您好, 歡迎來到化工儀器網(wǎng)
艾慕中試凍干機在凍干技術(shù)應(yīng)用
摘要：闡述凍干技術(shù)原理,、特點的基礎(chǔ)上， 分析評價凍干各個階段的影響因素,，對在凍干操作過程中凍干設(shè)備及凍干產(chǎn)品出現(xiàn)常見問題分析,，提出解決法。
中國論文網(wǎng) http://www.xzbu,。,。ｃｏｍ/1/view-6379665.htm
關(guān)鍵詞：凍干技術(shù);凍干曲線;凍干系統(tǒng)構(gòu)造;故障分析排除
Freeze-dryingtechnology applications andsolutionsFAQs
Zhong Yi-rong， Fan Qing-long,， Zhang Wei
?。↘anion Pharmaceutical Co.，Ltd,， Lianyungang 222001,， China）
Abstract：Freeze-dryingtechniquedescribedprinciples， characteristics,， based on the analysis ofthe various stages ofevaluationfactorslyophilizationprocessoffreeze-dryingoperationin thefreeze-drying equipmentandfreeze-driedproducts appearanalyzeFAQs,， propose solutions law.
Keywords：Freeze-drying technology， freeze-drying curve,， freeze-drying system structure,， fault analysis excluded
真空冷凍干燥（簡稱“凍干”）是指將含水物質(zhì)預(yù)先凍結(jié)成固態(tài)，然后在真空狀態(tài)下使其中的水從固態(tài)升華成氣態(tài),，以除去水分而保存物質(zhì)的方法,。凍干后的固體物質(zhì)呈多孔結(jié)構(gòu)，保持凍結(jié)時的體積,，加水極易溶解復(fù)原,。凍干過程是在低溫真空條件下進行，因此對于許多熱敏性,、易氧化的物質(zhì)特別適用,。凍干能除去95%～99%的水分，使干燥后的產(chǎn)品能長期保存而不變質(zhì)[1],。目前,， 凍干技術(shù)不僅用于血清、血漿、疫苗,、酶,、抗生素、激素等藥品以及食品的生產(chǎn),， 而且在對性質(zhì)不穩(wěn)定的化學(xué)藥品和中藥新劑型的研發(fā)中的應(yīng)用也越來越多,。本文在闡述凍干技術(shù)原理、特點的基礎(chǔ)上,， 分析評價凍干各個階段的影響因素,，對在凍干操作過程中凍干設(shè)備及凍干產(chǎn)品出現(xiàn)常見問題分析，提出解決方法,。
1.凍干技術(shù)的原理[2]
冷凍干燥的機理就是將需干燥的物料先行凍結(jié)至其共晶點以下,， 使得物料中的水分變成固態(tài)的冰， 然后在適當(dāng)?shù)恼婵窄h(huán)境下,， 通過加熱使冰直接升華為水蒸氣而除去,， 從而獲得干燥的制品。
凍干技術(shù)的原理可由水的三相平衡圖（ 見圖1 ）加以說明,。圖中溫度為0.01℃ ,， 壓力613.3 Pa 時的O點為三相點， 此點表明水以液體存在時的zui低大氣壓為613.3Pa,。當(dāng)壓力低于613.3Pa 時,， 水只能以冰或蒸汽存在。此時升溫,， 水只能從冰直接升華為水蒸汽。冷凍干燥就是在遠(yuǎn)低于該氣壓（高真空度）的環(huán)境里干燥水分的,， 一般只有在66 -133Pa 真空度和-25℃ 的條件下,， 才能保證冷凍干燥的順利進行。
2.凍干技術(shù)的特點
冷凍干燥與常規(guī)的曬干,、烘干,、煮干、噴霧干燥及真空干燥相比,，有許多突出的優(yōu)點：
A.冷凍干燥在低溫下進行,，因此在對于許多熱敏性的物質(zhì)特別適用。如蛋白質(zhì),、微生物之類,，不會發(fā)生變性或失去生物活力。
B.在凍干過程中,，微生物的生長和酶的作用無法進行,，因此能保持原來的性狀。
C.在低溫下干燥時，物質(zhì)中的一些揮發(fā)性成份和受熱變性的營養(yǎng)成分損失很小,，適合一些化學(xué)制品,、藥品和食品的干燥。
D.由于在凍結(jié)的狀態(tài)下進行干燥,，因此制品的體積,、形狀幾乎不變，保持了原來的結(jié)構(gòu),，不會發(fā)生濃縮現(xiàn)象,。干燥后的物質(zhì)疏松多孔，呈海綿狀,，加水后溶解迅速而*,，幾乎立即恢復(fù)原來的性狀。
E.在真空下進行干燥,，物料處于高度缺氧狀態(tài)下,，容易氧化的物質(zhì)得到了保護。
F.干燥能排除95-99%以上的水分,，使干燥后產(chǎn)品能長期保存而不變質(zhì),。
但是，凍干技術(shù)有其缺點,，如：過程工序復(fù)雜,、時間較長、設(shè)備造價高,、成本大,、耗能量大、工藝要求高等,。但是總體來講,，還是帶來的利益大于其比弊端。
3.凍干前處理工藝
對于不同的待凍干物料,，前處理的方法是不同的,。根據(jù)原料的特點采用相應(yīng)的處理方法：如果蔬的挑選、清洗,、去皮,、切分、燙漂,、冷卻等處理[3];藥物的培養(yǎng),、滅菌、分裝,、洗瓶,、半加塞等;食品原料的挑選,、清洗、切分,、滅酶,、分裝等。生物制品是有生命或有生物活性的物質(zhì),，在凍干前,，常常需要添加保護劑，以減少材料的低溫?fù)p傷和脫水損傷,。通常使用的保護劑包括蔗糖,、海藻糖、甘露醇,、山梨醇,、氨基酸、氯化鈉,、氫氧化鈉,、脫脂乳等。
為改善多孔層的穩(wěn)定性,，可在凍干前改善材料的熱機械性質(zhì),，如添加右旋糖酐、甘露醇等具有較高熱穩(wěn)定性的賦形劑[4],。
4.共晶點的測定
共晶點的測定有電阻測定法,、熱差分析測定法、凍干顯微鏡直接觀察,、數(shù)字公式計算測定[5],。標(biāo)準(zhǔn)的共晶點測量法是將一對白金電極浸入液體產(chǎn)品之中，并在產(chǎn)品中插一溫度計,，把它們冷卻到-40℃以下的低溫,，然后將凍結(jié)產(chǎn)品慢慢升溫。用惠斯頓電橋來測量其電阻,，當(dāng)發(fā)生電阻突然降低時，這時的溫度即為產(chǎn)品的共晶點,。電橋要用交流電供電,，因為直流電會發(fā)生電解作用，整個過程由儀表記錄,。此外,，還可以在預(yù)凍階段通過視窗來觀察制品性狀的變化來獲得共晶點。當(dāng)制品開始結(jié)冰的時候,，浸入制品中的電熱偶所探測到的溫度會突然回升,，這是因為結(jié)冰過程的放熱現(xiàn)象所造成的,。這時候所記錄的溫度就大致接近于共晶點溫度。在冷凍干燥的工藝中,， 共晶點是獲得凍干的臨界溫度,， 冷凍干燥必須在大大低于共晶點的溫度和壓力下進行，為保證物料*凍結(jié),，預(yù)凍溫度要比物料共晶點低5-10℃,。
5.冷凍干燥的一般過程
需要凍干的物品需配制成一定濃度的液體，為了能保證干燥后有一定的形狀,，一般凍干產(chǎn)品應(yīng)配制成含固體物質(zhì)濃度在4%～25%之間的稀溶液,，以濃度為10%～15%*。這種溶液中的水,，大部分是以分子的形式存在于溶液中的自由水;少部分是以分子吸附在固體物質(zhì)晶格間隙中或以氫鍵方式結(jié)合在一些極性基團上的結(jié)合水,。固定于生物體和細(xì)胞中的水，大部分是可以凍結(jié)和升華的自由水,，還有一部分不能凍結(jié),、很難除去的結(jié)合水。凍干就是在低溫,、真空環(huán)境中除卻物質(zhì)中的自由水和一部分的吸附于固體晶格間隙中的結(jié)合水,。因此，冷凍干燥過程一般分五步進行,，即預(yù)凍結(jié),、升華干燥（或稱*階段干燥）、解析干燥（或稱第二階段干燥）,、終點判斷、產(chǎn)品出柜,。
5.1制品的預(yù)凍結(jié)
這一階段主要是起固定作用,，以便干燥產(chǎn)品，它是極其關(guān)鍵的一步,，因為如果處理不當(dāng),，就會造成許多產(chǎn)品的成型問題或者質(zhì)量問題，因此,，要嚴(yán)格控制預(yù)凍的時間,、溫度及真空度，但是在實際生產(chǎn)中,，預(yù)凍過程往往不考慮真空度的影響因素,。預(yù)凍溫度一般采用是在凍結(jié)點也叫共晶點溫度以下5℃以內(nèi)，也可以在共晶點溫度以下10～15℃,，在這一過程中的溫度跳點就是合適的預(yù)凍溫度,。在溫度達(dá)到凍干溫度時,，要進行一段時間的保溫。預(yù)凍時間不固定,，一般在2-3h 可以*凍結(jié),，這要根據(jù)產(chǎn)品裝量、板層面積,、傳熱介質(zhì)的性質(zhì)來確定,。
5.2 制品的升華干燥
它是凍干的主要過程，主要是為了將物料中的冰升華,，但是要保證冰不溶化,，并且物料凍結(jié)點的飽和蒸汽壓高于冰周圍的水蒸氣。這就要求快速地移走產(chǎn)生的水蒸氣以及不斷補充升華所需要的熱量,，溫度和壓強成為這個過程中的主要影響因素,。首先是升華干燥時的溫度，此溫度應(yīng)該設(shè)定在共晶點以下,，共晶點附近升華速度zui快,。在升華過程中，產(chǎn)品固形物中干燥層與凍結(jié)層交界面會隨時間延長而慢慢下降,。當(dāng)干燥層與凍結(jié)層交界面消失（及凍結(jié)層消失）時,，此時產(chǎn)品溫度上升要比凍結(jié)層消失前明顯加快，根據(jù)產(chǎn)品生產(chǎn)工藝再延長數(shù)小時,，確保產(chǎn)品內(nèi)部凍結(jié)層全部消失,。
5.3 制品的解析干燥
物料中所有的冰晶升華干燥后會留下許多的空穴，但仍然會留有10%左右的未凍結(jié)水分,，我們說的解析干燥就是把這部分水分降低,，使其維持在2%左右，起到干燥物料的作用,。應(yīng)該根據(jù)產(chǎn)品性質(zhì)及成品要求的含水量來確定這一階段的zui高溫度,，但是可以適當(dāng)?shù)靥岣邷囟纫越档秃俊Ｔ谠俑稍镫A段需要適當(dāng)提高摻氣壓力,，使熱量得到傳導(dǎo),。為了加快干燥速度及縮短時間，可以當(dāng)制品溫度*達(dá)到導(dǎo)熱媒設(shè)定的溫度時再恢復(fù)高真空,。
5.4 凍干終點判斷
在實際操作時,，可根據(jù)下述現(xiàn)象來判斷解析干燥結(jié)束的時間：
（1）制品溫度與加熱擱板溫度基本趨于一致并保持一段時間,。
（2）干燥箱內(nèi)壓力與冷阱的壓力趨于一致并保持一段時間,。
?。?）干燥箱壓力,、冷阱溫度基本上恢復(fù)到設(shè)備空載時的指標(biāo)并保持一段時間。
?。?）關(guān)閉干燥箱與冷凝器之間的閥門時,，干燥箱真空度兩分鐘內(nèi)上升不超過5Pa（0.05mbar）時，即可判定凍干結(jié)束,。
5.5 凍干曲線的設(shè)計參數(shù)
凍干曲線有廣義和狹義之分,， 狹義的凍干曲線是指凍干箱板層溫度與時間的關(guān)系曲線。而廣義的凍干曲線是指在凍干過程中,， 產(chǎn)品溫度,、板層（擱板）溫度、冷凝器（冷阱）溫度,、真空度和時間作出的關(guān)系曲線見圖2 ,。一般以溫度、壓力為縱坐標(biāo),，時間為橫坐標(biāo),。只有對冷凍干燥過程的每一階段的各參數(shù)進行全面的控制，才能得到的產(chǎn)品,。凍干曲線不僅是手工操作凍干機的依據(jù),，也是自動控制凍干機操作的依據(jù)。
圖2 冷凍干燥曲線示意圖
艾慕中試凍干機及解決方案已輸送至國內(nèi)外幾千家用戶,，艾慕中試凍干機行業(yè)遙遙,，接下來艾慕將研制更多的設(shè)備（中試凍干機）服務(wù)生物基因行業(yè)，造福人類,。
相關(guān)中試凍干機產(chǎn)品推薦：
艾慕 FD5-8T 中試凍干機
