真空冷凍干燥法
是液態(tài)→固態(tài)→氣態(tài)的過程,。在凍干過程中,溶質顆粒之間的“液態(tài)橋”已被凍成“固態(tài)橋”,,兩顆粒間的相對位置已經被固定下來,,并且兩顆粒之間不存在氣
液界面的表面張力。隨著溶劑的不斷升華,,“固橋”不斷減少,,但兩顆粒之間的相對位置已不再發(fā)生變化,直至“固態(tài)橋”*消失,。
凍干的優(yōu)點
(和通常的干燥方法如曬干,、烘干、煮干,、噴霧干燥及真空干燥相比)
1 它是在低溫下干燥,,不使蛋白質產生變性,使微生物之類失去生物活力,。
2 由于是低溫干燥,,使物質中的揮發(fā)性成分和受熱變性的營養(yǎng)成分和芳香成分損失很小 。
3 在低溫干燥過程中,,微生物的生長和酶的作用幾乎無法進行,,能 地保持物質原來的性狀。
4 干燥后體積,、形狀基本不變,,復水性好。
5 因一般系真空下干燥,,氧氣極少,,使易氧化的物質得到了保護。
6 能除去物質中 95-99.5% 的水分 , 制品的保存期長,。
凍干技術的運用
1 生物制品,、藥品方面:如抗菌素,、抗毒素,、診斷用品和疫苗的保存,。
2 微生物和藻類方面:如各種細菌、酵母,、酵素,、原生動物、微細藻類等的長期保存等,。
3 生物標本,、生物組織方面:如制作各種動植物標本,干燥保存用于動物異種或同種移植的皮膚,、角膜,、骨骼、主動脈,、心瓣膜等邊緣組織,。
4 制作用于光學顯微鏡、電子掃描和透射顯微鏡的小組織片,。
5 食品的干燥方面:如咖啡,、茶葉、肉魚蛋類,、海藻,、水果、蔬菜,、調料,、豆腐、方便食品等,。
6 營養(yǎng)品及中草藥方面:如蜂王漿,、蜂蜜、花粉,、中草藥制劑等,。
7 超細微粉的制備方面:如制取 Al2O3、ZrO2,、TiO2,、Ba2Cu3O7~8、Ba2Ti9O20 等超細微粉,。
8 其他方面:如化工中的催化劑,,凍干后可提高催化效率 5~20 倍;將植物葉子,、土壤凍干保存,,用以研究土壤、肥料,、氣候對植物生長的影響及生長因子的作用,;潮濕的木制文物,、淹壞的書籍稿件等用凍干法干燥,能zui大限度地保持原狀等,。
水和溶液的性質,。
真空冷凍干燥的過程
預凍結
預凍是將溶液中的自由水固化,賦予產品干燥后與干燥前有相同的形態(tài),,防止抽空干燥時起泡,、濃縮、收縮和溶質移動等不可逆變化發(fā)生,。
溶液在凍結過程中,,需過冷到bing點以下,其內部產生晶核以后,,自由水才開始以純bing的形式結晶,,同時放出結晶熱,使其溫度上升到冰點,,隨著晶體的生長,,溶液濃度增加,當濃度到達共晶濃度,,溫度下降到共晶點以下時,,溶液就全部凍結。
凍干制品升華前,,必須凍結到一定的溫度,,這個溫度應設在制品的共溶點以下 10 至 20℃,如不經過預凍直接抽真空,,當壓力降到一定程度時,,液體就會被抽去。這種情況也叫蒸發(fā)
這種蒸汽叫做不飽和蒸汽,,如果制品凍結不實而抽真空,,液體中的氣體迅速逸出而起“沸騰”現(xiàn)象。制品如在“沸騰”中凍結,,有部分可能逸出瓶外,,引起藥物損失或使品表面凹凸不平。由此可見,,共溶點的溫度是保證產品正常干燥的zui安全的溫度,,只能比它低,不能高于共溶點溫度,。
升華干燥(一次干燥)
將凍結后的產品置于密閉的真空容器中加熱,,其冰晶就會升華成水蒸氣逸出而使產品脫水干燥。干燥是從外表面開始逐步向內推移的,冰晶升華后殘留下的空隙變成而后升華水蒸氣的逸出通道,。已干燥層和凍結部分的分界面(實際上是一薄層)稱為升華界面,。在生物制品干燥中,升華界面約以 1mm/h 的速度向內推進,。當全部冰晶去除時,,升華干燥就完成了,,此時可除去水分 90%左右,。制品中冰的升華是在升華界面處進行的。升華時所需要的熱量是由加熱設備(通過擱板)提供,,從擱板傳來的熱量由以下幾種途徑傳至產品的升華界面:固體的傳導,,輻射,氣體的對流,。
產品升華時受以下幾個溫度限制:
產品凍結部分的溫度應低于產品共溶點的溫度,。
產品干燥部分的溫度要低于其崩解溫度或容許的zui高溫度(不燒焦或性變)。
zui高擱板溫度,。
解析干燥(二次干燥)
第二階段干燥是將水以冰晶的形式除去的,,因此凍干層的溫度和升華界面的壓力都必須控制在產品共溶點(或崩解溫度)以下,才不致使 bing晶溶化,。但對于吸附水,,其吸附能量高,如果不提供足夠的能量,,水就不可能從吸附中解析出來,。因此,這一階段產品的溫度應足夠地高,,只要不超過允許的zui高溫度,,不燒毀產品和不造成產品過熱而變性就可。同時,,為了使解吸出來的水蒸氣有足夠的推動力逸出產品,,必須使產品內外形成較大的蒸汽壓差,因此這一階段箱體內要保持高真空,。第二階段干燥后,,產品殘余水分的含量一般可以控制在0.5%-4% 之間。
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