冷凍干燥技術(shù)原理解析

第一節(jié) 冷凍枯燥技術(shù)原理枯燥是保持物質(zhì)不致腐敗變質(zhì)的方法之一?？菰锏姆椒ㄓ泻芏?，如曬干、煮干、烘干、噴霧0一般是體積縮小、質(zhì)地變硬，有些物質(zhì)發(fā)生了氧化，一些易揮發(fā)的成分大局部會(huì)損失掉，有同于以上的枯燥方法，產(chǎn)品的枯燥根本上在0℃以下的溫度進(jìn)展，即在產(chǎn)品凍結(jié)的狀態(tài)下進(jìn)行，直到后期，為了進(jìn)一步降低枯燥產(chǎn)品的剩余水份含量，才讓產(chǎn)品升至0℃以上的溫度，但一般不超過(guò)40℃。在升華時(shí)凍結(jié)產(chǎn)品內(nèi)的冰或其它溶劑要吸取熱量。引起產(chǎn)品本身溫度的下降而減慢升華速溫度下進(jìn)展的。冷凍枯燥有以下優(yōu)點(diǎn)：會(huì)發(fā)生變性或失去生物活力。因此在醫(yī)藥上得到廣泛地應(yīng)用。。⑶在冷凍枯燥過(guò)程中，微生物的生長(zhǎng)和酶的作用無(wú)法進(jìn)展，因此能保持原來(lái)的性狀。象。⑸枯燥后的物質(zhì)疏松多孔，呈海綿狀，加水后溶解快速而完全，幾乎馬上恢復(fù)原來(lái)的性狀。⑹由于枯燥在真空下進(jìn)展，氧氣極少，因此一些易氧化的物質(zhì)得到了保護(hù)。⑺枯燥能排解95-99％以上的水分，使枯燥后產(chǎn)品能長(zhǎng)期保存而不致變質(zhì)。因此，冷凍枯燥目前在醫(yī)藥工業(yè)、食品工業(yè)、科研和其他部門得到廣泛的應(yīng)用。其次節(jié) 凍干機(jī)的組成和凍干程序稱凍干機(jī)。凍干機(jī)按系統(tǒng)分，由制冷系統(tǒng)、真空系統(tǒng)、加熱系統(tǒng)、和掌握系統(tǒng)四個(gè)主要局部組成。按構(gòu)造分，由凍干箱或稱枯燥箱、冷凝器或稱水汽分散器、制冷機(jī)、真空泵和閥門、電氣掌握元件等組成。圖十三是凍干機(jī)組成示意圖。凍干箱是一個(gè)能夠制冷到－55℃左右，能夠加熱到+80℃左右的凹凸溫箱，也是一個(gè)能抽對(duì)產(chǎn)品進(jìn)展冷凍，并在真空下加溫，使產(chǎn)品內(nèi)的水分升華而枯燥。度能降到－40℃～－70℃以下，并且能維持這個(gè)低溫范圍。冷凝器的功用是把凍干箱內(nèi)產(chǎn)品升華出來(lái)的水蒸氣凍結(jié)吸附在其金屬外表上。凍干箱、冷凝器、真空管道、閥門、真空泵等構(gòu)成凍干機(jī)的真空系統(tǒng)。真空系統(tǒng)要求沒(méi)有漏可少的。時(shí)所需要的低溫，它有直接制冷和間接制冷二種方式。(或加一臺(tái)備用泵)干箱內(nèi)的產(chǎn)品進(jìn)展加熱，以使產(chǎn)品內(nèi)的水分不斷升華，并到達(dá)規(guī)定的剩余含水量要求。手動(dòng)或自動(dòng)掌握，操縱機(jī)器正常運(yùn)轉(zhuǎn)，以使凍干機(jī)生產(chǎn)出符合要求的產(chǎn)品來(lái)。冷凍枯燥的程序：安瓶，裝量要均勻，蒸發(fā)外表盡量大而厚度盡量薄一些；效傳遞。入凍干箱內(nèi)板層上同時(shí)進(jìn)展預(yù)凍；⑷抽真空之前要依據(jù)冷凝器制冷機(jī)的降溫速度提前使冷凝器工作－40℃的溫度；⑸待真空度到達(dá)肯定數(shù)值后〔～a內(nèi)的真空度求到達(dá)所要求的真空度后連續(xù)抽真空1～2h以上；即可對(duì)箱內(nèi)產(chǎn)品進(jìn)展加熱。一般加熱分持2h以上后，即可完畢凍干。整個(gè)升華枯燥的時(shí)間約12～24h左右有的甚至更長(zhǎng)，與產(chǎn)品在每瓶?jī)?nèi)的裝量，總裝量，?？諝庵械乃?。線。一般以溫度為縱坐標(biāo)，時(shí)間為橫坐標(biāo)。凍干不同的產(chǎn)品承受不同的凍干曲線〔其中沒(méi)有冷凝器的溫度曲線和真空度曲線。第三節(jié)共溶點(diǎn)及其測(cè)量方法在0℃時(shí)結(jié)冰，而海水卻要在低于0℃的溫度才能結(jié)冰，由于海水也是多種物質(zhì)的水溶液。試驗(yàn)指出:溶液的冰點(diǎn)將低于溶媒的冰點(diǎn)。另外，溶液的結(jié)冰過(guò)程與純液體也不一樣，純液體如水在0℃時(shí)結(jié)冰，水的溫度并不下降，晶體的數(shù)量不斷增加，直到最終，溶液才全局部散。這樣，溶液并不是在某一固定溫度時(shí)分散局部散的溫度叫做溶液的凝固點(diǎn)。凝固點(diǎn)就是溶化的開(kāi)頭點(diǎn)〔即熔點(diǎn)，對(duì)于溶液來(lái)說(shuō)也就同的。共熔點(diǎn)才是溶液真正全部凝成固體的溫度。血球、組織、病毒、細(xì)菌等等的物質(zhì)。因此它是一個(gè)簡(jiǎn)單的液體，它的凍結(jié)過(guò)程確定也是一個(gè)簡(jiǎn)單的過(guò)程，與溶液相像，也有一個(gè)真正全局部散成固體的溫度，即共熔點(diǎn)。由于冷凍枯燥凍干產(chǎn)品真正全部?jī)鼋Y(jié)。在凍結(jié)過(guò)程中，從外表的觀看來(lái)確定產(chǎn)品是否完全凍結(jié)成固體是不行能的；*測(cè)量溫度也無(wú)是在凍結(jié)時(shí)電阻率的測(cè)量能使我們知道凍結(jié)是在進(jìn)展還是已經(jīng)完成了量液體存在時(shí)電阻率將顯著下降。因此測(cè)量產(chǎn)品的電阻率將能確定產(chǎn)品的共熔點(diǎn)。們冷卻到－40℃以下的低溫，然后將凍結(jié)產(chǎn)品漸漸升溫。用惠斯頓電橋來(lái)測(cè)量其電阻，當(dāng)發(fā)生電解作用，整個(gè)過(guò)程由儀表記錄〔圖十六。起放入凍干箱內(nèi)的觀看窗孔四周，并用適當(dāng)方法把它們固定好，然后與其他產(chǎn)品一起預(yù)凍，這時(shí)我們用萬(wàn)用表不斷地測(cè)量在降溫過(guò)程中的電阻數(shù)值，依據(jù)電阻數(shù)值的變化來(lái)確定共熔點(diǎn)。點(diǎn)。把電極引線通過(guò)一個(gè)開(kāi)關(guān)與萬(wàn)用表相連，可以不分正負(fù)極。假設(shè)凍干箱沒(méi)有電線引出接頭，則可以用二根細(xì)導(dǎo)線從箱門縫處引出待溫度計(jì)降至0℃之后即開(kāi)頭測(cè)量并作記錄。把萬(wàn)用表的轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)放在測(cè)量電阻的最高檔〔K后逐步增高。到某一溫度時(shí)電阻突然增大，幾乎是無(wú)窮大，這時(shí)的溫度值便是共熔點(diǎn)數(shù)值。有有用參考價(jià)值。共熔點(diǎn)的數(shù)值從0℃到－50共熔點(diǎn)列表二十二供參考，因?qū)嶋H的凍干產(chǎn)品還有其它成份。所以與此不一樣。表二十二一些物質(zhì)的共熔點(diǎn)〔℃〕物質(zhì)名稱物質(zhì)名稱共熔點(diǎn)溫度℃純水00.85％氯化鈉溶液－22℃10％蔗糖溶液－26℃40％蔗糖溶液10％葡萄糖溶液2％明膠、10％葡萄糖溶液2％明膠、10％蔗糖溶液10％蔗糖溶液、10％葡萄糖溶液、0.85％氯化鈉溶液脫脂牛奶馬血清

－33℃－27℃－32℃－19℃－36℃－26℃－35℃人參菠菜30℃,溶解度1.95mol/L的甲級(jí)芬尼定磷酸鹽30℃,溶解度0.12mol/L的吩妥胺磷酸鹽30℃,溶解度1mol/L的甘露醇30℃,溶解度0.6mol/L的乳糖30℃,溶解度4.97mol/L的氯化鉀

－15℃－6℃－4.29℃－0.75℃－2.24℃－5.4℃－11.1℃30℃,溶解度5.93mol/L的溴化鉀二甲亞礬水甘油水(丙三醇)草莓冬蟲(chóng)夏草山藥第四節(jié)凍干產(chǎn)品的崩解溫度

－12.9℃－73℃－46.5℃－15℃－15℃－20℃值?，F(xiàn)在引入一個(gè)崩解溫度的概念，它是不同于共熔點(diǎn)的另外一個(gè)溫度。一個(gè)正常升華的產(chǎn)品，當(dāng)升華進(jìn)展到肯定的時(shí)候，就會(huì)消滅上層的枯燥層和下層的凍結(jié)層，這二層之間的交界面就是升華面，升華面是隨著升華的進(jìn)展而不斷下降的。水蒸汽能順當(dāng)?shù)赝ㄟ^(guò)，使全部產(chǎn)品都得到良好的枯燥。了升華的連續(xù)進(jìn)展。于是，升華速率變慢，從凍結(jié)產(chǎn)品吸取升華熱也隨之削減，由板層供給的熱量將有多余，這泡現(xiàn)象，致使凍干失敗。續(xù)上升。這時(shí)由于產(chǎn)品中已不存在凍結(jié)冰，枯燥產(chǎn)品即使發(fā)生崩解也不會(huì)影響產(chǎn)品的枯燥，由于產(chǎn)品已從升華階段轉(zhuǎn)入解吸枯燥階段。沒(méi)有發(fā)生崩解的枯燥產(chǎn)品與發(fā)生崩解的枯燥產(chǎn)品在外觀上用肉眼看不出有什么差異崩解現(xiàn)象，那么這時(shí)的溫度就是該產(chǎn)品的崩解溫度。有些產(chǎn)品的崩解溫度高于共熔點(diǎn)溫度，那么升華時(shí)僅需掌握產(chǎn)品溫度低于共熔點(diǎn)溫度就行解現(xiàn)象，這樣的產(chǎn)品只有在較低的溫度下進(jìn)展升華，因此必需延長(zhǎng)凍干時(shí)間。溫度只有在冷凍枯燥顯微鏡下直接觀看才能得知。產(chǎn)品的崩解溫度取決于產(chǎn)品本身的品種和保護(hù)劑的種類能在不很低的溫度下進(jìn)展，以節(jié)約凍干的能耗和時(shí)間，提高生產(chǎn)率。崩解溫度。一些物質(zhì)的崩解溫度℃見(jiàn)表二十三表二十三一些物質(zhì)的崩解溫度℃物質(zhì)名稱物質(zhì)名稱濃度%溫度℃物質(zhì)名稱濃度% 溫度℃葡聚糖〔右旋糖苷〕－9乳糖－32蔗糖－32麥芽糖－32聚蔗糖－19.5 甲基纖維素－9果糖右旋果糖葡萄

10 －48－44－40

味精卵清蛋白聚已二醇

－50－10－13右旋葡萄糖

－41.5 聚已烯吡咯烷酮(PVP)

－23明膠肌醇司庫(kù)樂(lè)

－8－275～50 －25

糖醇柿子醇氯化鈉

－45－26－11葡萄糖乳糖馬尼妥山梨糖醇橘西樂(lè)

10 －4010 －1910 －410 －4210 －44

GABANaClKCl乙酸枸椽酸

10 －2010 －2210 －1110 －2710 約＜50多縮葡萄糖低m.wt. 10PEG600 1