1、a,1,凍干技術(shù)及其應(yīng)用,演講人：丁健,a,2,目錄,凍干技術(shù)的概念及目的凍干技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)凍干技術(shù)的起源和發(fā)展凍干技術(shù)面臨的問題凍干技術(shù)的應(yīng)用凍干技術(shù)的原理凍干設(shè)備類型及應(yīng)用范圍凍干的一般過程凍干過程中常見問題及解決方案凍干設(shè)備的基本操作,a,3,凍干技術(shù)的概念及目的,凍干技術(shù)的概念：廣義：把含有大量水分的物質(zhì)，預(yù)先進(jìn)行降溫凍結(jié)成固體。然后在真空的條件下使水蒸汽直接從固體中升華出來，而物質(zhì)本身留在凍結(jié)的冰架子中，從而使得干燥制品不失原有的固體骨架結(jié)構(gòu)，保持物料原有的形態(tài),且制品復(fù)水性極好。狹義：將水溶液在低溫下凍結(jié)，而后在真空狀態(tài)下將其中的水分不經(jīng)過液體狀態(tài)而直接升華，這樣干燥后的物質(zhì)，其物理、

2、化學(xué)和形狀基本不變，有效成分損失小，復(fù)水性好，密封保存周期長。,凍干技術(shù)的目的：為了貯存物品。物品之所以會(huì)損壞、腐爛、變質(zhì)，主要是由于外因和內(nèi)因二個(gè)因素引起，外因者，空氣、水、溫度、生物等的作用；內(nèi)因者，主要是生物物質(zhì)自身的新陳代謝作用。如果能使外因和內(nèi)因的作用減小到最低程度，則能達(dá)到物品在一定時(shí)間內(nèi)保持不變的目的。,a,4,凍干技術(shù)的概念及目的凍干技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)凍干技術(shù)的起源和發(fā)展凍干技術(shù)面臨的問題凍干技術(shù)的應(yīng)用凍干技術(shù)的原理凍干設(shè)備類型及應(yīng)用范圍凍干的一般過程凍干過程中常見問題及解決方案凍干設(shè)備的基本操作,a,5,凍干技術(shù)的優(yōu)點(diǎn),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

3、突出的優(yōu)點(diǎn)：（1）冷凍干燥在低溫下進(jìn)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(huì)發(fā)生變性或失去生物活力。（2）在凍干過程中，微生物的生長和酶的作用無法進(jìn)行。因此能保持原來的性狀。（3）在低溫下干燥時(shí)，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。（4）由于在凍結(jié)的狀態(tài)下進(jìn)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(huì)發(fā)生濃縮現(xiàn)象。干燥后的物質(zhì)疏松多孔，呈海綿狀，加水后溶解迅速而完全，幾乎立即恢復(fù)原來的性狀。（5）在真空下進(jìn)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(hù)。（6）冷凍干燥能排除95-99%以上的

4、水份，使干燥后產(chǎn)品能長期保存而不變質(zhì)。,a,6,凍干技術(shù)的概念及目的凍干技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)凍干技術(shù)的起源和發(fā)展凍干技術(shù)面臨的問題凍干技術(shù)的應(yīng)用凍干技術(shù)的原理凍干設(shè)備類型及應(yīng)用范圍凍干的一般過程凍干過程中常見問題及解決方案凍干設(shè)備的基本操作,a,7,凍干技術(shù)的起源和發(fā)展,國外,a,8,凍干技術(shù)的起源和發(fā)展,a,9,凍干技術(shù)的起源和發(fā)展,隨著凍干技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展，凍干機(jī)理和技術(shù)的研究也隨之發(fā)展起來，1949年弗洛斯道夫出版了他的世界上第一本有關(guān)凍干的技術(shù)及理論的專著。1951年和1958年先后在英國倫敦召開了第一屆和第二屆以凍干為主題的專題討論會(huì)。,現(xiàn)在凍干食品除在宇宙航行、軍隊(duì)、登山、航海、探險(xiǎn)等特殊場

5、合受到歡迎外，在一般的民用食品中也確立了穩(wěn)固的地位。目前，世界上已有較大規(guī)模的真空冷凍干燥食品企業(yè)130多家.真空凍干食品也在歐美日等國市場迅速流行。美國和日本市場上出售的脫水食品中凍干食品占了40%以上。,a,10,凍干技術(shù)的起源和發(fā)展,國內(nèi)二十世紀(jì)三、四十年代，我國已有微生物學(xué)家用鹽水預(yù)凍，在蒸發(fā)器內(nèi)抽真空，用吸水劑的方法凍干菌毒種作保存用。到五十年代初期，哈爾濱、鄭州和南昌等地的獸藥廠開始生產(chǎn)凍干疫苗，并逐漸形成一定生產(chǎn)能力。六十年代開始批量生產(chǎn)凍干疫苗及凍干人血漿，并在制藥和食品工業(yè)應(yīng)用冷凍干燥技術(shù)。,a,11,凍干技術(shù)的起源和發(fā)展,a,12,凍干技術(shù)的概念及目的凍干技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)凍干技術(shù)

6、的起源和發(fā)展凍干技術(shù)面臨的問題凍干技術(shù)的應(yīng)用凍干技術(shù)的原理凍干設(shè)備類型及應(yīng)用范圍凍干的一般過程凍干過程中常見問題及解決方案凍干設(shè)備的基本操作,a,13,凍干技術(shù)面臨的問題,真空冷凍干燥技術(shù)發(fā)展到今天，已在許多領(lǐng)域得到成功應(yīng)用。但與其它干燥方法相比，設(shè)備投資依然較大、能源消耗及產(chǎn)品成本依然較高，限制了該技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展。,另外，由于凍干機(jī)所使用場所的特殊性，設(shè)備要求十分苛刻，運(yùn)行環(huán)境惡劣，這都對凍干機(jī)的運(yùn)行可靠性、合理性、方便性提出了更高的要求。新技術(shù)、新標(biāo)準(zhǔn)、新法規(guī)的出臺(tái)，都對凍干技術(shù)提出了更多的要求。這為凍干領(lǐng)域的發(fā)展提出了更多的研究課題。,a,14,凍干技術(shù)的應(yīng)用,(1)熱穩(wěn)定性差的生物制

7、品，生化類制品，血液制品，基因工程類制品等藥物凍干；(2)為保持生物組織結(jié)構(gòu)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；(3)以保持食物色、香、味和營養(yǎng)成分以及能迅速復(fù)水的咖啡、調(diào)料、肉類、海產(chǎn)品、果蔬的凍干；(4)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；(5)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、磁粉以及能加速反應(yīng)工程的催化劑的處理等。,a,15,凍干技術(shù)的概念及目的凍干技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)凍干技術(shù)的起源和發(fā)展凍干技術(shù)面臨的問題凍干技術(shù)的應(yīng)用凍干技術(shù)的原理凍干設(shè)備類型及應(yīng)用范圍凍干的一般過程凍干過程

8、中常見問題及解決方案凍干設(shè)備的基本操作,a,16,凍干技術(shù)的原理,真空冷凍干燥是先將濕料凍結(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汽,再用真空系統(tǒng)中的水汽凝結(jié)器將水蒸汽冷凝,從而獲得干燥制品的技術(shù)。干燥過程是水的物態(tài)變化和移動(dòng)的過程。這種變化和移動(dòng)發(fā)生在低溫低壓下。因此，真空冷凍干燥的基本原理就是低溫低壓下傳質(zhì)傳熱的機(jī)理。,a,17,凍干技術(shù)的概念及目的凍干技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)凍干技術(shù)的起源和發(fā)展凍干技術(shù)面臨的問題凍干技術(shù)的應(yīng)用凍干技術(shù)的原理凍干設(shè)備類型及應(yīng)用范圍凍干的一般過程凍干過程中常見問題及解決方案凍干設(shè)備的基本操作,a,18,凍干設(shè)備類型及應(yīng)用范圍,小中試

9、,生產(chǎn),a,19,凍干技術(shù)的概念及目的凍干技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)凍干技術(shù)的起源和發(fā)展凍干技術(shù)面臨的問題凍干技術(shù)的應(yīng)用凍干技術(shù)的原理凍干設(shè)備類型及應(yīng)用范圍凍干的一般過程凍干過程中常見問題及解決方案凍干設(shè)備的基本操作,a,20,凍干的一般過程,冷凍干燥過程一般分三步進(jìn)行，即預(yù)凍結(jié)、升華干燥（或稱第一階段干燥）、解吸干燥（或稱第二階段干燥）。配置樣品即需要凍干的物品需配制成一定濃度的液體，若濃度低于2%，在凍干時(shí)樣品會(huì)隨著水汽飄動(dòng)；若濃度大于25%，則會(huì)影響凍干效果。將樣液分裝如西林瓶或者托盤中，樣液一般為1015mm當(dāng)樣液厚度小于10mm時(shí)，升華干燥時(shí)間計(jì)算：t:時(shí)間；K：樣液的厚度,a,21,凍干的一般過程

10、,共熔點(diǎn)的測定,a,22,凍干的一般過程,預(yù)凍結(jié)好的樣品,a,23,凍干的一般過程,a,24,凍干的一般過程,a,25,凍干的一般過程預(yù)凍結(jié),預(yù)凍結(jié)的目的,預(yù)凍就是將溶液中的自由水固化，賦予干后產(chǎn)品與干燥前相同的形態(tài)，防止抽真空干燥時(shí)起泡、濃縮和溶質(zhì)移動(dòng)等不可逆變化發(fā)生，盡量減少由溫度引起的物質(zhì)可溶性減少和生命特性的變化。,預(yù)凍結(jié)的方法,凍干箱內(nèi)預(yù)凍法：直接把產(chǎn)品放置在凍干機(jī)內(nèi)的多層擱板上，由凍干機(jī)的冷凍機(jī)來進(jìn)行冷凍。一般在11.5h達(dá)到指定溫度，并保持12h，使樣液凍結(jié)充分。箱外預(yù)凍法：有些小型凍干機(jī)沒有進(jìn)行預(yù)凍產(chǎn)品的裝置，只能利用低溫冰箱或酒精加干冰來進(jìn)行預(yù)凍。另一種是專用的旋凍器，它可把

11、大瓶的產(chǎn)品邊旋轉(zhuǎn)邊冷凍成殼狀結(jié)構(gòu)，然后再進(jìn)入凍干箱內(nèi)。,a,26,凍干的一般過程升華干燥,升華干燥,在較高的真空度下,升溫至略低于共晶點(diǎn)（25），使冰直接升華為水蒸汽，通常0.51mm/h.此過程通?？梢耘懦?0%的水分此過程真空一般控制在1330Pa；若低于10Pa則對流換熱較弱；若高于30Pa，則影響升華速度。干燥完畢后應(yīng)繼續(xù)保持11.5h,以排除干燥箱中殘余的水蒸汽當(dāng)冷凝器溫度下降至升華前的狀態(tài)，凍干箱的壓力下降至接近冷凍機(jī)的壓力，我們可以判定升華干燥過程的結(jié)束。,a,27,凍干的一般過程解吸干燥,在較高的真空度下,再次升高溫度（視樣品特性而定），排除剩余的水分，約5%9.5%.若在此過

12、程中間歇性通入少量無菌空氣（15Pa）可以進(jìn)一步減少樣品中殘余的水分此過程溫度不宜過高，否則樣品會(huì)出現(xiàn)萎縮，氣泡，顏色變深等現(xiàn)象經(jīng)大量實(shí)驗(yàn)總結(jié)，當(dāng)溫度升至制品允許的最高溫度，并保持2h以上；若使用了真空調(diào)節(jié)裝置，則停用后，恢復(fù)較高真空度已達(dá)到2h以上，可以基本認(rèn)為凍干過程可以結(jié)束。一般關(guān)閉真空后1min內(nèi)壓力上升小于1Pa，殘余的水分在1%2%,解吸干燥,a,28,凍干的一般過程溫度過高時(shí)出現(xiàn)的問題,a,29,凍干的一般過程一般凍干曲線圖,a,30,凍干技術(shù)的概念及目的凍干技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)凍干技術(shù)的起源和發(fā)展凍干技術(shù)面臨的問題凍干技術(shù)的應(yīng)用凍干技術(shù)的原理凍干設(shè)備類型及應(yīng)用范圍凍干的一般過程凍干過程中

13、常見問題及解決方案凍干設(shè)備的基本操作,a,31,凍干過程中常見問題及解決方案,在針劑安瓿瓶或者小玻璃瓶中，由于玻璃破碎，可能造成凍干不合格產(chǎn)品的增加。一般需將不合格率降至1%以內(nèi)?？刹捎靡韵麓胧?，避免玻璃破碎：容器玻璃質(zhì)量應(yīng)保持始終如一；增加玻璃的厚度，尤其是瓶底與瓶身的連接部位的厚度；在接近0時(shí)，用延長制品冷卻時(shí)間來緩慢將樣液凍結(jié)；在凍結(jié)期，準(zhǔn)確的進(jìn)行溫度控制；在升華干燥開始時(shí)，進(jìn)行緩慢加熱；適當(dāng)減小產(chǎn)品的厚度和濃度，或使用較大直徑的容器，較小樣液因過冷膨脹帶來的影響；改變樣液的pH,從而改變樣液的低共熔點(diǎn)區(qū)域?；蛘吒淖冑x形劑，例如氯化鈉（可高達(dá)1.5%）或者乙醇（2%3%）。,由于玻璃破碎

14、造成不合格產(chǎn)品,a,32,凍干過程中常見問題及解決方案,現(xiàn)象：凍干分層后,下層萎縮?；蛘哒麄€(gè)制品萎縮。一部分產(chǎn)品凍的很好,一部分萎縮成很少的幾乎是空瓶可能原因分析：1、沒有預(yù)凍好，升華過快；2、升溫快了一些，水分沒脫完，造成下部融化。解決方案：1、反復(fù)預(yù)凍結(jié)，確保樣液預(yù)凍結(jié)均勻、完整；2、升華干燥及解析干燥時(shí)緩慢升溫23/0.5h,凍干分層后,下層萎縮,a,33,凍干過程中常見問題及解決方案,現(xiàn)象：抽真空時(shí)，表面起了很多小泡，凍干后表面一層脫離?？赡茉蚍治觯?、真空度達(dá)到要求之前物料表面已部分解凍預(yù)凍不好，水沒有完全凍結(jié)，抽真空時(shí)水外溢形成氣泡；2、板層四周的瓶子在升華時(shí)會(huì)快于中間的瓶子，或

15、者升華段保溫時(shí)間不夠。解決方案：1、這種現(xiàn)象多半是凍干樣品中鹽遷移到表面所致?？梢约訌?qiáng)預(yù)凍解決；2、升華干燥時(shí)適當(dāng)延長時(shí)間，使其干燥充分。,凍干表面起一層皮,a,34,凍干過程中常見問題及解決方案,可能原因分析：1、凍結(jié)不牢固2、沒有掌握好物料的性質(zhì)3、真空沒有控制好4、升華干燥及解析干燥時(shí)升溫過快5、樣液濃度較高，預(yù)凍結(jié)后表面結(jié)構(gòu)密實(shí)，干燥時(shí)內(nèi)部氣體排出時(shí)所致。解決方案：1、反復(fù)預(yù)凍結(jié)，確保樣液預(yù)凍結(jié)均勻、完整；2、凍干前了解物質(zhì)的特性，準(zhǔn)確測量出共晶點(diǎn)，合理操作；3、升華干燥及解析干燥時(shí)緩慢升溫23/0.5h；4、控制好樣液的濃度，使之在最佳范圍內(nèi),凍干氣泡與掛壁,a,35,凍干技術(shù)的概念及目的凍干技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)凍干技術(shù)的起源和發(fā)展凍干技術(shù)面臨的問題凍干技術(shù)的應(yīng)用凍干技術(shù)的原理凍干設(shè)備類型及應(yīng)用范圍凍干的一般過程凍干過程中常