松源华兴解读“真空冷冻干燥”为什么要加热？

 

        是液态→固态→气态的过程。在冻干过程中，溶质颗粒之间的“液态桥”已被冻成“固态桥”，两颗粒间的相对位置已经被固定下来，并且两颗粒之间不存在气液界面的表面张力。随着溶剂的不断升华，“固桥”不断减少，但两颗粒之间的相对位置已不再发生变化，直至“固态桥”消失。

 

        （和通常的干燥方法如晒干、烘干、煮干、喷雾干燥及真空干燥相比）

        1、它是在低温下干燥，不使蛋白质产生变性，使微生物之类失去生物活力。

        2、由于是低温干燥，使物质中的挥发性成分和受热变性的营养成分和芳香成分损失很小 。

        3、在低温干燥过程中，微生物的生长和酶的作用几乎无法进行，能 地保持物质原来的性状。

        4、干燥后体积、形状基本不变，复水性好。

        5、因一般系真空下干燥，氧气极少，使易氧化的物质得到了保护。

        6、能除去物质中 95-99.5% 的水分 , 制品的保存期长。

 

        1、生物制品、药品方面：如抗菌素、抗毒素、诊断用品和疫苗的保存。

        2、微生物和藻类方面：如各种细菌、酵母、酵素、原生动物、微细藻类等的长期保存等。

        3、生物标本、生物组织方面：如制作各种动植物标本，干燥保存用于动物异种或同种移植的皮肤、角膜、骨骼、主动脉、心瓣膜等边缘组织。

        4、制作用于光学显微镜、电子扫描和透射显微镜的小组织片。

        5、食品的干燥方面：如咖啡、茶叶、肉鱼蛋类、海藻、水果、蔬菜、调料、豆腐、方便食品等。

        6、高级营养品及中草药方面：如蜂王浆、蜂蜜、花粉、中草药制剂等。

        7、超细微粉的制备方面：如制取 Al2O3、ZrO2、TiO2、Ba2Cu3O7～8、Ba2Ti9O20 等超细微粉。

        8、其他方面：如化工中的催化剂，冻干后可提高催化效率 5～20 倍；将植物叶子、土壤冻干保存，用以研究土壤、肥料、气候对植物生长的影响及生长因子的作用；潮湿的木制文物、淹坏的书籍稿件等用冻干法干燥，能大限度地保持原状等。

 

 

        预冻是将溶液中的自由水固化，赋予产品干燥后与干燥前有相同的形态，防止抽空干燥时起泡、浓缩、收缩和溶质移动等不可逆变化发生。

        溶液在冻结过程中，需过冷到bing点以下，其内部产生晶核以后，自由水才开始以纯bing的形式结晶，同时放出结晶热，使其温度上升到冰点，随着晶体的生长，溶液浓度增加，当浓度到达共晶浓度，温度下降到共晶点以下时，溶液就全部冻结。

        冻干制品升华前，必须冻结到一定的温度，这个温度应设在制品的共溶点以下 10 至 20℃，如不经过预冻直接抽真空，当压力降到一定程度时，液体就会被抽去。这种情况也叫蒸发这种蒸汽叫做不饱和蒸汽，如果制品冻结不实而抽真空，液体中的气体迅速逸出而起“沸腾”现象。制品如在“沸腾”中冻结，有部分可能逸出瓶外，引起药物损失或使品表面凹凸不平。由此可见，共溶点的温度是保证产品正常干燥的的温度，只能比它低，不能高于共溶点温度。

 

        将冻结后的产品置于密闭的真空容器中加热，其冰晶就会升华成水蒸气逸出而使产品脱水干燥。干燥是从外表面开始逐步向内推移的，冰晶升华后残留下的空隙变成而后升华水蒸气的逸出通道。已干燥层和冻结部分的分界面（实际上是一薄层）称为升华界面。在生物制品干燥中，升华界面约以 1mm/h 的速度向内推进。当全部冰晶去除时，升华干燥就完成了，此时可除去水分 90％左右。制品中冰的升华是在升华界面处进行的。升华时所需要的热量是由加热设备（通过搁板）提供，从搁板传来的热量由以下几种途径传至产品的升华界面：固体的传导，辐射，气体的对流。

        产品升华时受以下几个温度限制：

        产品冻结部分的温度应低于产品共溶点的温度。

        产品干燥部分的温度要低于其崩解温度或容许的温度（不烧焦或性变）。

        搁板温度。

 

        阶段干燥是将水以  冰  晶的形式除去的，因此冻干层的温度和升华界面的压力都必须控制在产品共溶点（或崩解温度）以下，才不致使 bing晶溶化。但对于吸附水，其吸附能量高，如果不提供足够的能量，水就不可能从吸附中解析出来。因此，这一阶段产品的温度应足够地高，只要不超过允许的温度，不烧毁产品和不造成产品过热而变性就可。同时，为了使解吸出来的水蒸气有足够的推动力逸出产品，必须使产品内外形成较大的蒸汽压差，因此这一阶段箱体内要保持高真空。第二阶段干燥后，产品残余水分的含量一般可以控制在0.5%-4% 之间。

 

        真空冷冻干燥实际就是利用升华的原理，升华是一个吸热的过程，如果没有足够的热量升华就无法进行，升华无法进行那么就不会有冷冻干燥的结果了！这只是解决了冷冻干燥过程中加热的原因的问题，那么怎么加热、如何加热、怎么能让冷冻干燥的速度快得到的制品质量又好呢？这个问题咱们下次再来讨论！