04-凍干工藝培訓教材第二章、真空冷凍干燥原理

1、第二章冷凍干燥基礎理論11第二章第二章冷凍干燥基礎理論冷凍干燥基礎理論第一節(jié)第一節(jié)冷凍干燥的原理冷凍干燥的原理一、凍干的概念、目的及應用一、凍干的概念、目的及應用冷凍干燥就是把含有大量水分的物質，預先進行降溫凍結成固體。然后在真空的條件下使水蒸汽直接從固體中升華出來，而物質本身留在凍結的冰架子中，從而使得干燥制品不失原有的固體骨架結構，保持物料原有的形態(tài)且制品復水性極好。利用冷凍干燥目的是為了貯存潮濕的物質，通常是含有微生物組織的水溶液

2、，或不含微生物組織的水溶液。產品在凍結之后置于一個低水氣壓下，這時包含冰的升華，直接由固態(tài)在不發(fā)生熔化的情況下變成汽態(tài)。與其他干燥方式相比避免了化學、物理和酶的變化，從而確保了制品物性在保存時不易改變。實際需要的低水汽壓是靠真空的狀況下達到的。真空冷凍干燥技術主要應用于：(1)熱穩(wěn)定性差的生物制品，生化類制品，血液制品，基因工程類制品等藥物凍干；(2)為保持生物組織結構和活性，外科手術用的皮層、骨骼、角膜、心瓣膜等生物組織的處理；(3)

3、以保持食物色、香、味和營養(yǎng)成分以及能迅速復水的咖啡、調料、肉類、海產品、果蔬的凍干；(4)在微膠囊制備、藥品控釋材料等方面的應用。以保持生鮮物質不變性的人參、蜂皇漿、龜鱉等保健品及中草藥制劑的加工；(5)超微細粉末功能材料如：光導纖維、超導材料、微波介質材料、磁粉以及能加速反應工程的催化劑的處理等。二、冷凍干燥的原理及優(yōu)點二、冷凍干燥的原理及優(yōu)點1、水的狀態(tài)平衡圖水的狀態(tài)平衡圖物質有固、液、汽三態(tài)，物質的狀態(tài)與其溫度和壓力有關。圖11示

4、出水（H2O）的狀態(tài)平衡圖。圖中OA、OB、OC三條曲線分別表示冰和水、水和水蒸汽、冰第二章冷凍干燥基礎理論13（3）在低溫下干燥時，物質中的一些揮發(fā)性成份和受熱變性的營養(yǎng)成分損失很小，適合一些化學制品、藥品和食品的干燥。（4）由于在凍結的狀態(tài)下進行干燥，因此制品的體積、形狀幾乎不變，保持了原來的結構，不會發(fā)生濃縮現(xiàn)象。干燥后的物質疏松多孔，呈海綿狀，加水后溶解迅速而完全，幾乎立即恢復原來的性狀。（5）在真空下進行干燥，物料處于高度缺氧

5、狀態(tài)下，容易氧化的物質得到了保護。（6）干燥能排除9599%以上的水份，使干燥后產品能長期保存而不變質。第二節(jié)第二節(jié)冷凍干燥的一般過程冷凍干燥的一般過程需要凍干的物品需配制成一定濃度的液體，為了能保證干燥后有一定的形狀，一般凍干產品應配制成含固體物質濃度在4%～25%之間的稀溶液，以濃度為10%～15%最佳。這種溶液中的水，大部分是以分子的形式存在于溶液中的自由水；少部分是以分子吸附在固體物質晶格間隙中或以氫鍵方式結合在一些極性基團上的

6、結合水。固定于生物體和細胞中的水，大部分是可以凍結和升華的自由水，還有一部分不能凍結、很難除去的結合水。凍干就是在低溫、真空環(huán)境中除卻物質中的自由水和一部分的吸附于固體晶格間隙中的結合水。因此，冷凍干燥過程一般分三步進行，即預凍結、升華干燥（或稱第一階段干燥）、解析干燥（或稱第二階段干燥）。一、預凍結一、預凍結預凍就是將溶液中的自由水固化，賦予干后產品與干燥前相同的形態(tài)，防止抽空干燥時起泡、濃縮和溶質移動等不可逆變化發(fā)生，盡量減少由溫度