงเหลืออยู่
 
สิ่งที่แสดงว่า Primary Drying ยังไม่เสร็จคือ
1. ภาชนะบรรจุเมื่อนำออกจากตู้แล้ว สัมผัสดูรู้สึก "เย็น"
2. สารที่แห้งจะหดตัวหรือสารละลายเป็นน้ำ

SECONDARY DRYING
 
เป็นขบวนการดูดความชื้นที่หลงเหลือจาก Primary Drying เพื่อลดปริมาณความชื้นจาก Primary Freeze 
- Drying เพื่อเพิ่มความคงตัวของสารที่มักจะมีความชื้นจาก Primary Freeze - Drying หลงเหลือ


เอกสารอ้างอิง

1. Terence W. G. Rowe F Inst P and John W snowman of Edwards High Vacuum CramleyEdwards Freeze - Drying Handbook, 1978
2. จตุพล แสงสุริยัน, การทำแห้งแบบ Freeze - Drying ในงานเตรียมยาฉีด Tc-99 m Radiapharmaceutical Kit