凍干工藝原理第一節(jié)冷凍枯燥的原理一、凍干的概念、目的及應(yīng)用,且制品復(fù)水性極好。利用冷凍枯燥目的是為了貯存潮濕的物質(zhì)，通常是含有微生物組織的水溶要的低水汽壓是靠真空的狀況下到達(dá)的。真空冷凍枯燥技術(shù)主要應(yīng)用于：熱穩(wěn)定性差的生物制品，生化類制品，血液制品，基因工程類制品等藥物凍干；為保持生物組織構(gòu)造和活性，外科手術(shù)用的皮層、骨骼、角膜、心瓣膜等生物組織的處理；海產(chǎn)品、果蔬的凍干；在微膠囊制備、藥品控釋材料等方面的應(yīng)用。以保持生鮮物質(zhì)不變性的人參、蜂皇漿、龜鱉等保健品及中草藥制劑的加工；超微細(xì)粉末功能材料如：光導(dǎo)纖維、超導(dǎo)材料、微波介質(zhì)材料、磁粉以及能加速反響工程的催化劑的處理等。二、冷凍枯燥的原理及優(yōu)點(diǎn)1、水的狀態(tài)平衡圖1-1的狀態(tài)平衡圖。圖中OA、OB、OC三條曲線分別表示冰和水、水和水蒸汽、冰123過程。曲線OB的頂端有一點(diǎn)K，其溫度為374℃，稱為臨界點(diǎn)。假設(shè)水蒸汽的溫度高于其臨界溫度374℃時(shí)，無論怎樣加大壓力，水蒸汽也不能變成水。三曲線的交點(diǎn)O，為固、液、汽三相其存的狀態(tài)，稱為三相點(diǎn)，其溫度為0.01℃，壓力為610Pa。在三相點(diǎn)以下，不存在液相。相，這一過程稱為升華。真空冷凍枯燥是先將濕料凍結(jié)到共晶點(diǎn)溫度以下,使水分變成固態(tài)的冰,然后在較高的真空度下,使冰直接升華為水蒸氣,再用真空系統(tǒng)中的水汽分散器將水蒸氣冷凝,從而獲得枯燥制品的技術(shù)?？菰镞^程是水的物態(tài)變化和移動的過程。這下傳質(zhì)傳熱的機(jī)理。2、冷凍枯燥的優(yōu)點(diǎn)出的優(yōu)點(diǎn)：冷凍枯燥在低溫下進(jìn)展，因此在對于很多熱敏性的物質(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。的性狀。失很小，適合一些化學(xué)制品、藥品和食品的枯燥。由于在凍結(jié)的狀態(tài)下進(jìn)展枯燥，因此制品的體積、外形幾乎不變，保后溶解快速而完全，幾乎馬上恢復(fù)原來的性狀。在真空下進(jìn)展枯燥，物料處于高度缺氧狀態(tài)下，簡潔氧化的物質(zhì)得到了保護(hù)。95-99%以上的水份，使枯燥后產(chǎn)品能長期保存而不變質(zhì)。其次節(jié)冷凍枯燥的一般過程需要凍干的物品需配制成肯定濃度的液體，為了能保證枯燥后有肯定的外形4%～25%之間的稀溶液，以濃度10%～15%最正確。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(tuán)上的結(jié)合步進(jìn)展，即預(yù)凍結(jié)、升華枯燥〔或稱第一階段枯燥、解析枯燥〔或稱其次階段枯燥。一、預(yù)凍結(jié)質(zhì)可溶性削減和生命特性的變化。1、預(yù)凍的方法溶液的預(yù)凍方法有兩種：凍干箱內(nèi)預(yù)凍法和箱外預(yù)凍法。導(dǎo)熱用的金屬架后再進(jìn)箱進(jìn)展冷凍。品邊旋轉(zhuǎn)邊冷凍成殼狀構(gòu)造，然后再進(jìn)入凍干箱內(nèi)。800轉(zhuǎn)/分左右。凍干工藝原理〔2〕2、預(yù)凍的過程：這時(shí)的溫度就是共晶點(diǎn)。當(dāng)濃度到達(dá)共晶濃度，溫度下降到共晶點(diǎn)以下時(shí)，溶液就會全部凍結(jié)。粒數(shù)量越少，晶粒越大。晶體的外形也與凍結(jié)溫度有關(guān)。在0oC四周開頭凍結(jié)時(shí)，冰晶呈六角對稱角對稱形式，加之成核數(shù)多，凍結(jié)速度快,可能形成一種不規(guī)章的樹枝型，它們有任意數(shù)目的軸向柱狀體，而不象六方晶型那樣只有六條。生物體液〔如血液血漿、肌肉漿液、玻璃體液等〕結(jié)冰形成的結(jié)晶單元，往速度下形成六方結(jié)晶單元，快速冷卻至低溫時(shí)形成不規(guī)章樹枝狀晶體。細(xì)胞懸浮液〔如紅血球、白血球、精子、細(xì)菌等懸浮于蒸餾水、血漿或其他懸浮介質(zhì)中，在高零下溫度緩慢結(jié)冰時(shí)，懸浮液中大量的冰生長，將細(xì)胞擠在存在與否、保護(hù)劑的性質(zhì)以及細(xì)胞內(nèi)水的含量有關(guān)，一般說來，冷卻速度越快、冰時(shí)細(xì)胞內(nèi)形成的冰數(shù)目削減。率來考慮，慢凍為好。此外，凍結(jié)的速率還與凍結(jié)設(shè)備的種類、力量和傳熱介質(zhì)等有關(guān)。預(yù)凍過程中水結(jié)冰所產(chǎn)生的機(jī)械效應(yīng)和溶質(zhì)效應(yīng)是引起生化藥品在凍干過程中溶質(zhì)濃度上升以及由于各種溶質(zhì)在各種溫度條件下溶解度變化不全都引起pH值的以下措施解決：① 形成微小冰晶，使其來不及產(chǎn)生氣械效應(yīng)。② 選用緩沖劑時(shí)要選用溶解度相當(dāng)?shù)木彌_配對鹽。③ 參加產(chǎn)品保護(hù)劑。升華階段時(shí)間的長短與以下因素有關(guān)：①產(chǎn)品的品種：共熔點(diǎn)溫度較高的產(chǎn)品簡潔枯燥，升華的時(shí)間短些；②每瓶內(nèi)的裝量〔正常的枯燥速率大約為1mm/本身的性能。凍干工藝原理〔3〕二、升華枯燥〔第一階段枯燥〕結(jié)局部的分界面稱為升華界面。在生物制品枯燥中，升華界面約為每小時(shí)1mm90%左右。產(chǎn)品在升華枯燥時(shí)要吸取熱量，一克冰全部變成水蒸汽大約需要吸取670卡左右的熱量。因此升華階段必需對產(chǎn)品進(jìn)展加熱。當(dāng)凍干箱內(nèi)的真空度降至可依據(jù)制品要求而定的進(jìn)展。第一階段升華枯燥是冷凍枯燥的關(guān)鍵階段，大局部的水在這一階段被升華。1－2秒的時(shí)間〔切不行太長。然后又快速翻開，在關(guān)閉的瞬間觀看凍干箱內(nèi)的壓強(qiáng)升阻數(shù)值，則說明產(chǎn)品溫度已接近或到達(dá)共熔點(diǎn)的溫度。第一階段枯燥完畢可以通過以下現(xiàn)象推斷：b.產(chǎn)品溫度上升到接近產(chǎn)品共溶點(diǎn)的溫度。凍干箱的壓力和冷凝器的壓力接近，且兩者間壓力差維持不變〔需要預(yù)先檢查滲漏的速率。301小時(shí)的時(shí)間再轉(zhuǎn)到其次步枯燥，以保證沒有殘留的冰。凍干工藝原理〔4〕三、解析枯燥〔其次階段枯燥〕解析枯燥也稱其次階段枯燥。在第一階段枯燥完畢后，產(chǎn)品內(nèi)還存在10%的。當(dāng)它們到達(dá)肯定含量，就為微生物的生長生殖和某些化學(xué)反響供給了條件。保存期，需要除去這些水分。這就是解析枯燥的目的。由于這一局部水分是通過范德華力、氫鍵等弱分子力吸附在藥品上的結(jié)合〔25℃-40可高達(dá)40℃，維持肯定的時(shí)間〔由制品特點(diǎn)而定，使剩余水分含量到達(dá)預(yù)定值，整個凍干過程完畢。但也需保證制品在大量升華時(shí)的溫度不得超過共晶點(diǎn)。內(nèi)水蒸氣壓力的下降，這樣往往使凍干箱的總壓力下降到低于10Pa，這就使凍15～30Pa之間。出。4-63%。凍干工藝原理〔5〕第三節(jié)凍干曲線的制定枯燥過程掌握的根本依據(jù)。〔或箱內(nèi)空間溫度間的曲線。這些曲線均為凍干曲線。較低，依據(jù)實(shí)際狀況，一般可掌握在-10℃～+10℃之間。其次階段則依據(jù)制品性，機(jī)器性能較差或其工作不夠穩(wěn)定時(shí)，用此法也比較穩(wěn)妥。備條件等很多因素有關(guān)。制定凍干曲線要考慮以下因素：①產(chǎn)品的品種：有些產(chǎn)品受冷凍的影響較大，有些產(chǎn)品則影響較??；一般干時(shí)間可縮短；②裝液量：總裝液量和每一容器內(nèi)產(chǎn)品裝液量的多少，裝液量多則凍干時(shí)間長；③容器的品種：底部平坦則傳熱較好。底部不平或玻璃較厚則傳熱較差，后者明顯凍干時(shí)間較長；④凍干機(jī)性能：生產(chǎn)廠家不同，凍干曲線。制定凍干曲線和凍干時(shí)序主要確定以下數(shù)據(jù):預(yù)凍速率〔箱〕預(yù)冷至較低溫度，再將制品入箱凍結(jié)。假設(shè)使枯燥箱與制品一起降溫，其凍結(jié)速率較慢。預(yù)凍溫度依據(jù)預(yù)凍方法不同而略有差異。一般來說，擱板溫度應(yīng)低于制品共熔點(diǎn)5～10oC。預(yù)凍時(shí)間反之預(yù)凍時(shí)間可以縮短。通常擱板式凍干機(jī)，枯燥箱的擱板從室溫30oC降到1～2小時(shí)，才能升華。水汽分散器的降溫時(shí)間與溫度在產(chǎn)品預(yù)凍完畢前30-50分鐘〔視其制冷力量打算時(shí)間長短〕就應(yīng)使水汽分散-40oC10-20Pa以下，起動加熱循環(huán)泵，給產(chǎn)品供熱升華。抽真空時(shí)間0.5h10Pa；預(yù)時(shí)停頓冷凍機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)。預(yù)凍完畢的時(shí)間要求時(shí)停頓板層的降溫。開頭加熱時(shí)間〔。10Pa即真空度到達(dá)10Pa時(shí)，加熱便自動開頭；有些凍干機(jī)是在抽真空之后半小時(shí)開頭10Pa甚至更高。真空報(bào)警工作時(shí)間由于真空度對于升華是極其重要的，因此式的凍干機(jī)均設(shè)有真空報(bào)警裝降溫，以保護(hù)產(chǎn)品不致發(fā)生熔化。真空掌握的工作時(shí)間產(chǎn)品加熱的最高許可溫度差，板層的溫度可比產(chǎn)品的最高許可溫度略高少許。凍干的總時(shí)間18~24h左右，有些產(chǎn)品需要幾天的時(shí)間。凍干工藝原理〔6〕第四節(jié)凍干過程中主要參數(shù)的掌握〔或供熱量和水蒸汽逸〔真空度〕所打算，而后〔對應(yīng)的水蒸汽飽和壓力和箱內(nèi)的水蒸汽分壓所打算?！舱婵斩取澈蛢龈蓷l件和同樣的質(zhì)量?！舱婵斩取澈退羝謮旱恼莆?。一、擱板溫度的掌握量和溫度。一般承受兩種方式。1、階梯式升溫〔質(zhì)板的升溫，因此制品的升溫速率與預(yù)定的接近。2、跟蹤式升溫程掌握。二、箱內(nèi)壓力〔真空度〕的掌握內(nèi)壓力調(diào)控的方法主要有：1、校下漏孔法〔或氣體，下同〕引入枯燥箱和冷阱，在冷阱的冷枯燥箱的壓力也相應(yīng)提高。許溫度，而水蒸汽分壓稍低，有得水蒸汽的逸出，因此可以提高升華速率。但是：誤差。因此實(shí)際使用中多用于升華后期和解吸枯燥初期。的氣道堵塞。調(diào)整真空泵力量法均勻，其進(jìn)口處可能造成堵塞。節(jié)流調(diào)壓法對于分別型冷凝器是可能的方式，限制枯燥箱與冷凝器間的真空管道的開這一方法的優(yōu)點(diǎn)是：第一，僅由箱體發(fā)生的水蒸氣來掌握，沒有重從外部導(dǎo)入道