O QUE É SECAR 

Bem-vindo ao Pharma Drama, o canal onde analisamos a ciência e os produtos de saúde. Nesse vídeo vou falar sobre um assunto seco – secar na verdade. Em primeiro lugar, veremos como e por que secamos materiais farmacêuticos e também discutiremos o processo pelo qual a água é removida. Vou tentar tornar o vídeo mais interessante do que assistir a tinta secar, embora seja basicamente disso que estamos falando. Então pegue algo molhado e vamos entrar nisso.

A secagem, caso você ainda não saiba, significa a retirada da água de um material ou objeto. Suponho que também se refira à remoção de qualquer líquido, não apenas água, mas a água é o solvente mais comumente usado em medicamentos. Há muitas coisas que podem precisar de secagem durante a fabricação farmacêutica – soluções, suspensões e sólidos úmidos sendo os mais comuns – e há muitas razões pelas quais podemos querer reduzir o teor de água. Os materiais secos costumam ser mais fáceis de manusear e movimentar do que os materiais úmidos, por exemplo, e a água pode ser uma espécie particularmente reativa, degradando medicamentos por meio de uma reação química chamada hidrólise. Além disso, muitos medicamentos têm prazo de validade de anos e a presença de água no produto pode causar todo tipo de problema, desde ajudar na mudança da forma polimórfica até permitir a contaminação por microorganismos.

E sobre esse assunto, devo observar aqui que, quando dizemos 'seco', não queremos dizer necessariamente teor de água zero. A maioria dos materiais, mesmo aqueles que percebemos como secos, contém uma quantidade apreciável de água. Como humanos, somos cerca de 70% de água e até mesmo uma mesa de madeira terá cerca de 10-20% de água). Se enxugássemos as coisas completamente (para que ficassem "secas"), acabaríamos com pós finos, e geralmente não queremos isso. Assim, secamos os materiais até um ponto em que fiquem estáveis ​​durante o armazenamento, mas ainda tenham propriedades mecânicas adequadas.

Toda a água não é igual, no entanto; também precisamos nos preocupar com a localização da água em nosso material. A maioria das pessoas imagina que quando um material está molhado ele tem água em sua superfície, e isso é correto. Chamamos isso de água livre (ou, se você preferir uma definição mais técnica, água livre é a água que pode exercer toda a sua pressão de vapor – em outras palavras, ela está assentada na superfície de um material, mas não interage com ele). Mas a água também pode ser encontrada escondida mais profundamente dentro de um material – por exemplo, pode ser encontrada em capilares ou espaços vazios (chamamos isso de água ligada, porque não pode exercer sua pressão total de vapor), dentro de células (é onde a água está localizado em madeira, e é por isso que a mesa seca que mencionei anteriormente ainda tem um teor de água bastante alto) e pode até fazer parte de uma estrutura cristalina se o material for um hidrato. Acho que você pode imaginar que quanto mais fortemente a água interage com um material, mais difícil é removê-lo. Portanto, se derramarmos água em uma mesa, podemos removê-la com relativa facilidade (é água livre, lembre-se) sem remover a água intracelular (que é muito mais difícil de extrair e, de qualquer forma, transformaria a mesa em pó).

Como então secamos um material? É fácil pensar que devemos aquecê-la a cem graus centígrados, porque é a temperatura em que a água ferve, mas na realidade podemos retirar água a temperaturas muito mais baixas. Se isso parece surpreendente para você, pense no que aconteceria se você saísse do chuveiro e percebesse que não tinha uma toalha à mão. Você ferveria até secar ou secaria naturalmente em um pequeno período de tempo? Exatamente, você iria secar lentamente ao longo do tempo enquanto a água evapora de sua pele. E por que ocorre a evaporação, ouço você perguntar? É porque quando dois materiais estão em contato, qualquer água presente se distribuirá entre os dois materiais até que uma posição de equilíbrio seja alcançada. Neste ponto, chamado de teor de umidade de equilíbrio, a água não se moverá mais de um material para o outro. Quando você sai do chuveiro, um dos materiais molhados é você e o outro é o ar da sala ao seu redor. Como o ar pode acomodar uma grande quantidade de água, parte da água evaporará de você para o ar, aumentando a umidade. Quando o equilíbrio for alcançado entre você e o ar, a evaporação irá parar e qualquer água que restar em você permanecerá em você. Esta é a razão pela qual você não pode se secar totalmente em uma sala muito úmida (e também é por isso que você ficará mais molhado se entrar em um ambiente úmido - parte da água do ar condensa em você, também para atingir uma posição de equilíbrio). Quando o equilíbrio for alcançado entre você e o ar, a evaporação irá parar e qualquer água que restar em você permanecerá em você. Esta é a razão pela qual você não pode se secar totalmente em uma sala muito úmida (e também é por isso que você ficará mais molhado se entrar em um ambiente úmido - parte da água do ar condensa em você, também para atingir uma posição de equilíbrio). Quando o equilíbrio for alcançado entre você e o ar, a evaporação irá parar e qualquer água que restar em você permanecerá em você. Esta é a razão pela qual você não pode se secar totalmente em uma sala muito úmida (e também é por isso que você ficará mais molhado se entrar em um ambiente úmido - parte da água do ar condensa em você, também para atingir uma posição de equilíbrio).

A maioria dos métodos de secagem de materiais farmacêuticos funciona com o mesmo princípio – a água evapora de um material úmido para um material seco até que um teor de umidade de equilíbrio seja alcançado. Para secar um material, então, o ar ao seu redor é mantido seco. Isso forçará a evaporação da água da amostra que está sendo seca. A principal diferença entre você secar após um banho e um método de secagem, no entanto, é que um método de secagem substituirá continuamente o ar ao redor de uma amostra, mantendo baixo o teor de umidade do ar. Isso significa que um teor de umidade de equilíbrio nunca é alcançado e força a evaporação da água da amostra a continuar. Muitas vezes o ar é aquecido, porque o ar tem maior capacidade de absorver água quando está quente e porque o calor ajuda a acelerar a evaporação da água da amostra.

Isso ocorre porque precisamos que a amostra tenha algum teor de água para fornecer propriedades mecânicas adequadas, mas também porque a maioria dos produtos farmacêuticos não são armazenados em condições de secura completa - o ar ao redor de um produto armazenado conterá alguma umidade e, portanto, mesmo se Secamos nosso material a zero teor de água, ele absorverá água do ambiente durante o armazenamento para atingir um teor de umidade de equilíbrio. Assim, é uma perda de tempo e energia secar completamente um material se ele simplesmente absorver água posteriormente. Devo dizer, no entanto, que alguns produtos são muito sensíveis à presença de água e, nestes casos, encontrará um dessecante incluído no interior da embalagem. O dessecante está lá para absorver qualquer água do ambiente e manter a amostra seca,

Quando a água é removida por evaporação, chamamos de secagem convectiva. A secagem convectiva ocorre em quatro etapas, que descreverei para completar, para que você tenha uma ideia do mecanismo de secagem. Na tela aparece um gráfico do teor de água de uma amostra em função do tempo de secagem. Quando começamos a secar, indicada pelo ponto vermelho no eixo y, a água evapora da amostra e o teor de água diminui. Nesta fase inicial, chamada de estágio um, a taxa de perda de água é linear porque a água está evaporando da superfície da amostra (a água livre que mencionei anteriormente). Eventualmente, no entanto, a taxa de perda de água começa a diminuir e se torna não linear – o ponto em que isso ocorre é o início do estágio dois e é conhecido como teor crítico de umidade. No estágio dois, a água ainda evapora da superfície da amostra, mas chega lá por capilares no material. Como leva tempo para a água se mover dos capilares para a superfície, essa é uma etapa limitante da velocidade e diminui a taxa de perda de água. No estágio três, a taxa de perda de água ainda está diminuindo, agora porque não há mais água na superfície do material e toda a evaporação ocorre diretamente de dentro dos capilares. Eventualmente, uma vez que o teor de água do material está em equilíbrio com a atmosfera circundante, a evaporação para e a amostra está em seu teor de umidade de equilíbrio, mostrado pelo estágio quatro. agora porque não há mais água na superfície do material e toda a evaporação ocorre diretamente de dentro dos capilares. Eventualmente, uma vez que o teor de água do material está em equilíbrio com a atmosfera circundante, a evaporação para e a amostra está em seu teor de umidade de equilíbrio, mostrado pelo estágio quatro. agora porque não há mais água na superfície do material e toda a evaporação ocorre diretamente de dentro dos capilares. Eventualmente, uma vez que o teor de água do material está em equilíbrio com a atmosfera circundante, a evaporação para e a amostra está em seu teor de umidade de equilíbrio, mostrado pelo estágio quatro.

Os principais métodos de secagem utilizados na indústria farmacêutica são a secagem em bandeja, a secagem em leito fluidizado, a secagem por pulverização e a liofilização. Destes, todos são baseados na evaporação (ou secagem por convecção), exceto a liofilização que é baseada na sublimação e que, como você pode imaginar pelo nome, não envolve calor. Em laboratórios químicos também é utilizada a secagem por micro-ondas (que é essencialmente colocar o material a ser seco em um forno de micro-ondas, assim como você pode aquecer alimentos em sua cozinha).

Não vou explicar os diferentes métodos de secagem aqui – tenho vídeos separados para cada método, cujos links estão na descrição abaixo. Mas o que vou dizer é que a escolha do método de secagem depende do tipo e quantidade de material a ser seco. Se o material for um sólido úmido, tipicamente um pó granulado úmido, então a secagem em bandeja ou em leito fluidizado é usada. Para pequenas massas de material (digamos, alguns quilos), a secagem em bandeja é melhor e para massas maiores, até várias centenas de quilos, é usada a secagem em leito fluidizado. Em escala comercial, então, a secagem em leito fluidizado é o método mais comum de secagem. Se o material for uma solução ou suspensão, então a secagem por pulverização ou a secagem por congelamento são usadas. Destes dois, a secagem por pulverização é o método mais comumente usado por muitas razões - é rápido, econômico e pode funcionar continuamente, por exemplo – e a liofilização é realmente usada apenas em circunstâncias especiais – se o material for particularmente sensível ao calor (se for um medicamento biológico ou vacina, por exemplo) ou se estiver sendo formulado como um pó para injeção. Vou explicar as razões para isso no vídeo sobre liofilização.

Então, para resumir; a secagem geralmente é obtida cercando sua amostra com ar seco e frequentemente quente. Isso força a água a evaporar no ar enquanto o sistema tenta alcançar uma posição de equilíbrio. Mudando constantemente o ar, podemos forçar a continuação da evaporação, secando o material. Os materiais não são secos até o teor de água zero, pois normalmente se transformariam em pó, mas até um ponto em que tenham boas propriedades mecânicas, mas sejam estáveis ​​no armazenamento. Como geralmente há água no ambiente ao redor de um produto, mesmo que tenha sido completamente seco, ele será re-molhado após o armazenamento para atingir um teor de umidade de equilíbrio. Se o produto for particularmente sensível à umidade, um dessecante será adicionado.

Se a sua amostra for um sólido úmido e houver apenas uma pequena quantidade dela, a secagem em bandeja ou a secagem por micro-ondas são usadas. Caso contrário, a secagem em leito fluidizado é o método ideal. Para soluções, a secagem por pulverização é usada, a menos que o material seja sensível ao calor, caso em que a secagem por congelamento é usada.