一、真空冷冻干燥原理真空冷冻干燥是将含水物质先冻结成固态,冻干机然后使其中的水份从固态升华成气态,从而除去水份而保存物质的方法。1.冻干的优点:冻干与通常的晒干、煮干、喷雾干燥及真空干燥相比有如下突出的优点。a.冻干是在低温下干燥的冻干机,不会使蛋白质产生变性,但可使微生物等失去生物活力。这对于那些热稳定性能差的生物活性制品、生物化学类制品、基因工程类制品和血液制品等的干燥保存特别适用。c.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,从而能最好地保持物质原来的性状。d.干燥后体积、形状基本不变,物质呈海绵状,无干缩,复水时与水的接触面大,能迅速还成原来的形状。e.因一般是在真空下干燥,故氧气极少,使易氧化的物质得到了保护。f.能除去物质中95%~99.5%的水分,制品的保存期长。2.冻干的应用冻干技术凭借其它干燥方法无法比拟的优点,越来越受到人们的青睐,目前已经广泛应用于医药、生物制品、食品、活性物质等各大领域,其应用规模还在不断快速扩大,真空冷冻干燥必将成为21世纪的重要应用技术。(1)冻干技术在生物制品方面的应用a.活菌菌苗。例如卡介苗、流脑菌苗、结核菌苗、口服痢疾活菌苗、沙门氏菌、链球菌等。b.火毒疫苗。例如麻疹疫苗、流感疫苗、狂犬疫苗、鸡瘟疫苗等。c.其它生物制品、生化药品。乙肝表面抗原诊断雪球、人白细胞干扰素、辅酶A(CoA)、三磷酸腺苷(ATP)、尿激酶等(2)冻干技术在西药生产中的应用多为针剂,以抗生素药、循环器官用药、中枢神经用药、维生素类和肿瘤药物为多。例如氨苄青霉素、利菌沙(琥乙红霉素片)等。(3)冻干技术在中药生产中的应用近几年开始用冻干法加工中成药,将配制好的中成药,经过浸渍、提取、过滤、浓缩、冻干后再制成粉剂、片或针剂。(4)医疗方面的应用利用冻干技术可以长期保存血液、动脉、骨骼、皮肤、角膜和神经组织等各种器官。冻干时细胞未被破坏,复水后生物体又能复活。例如冻干骨骼可以储存在室温或冰箱内长达2年。(5)食品的冻干,采用冻干加工的食品有:a.烹饪原料:肉、蛋、鱼、蔬菜等。b.食品工业用原料:奶粉、蛋粉、植物蛋白粉、茶叶、干果、肉粉、豆粉等。c.饮料类:咖啡、果珍等。d.补品类:花粉、蜂雏粉、鳖粉等。(6)冻干技术其它应用:a.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。b.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、骨骼、主动脉、心瓣膜等边缘组织。c.制作用于光学显微镜、电子扫描和透射显微镜的小组织片。d.食品的干燥方面:如咖啡、茶叶、肉鱼类、海藻、水果、蔬菜、调料、豆腐、方便食品等。e.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。f.超细微粉的制备方面:如制取Al2O3、ZrO2、TiO2、Ba2Cu3O7~8、Ba2Ti9O20等超细微粉。g.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。3.冷冻干燥的基本过程如下:a.制品的制备(前处理):如药物的培养、灭菌、分装、洗瓶、半加塞等,食品原料的挑选、清洗、切分、灭酶、分装等。b.制品的冻结(预冻):将制品冻结成固态。c.第一阶段干燥(升华干燥):将制品中的冰晶以升华方式除去。d.第二阶段干燥(解吸干燥):将残留于制品的水分在较高温度下蒸发一部分,使残余水分达到预定要求。e.密封包装:已干制品一般应在真空或充惰性气体条件下密封包装,以利于储存。4.制品冷冻的物理基础物质有固、液、气三态。物质的状态与其温度和压力有关。(图1)示出了水(H2O)的状态平衡 。图中OL、OK、OS三条曲线分别表示冰和水、水和水蒸气、冰和水蒸气两相共存时其压力和温度之间的关系,分别称为熔化线、沸腾线和升华线。此三条曲线将图面分成固相区、液相区和气相区。箭头分别表示冰融化成水,水蒸发成水蒸气和冰升华成水蒸气的过程。曲线OK的在顶端点K,其温度为374℃,称为临界点。当水蒸气的温度高于其临界温度374℃时,无论怎样加大压力,水蒸气也不能变成水。三曲线的交点O为固、液、气三相共存的状态,称为三相点,其温度为0.01℃,压力为610.5Pa以下,且给冰加热,则冰就会不经液相直接变成气相,这一过程称为升华。