冷凍幹燥的基本原理是基於水的三態變化。水有固態、液態和氣態，三種狀態既可以相互轉換又可以共存。 當水在三相點(溫度為0.01℃，水蒸氣壓為610.5Pa)時，水、冰、水蒸氣三者可共存且相互平衡。在高真空狀態下，利用升華原理，使預先凍結的物料中的水分，不經過冰的融化，直接以冰態升華為水蒸汽被除去，從而達到冷凍幹燥的目的。 凍幹製品呈海綿狀、無幹縮、含水分極少，相應包裝後可在常溫下長時間保存和運輸。 由於真空冷凍幹燥具有其它幹燥方法的優點，因此該技術問世以來越來越 受到人們的青睞，在醫藥、生物製品和食品方麵的應用已日益廣泛。血清、菌種、中西醫藥等生物製品多為一些生物活性物質，真空冷凍幹燥技術也為保存生物活性提供了良好的解決途徑。
冷凍幹燥是利用升華的原理進行幹燥的一種技術，是將被幹燥的物質在低溫下快速凍結，然後在適當的真空環境，使凍結的水分子直接升華成為水蒸氣逸出的過程。 冷凍幹燥得到的產物稱作凍幹物(lyophilizer)，該過程稱作凍幹(lyophilization)。物質在幹燥前始終處於低溫(凍結狀態)，同時冰晶均勻分布於物質中，升華過程不會因脫水而發生濃縮現象，避免了由水蒸氣產生泡沫、氧化等副作用。幹燥物質呈幹海綿多孔狀，體積基本不變，極易溶於水而恢複原狀。防止幹燥物質的理化和生物學方麵的變性。 冷凍幹燥機係由製冷係統、真空係統、加熱係統、電器儀表控製係統所組成。主要部件為幹燥箱、凝結器、冷凍機組、真空泵、加熱/冷卻裝置等。它的工作原理是將被幹燥的物品先凍結到三相點溫度以下，然後在真空條件下使物品中的固態水份(冰)直接升華成水蒸氣，從物品中排除，使物品幹燥。物料經前處理後，被送入速凍倉凍結，再送入幹燥倉升華脫水，之後在後處理車間包裝。真空係統為升華幹燥倉建立低氣壓條件，加熱係統向物料提供升華潛熱，製冷係統向冷阱和幹燥室提供所需的冷量。 本設備采用高效輻射加熱，物料受熱均勻;采用高效捕水冷阱，並可實現快速化霜;采用高效真空機組，並可實現油水分離;采用並聯集中製冷係統，多路按需供冷，工況穩定，有利節能;采用人工智能控製，控製精度高，操作方便。欣諭儀器網 對凍幹製品的質量要求是:生物活性不變、外觀色澤均勻、形態飽滿、結構牢固、溶解速度快，殘餘水分低。要獲得高質量的製品，對凍幹的理論和工藝應有一個比較全麵的了解。凍幹工藝包括預凍、升華和再凍幹三個分階段。合理而有效地縮短凍幹的周期在工業生產上具有明顯的經濟價值。
一 製品的凍結
溶液速凍時(每分鍾降溫10~50℃)，晶粒保持在顯微鏡下可見的大小;相反慢凍時(1℃/分)，形成的結晶肉眼可見。粗晶在升華留下較大的空隙，可以提高凍幹的效率，細晶在升華後留下的間隙較小，使下層升華受阻，速成凍的成品粒子細膩，外觀均勻，比表麵積大，多孔結構好，溶解速度快，便成品的引濕性相對也要強些。 藥品在凍幹機中預凍在兩種方式:一種是製品與幹燥箱同時降溫，;另一種是待幹燥箱擱板降溫至-40℃左右，再將製品放入，前者相當於慢凍，後者則介於速凍與慢凍之間，因而常被采用，以兼顧凍幹效率與產品質量。此法的缺點是製品入箱時，空氣中的水蒸氣將迅速地凝結在擱板上，而在升華初期，若板升溫較快，由於大麵積的升華將有可能超越凝結器的正常負荷。此現象在夏季尤為顯著。 製品的凍結處於靜止狀態。經驗證明，過冷現象容易發生至使製品溫度雖已達到共晶點。但溶質仍不結晶，為了克服過冷現象，製品凍結的溫度應低於共晶點以下一個範圍，並需保持一段時間，以待製品*凍結。
二 升華的條件與速度
冰在一定溫度下的飽和蒸汽壓大於環境的水蒸氣分壓時即可開始升華;比製品溫更低的凝結器對水水蒸氣的抽吸與捕獲作用，則是維護升所必需的條件。 氣體分子在兩次連續碰撞之間所走的距離稱為平均自由程，它與壓力成反比。在常壓下，其值很小，升華的水分子很容易與氣體碰撞又返回到蒸汽源表麵，因而升華速度很漫。隨著壓力降低13.3Pa以下，平均自由程增大105倍，使升華速度顯著加快，飛離出來的水分子很少改變自己的方麵，從而形成了定向的蒸汽流。 真空泵在凍幹機中起著抽除氣體的作用，以維護升華所必需的低壓強。1g水蒸氣在常壓下為1.25L而在13.3Pa時卻膨脹為10000升，普通的真空泵在單位時間內抽除如此大量的體積是不可能的。凝結器實際上形成了專門捕集水蒸氣的真空泵。 製品與凝結的溫度通常為-25℃與-50℃。冰在該溫度下的飽和蒸汽壓分別為63.3Pa與1.1Pa,因而在升華麵與冷凝麵之間便產生了一個相當大的壓力差,如果此時係統內的不凝性氣體分壓可以忽略不計,它將促使製品升華出來的水蒸氣,以一定的流速定向地抵達凝結器表麵結成冰霜。 冰的升華熱約為2822J/克，如果升華過程不供給熱量，那末製品隻有降低內能來補償升華熱，直至其溫度與凝結器溫度平衡後，升華也就停止了。為了保持升華與冷凝來的溫度差，必須對製品提供足夠的熱量。
三 升華過程
在升溫的第一階段(大量升華階段)，製品溫度要低於其共晶點一個範圍。因此擱板溫要加以控製，若製品已經部分幹燥，但溫度卻超過了其共晶點，此時將發生製品融化現象，而此時融化的液體，對冰飽和，對溶質卻未飽和，因而幹燥的溶質將迅速溶解進去，最後濃縮成一薄僵塊，外觀極為不良，溶解速度很差，若製品的融化發生在大量升華後期，則由於融化的液體數量較少，因而被幹燥的孔性固體所吸收，造成凍幹後塊狀物有所缺損，加水溶解時仍能發現溶解速度較慢。 在大量升華過程，雖然擱板和製品溫度有很大懸殊，但由於板溫、凝結器溫度和真空溫度基本不變，因而升華吸熱比較穩定，製品溫度相對恒定。隨著製品自上而下層層幹燥，冰層升華的阻力逐漸增大。製品溫度相應也會小幅上升。直至用肉眼已不到冰晶的存在。此時90%以上的水分已除去。大量升華的過程至此已基本結束，為了確保整箱製品大量升華完畢，板溫仍需保持一個階段後再進行第二階段的升溫。剩餘百分之幾的水分稱殘餘水分，它與自由狀態的水在物理化學性質上有所不同，殘餘水分包括了化學結合之水與物理結合之水，諸如化合的結晶水結晶、蛋白質通過氫鍵結合的水以及固體表麵或毛細管中吸附水等。由於殘餘水分受到某種引力的束縛，其飽和蒸汽壓則是不同程度的降低，因而幹燥速度明顯下降。雖然提高製品溫度促進殘餘水分的氣化，但若超過某極限溫度，生物活性也可能急劇下降。保證製品安全的最高幹燥溫度要由實驗來確定。通常蜜桃视频网站WWW在第二階段將板溫+30℃左右，並保持恒定。在這一階段初期，由於板溫升高，殘餘水分少又不易氣化，因此製品溫度上升較快。但隨著製品溫度與板溫逐漸靠攏，熱傳導變得更為緩慢，需要耐心等待相當長的一段時間，實踐經驗表明，殘餘水分幹燥的時間與大量升華的時間幾乎相等有時甚至還會超過。
真空冷凍幹燥技術在生物工程、醫藥工業、食品工業、材料科學和農副產品深加工等領域有著廣泛的應用。 藥品冷凍幹燥包括西藥和中藥兩部分。西藥冷凍幹燥在國內已經得到了一定的發展，很多較大型的製藥廠都有冷凍幹燥設備。在針劑方麵，冷凍幹燥工藝采用的比較多，提高了藥品質量和貯存期限，給醫患雙方都帶來了利益。但目前凍幹藥品的品種不多，產品價格高，幹燥工藝不先進。在中藥方麵，目前還隻局限在人參、鹿茸、山藥、冬蟲夏草等少量中藥材的凍幹，大量的中成藥還沒有采用凍幹工藝，與國外差距較大。日本幾年前就開展了"漢藥西製"，改變了中藥的熬製方法，解決了中藥不能製成針劑或片劑的傳統，也解決了中藥不治急病的難題，因此我國中藥凍幹工藝及產品的研究很有潛力可挖。 在生物技術產品領域，凍幹技術主要用於血清、血漿、疫苗、酶、抗生素、激素等藥品的生產;生物化學的檢查藥品、免疫學及細菌學的檢查藥品;血液、細菌、動脈、骨骼、皮膚、角膜、神經組織及各種器官長期保存等。
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