凍干工藝原理

1、凍干工藝原理第一節(jié) 冷凍干燥的原理     一、凍干的概念、目的及應(yīng)用                冷凍干燥就是把含有大量水分的物質(zhì)，預(yù)先進(jìn)行降溫凍結(jié)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(zhì)本身留在凍結(jié)的冰架子中，從而使得干燥制品不失原有的固體骨架結(jié)構(gòu)，保持物料原有的形態(tài),且制品復(fù)水性極好。利用冷凍干燥目的是為了貯存潮濕的物質(zhì)，通常是含有微生物組織的水溶液，或不含

2、微生物組織的水溶液。產(chǎn)品在凍結(jié)之后置于一個(gè)低水氣壓下，這時(shí)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(xué)、物理和酶的變化，從而確保了制品物性在保存時(shí)不易改變。實(shí)際需要的低水汽壓是靠真空的狀況下達(dá)到的。     真空冷凍干燥技術(shù)主要應(yīng)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(jié)構(gòu)和活性，外科手術(shù)用的皮層、骨骼、角膜、心瓣膜等生物組織的處理；(3) 以保持食物色、香、味和營養(yǎng)成分以及能迅速復(fù)水的咖啡、調(diào)料、肉類、海產(chǎn)品、果蔬的凍干；(4) 在微膠囊制

3、備、藥品控釋材料等方面的應(yīng)用。 以保持生鮮物質(zhì)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(xì)粉末功能材料如：光導(dǎo)纖維、超導(dǎo)材料、微波介質(zhì)材料、磁粉以及能加速反應(yīng)工程的催化劑的處理等。二、冷凍干燥的原理及優(yōu)點(diǎn)                1、 水的狀態(tài)平衡圖         物質(zhì)有固、液、汽三態(tài)，物質(zhì)的狀態(tài)

4、與其溫度和壓力有關(guān)。圖1-1示出水（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、冰和水蒸汽兩相共存時(shí)其壓力和溫度之間的關(guān)系。分別稱為溶化線、沸騰線和升華線。此三條曲線將圖面分為、三個(gè)區(qū)域，分別稱為固相區(qū)、液相區(qū)和氣相區(qū)。箭頭1、2、3分別表示冰溶化成水，水汽化成水蒸汽和冰升華成水蒸汽的過程。曲線OB的頂端有一點(diǎn)K，其溫度為374，稱為臨界點(diǎn)。若水蒸汽的溫度高于其臨界溫度374時(shí)，無論怎樣加大壓力，水蒸汽也不能變成水。三曲線的交點(diǎn)O，為固、液、汽三相其存的狀態(tài)，稱為三相點(diǎn)，其溫度為0.01，壓力為610Pa。在三相點(diǎn)以下，不存在液相。 若將冰面的壓力保

5、持低于610Pa，且給冰加熱，冰就會不經(jīng)液相直接變成汽相，這一過程稱為升華。       真空冷凍干燥是先將濕料凍結(jié)到共晶點(diǎn)溫度以下,使水分變成固態(tài)的冰,然后在較高的真空度下,使冰直接升華為水蒸氣,再用真空系統(tǒng)中的水汽凝結(jié)器將水蒸氣冷凝,從而獲得干燥制品的技術(shù)。干燥過程是水的物態(tài)變化和移動(dòng)的過程。這種變化和移動(dòng)發(fā)生在低溫低壓下。因此，真空冷凍干燥的基本原理就是低溫低壓下傳質(zhì)傳熱的機(jī)理。            

6、;    2、 冷凍干燥的優(yōu)點(diǎn)     冷凍干燥與常規(guī)的曬干、烘干、煮干、噴霧干燥及真空干燥相比，有許多突出的優(yōu)點(diǎn)：（1） 冷凍干燥在低溫下進(jìn)行，因此在對于許多熱敏性的物質(zhì)特別適用。如蛋白質(zhì)、微生物之類，不會發(fā)生變性或失去生物活力。（2） 在凍干過程中，微生物的生長和酶的作用無法進(jìn)行。因此能保持原來的性狀。（3） 在低溫下干燥時(shí)，物質(zhì)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(xué)制品、藥品和食品的干燥。（4） 由于在凍結(jié)的狀態(tài)下進(jìn)行干燥，因此制品的體積、形狀幾乎不變，保持了原來的結(jié)

7、構(gòu)，不會發(fā)生濃縮現(xiàn)象。干燥后的物質(zhì)疏松多孔，呈海綿狀，加水后溶解迅速而完全，幾乎立即恢復(fù)原來的性狀。（5） 在真空下進(jìn)行干燥，物料處于高度缺氧狀態(tài)下，容易氧化的物質(zhì)得到了保護(hù)。（6） 干燥能排除95-99%以上的水份，使干燥后產(chǎn)品能長期保存而不變質(zhì)。           第二節(jié) 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(chǎn)品應(yīng)配制成含固體物質(zhì)濃度在4%25%之間的稀溶液，以濃

8、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(zhì)晶格間隙中或以氫鍵方式結(jié)合在一些極性基團(tuán)上的結(jié)合水。固定于生物體和細(xì)胞中的水，大部分是可以凍結(jié)和升華的自由水，還有一部分不能凍結(jié)、很難除去的結(jié)合水。凍干就是在低溫、真空環(huán)境中除卻物質(zhì)中的自由水和一部分的吸附于固體晶格間隙中的結(jié)合水。因此，冷凍干燥過程一般分三步進(jìn)行，即預(yù)凍結(jié)、升華干燥（或稱第一階段干燥）、解析干燥（或稱第二階段干燥）。             

9、   一、預(yù)凍結(jié)                預(yù)凍就是將溶液中的自由水固化，賦予干后產(chǎn)品與干燥前相同的形態(tài)，防止抽空干燥時(shí)起泡、濃縮和溶質(zhì)移動(dòng)等不可逆變化發(fā)生，盡量減少由溫度引起的物質(zhì)可溶性減少和生命特性的變化。                1、

10、 預(yù)凍的方法    溶液的預(yù)凍方法有兩種：凍干箱內(nèi)預(yù)凍法和箱外預(yù)凍法。箱內(nèi)預(yù)凍法是直接把產(chǎn)品放置在凍干機(jī)內(nèi)的多層擱板上，由凍干機(jī)的冷凍機(jī)來進(jìn)行冷凍，大量的小瓶和安瓶進(jìn)行凍干時(shí)為了進(jìn)箱和出箱方便，一般把小瓶或安瓶分放在若干金屬盤內(nèi)，再裝進(jìn)箱子，為了改善熱傳遞。有些金屬盤制成可抽活底式，進(jìn)箱時(shí)把底抽走，讓小瓶直接與凍干箱的金屬板接觸；對于不可抽底的盤子，要求盤底平整，以獲得產(chǎn)品的均一性。采用旋凍法的大血漿瓶要事先凍好后加上導(dǎo)熱用的金屬架后再進(jìn)箱進(jìn)行冷凍。箱外預(yù)凍法有二種方法。有些小型凍干機(jī)沒有進(jìn)行預(yù)凍產(chǎn)品的裝置，只能利用低溫冰箱或酒精加干冰來進(jìn)行預(yù)

11、凍。另一種是專用的旋凍器，它可把大瓶的產(chǎn)品邊旋轉(zhuǎn)邊冷凍成殼狀結(jié)構(gòu)，然后再進(jìn)入凍干箱內(nèi)。還有一種特殊的離心式預(yù)凍法，離心式凍干機(jī)就采用此法。利用在真空下液體迅速蒸發(fā)，吸收本身的熱量而凍結(jié)。旋轉(zhuǎn)的離心力防止產(chǎn)品的氣體逸出，使產(chǎn)品能“平靜地”凍結(jié)成一定的形狀。轉(zhuǎn)速一般為800轉(zhuǎn)/分左右。2、 預(yù)凍的過程：                水溶液溫度降到一定時(shí)，根據(jù)溶液共晶濃度，濃度淡溶液里開始結(jié)冰，這個(gè)溫度就叫結(jié)冰點(diǎn)。一般來說結(jié)冰點(diǎn)受

12、濃度的支配與濃度一起下降。溶液溫度低于結(jié)冰點(diǎn)時(shí)，溶液中的一部分會結(jié)晶析出，剩下的溶液濃度將會上升，就這樣結(jié)冰點(diǎn)下降，接著繼續(xù)冷卻，冰結(jié)晶隨著冷卻而增加，剩下的溶液濃度隨之而增大?？墒菧囟冉档侥骋稽c(diǎn)時(shí)剩下的溶液就全部凍結(jié)，這時(shí)的凍結(jié)物里混雜著冰晶體，這時(shí)的溫度就是共晶點(diǎn)。 溶液需過冷到冰點(diǎn)以后，其內(nèi)產(chǎn)生晶核以后，自由水才會開始以冰的形式結(jié)晶，同時(shí)放出結(jié)晶熱使其溫度上升到冰點(diǎn)，隨著晶體的生長，溶液濃度的增加，當(dāng)濃度達(dá)到共晶濃度，溫度下降到共晶點(diǎn)以下時(shí)，溶液就會全部凍結(jié)。溶液結(jié)晶的晶粒數(shù)量和大小除了與溶液本身的性質(zhì)有關(guān)以外，還與晶核生成速率和晶體生長速率有關(guān)。而晶核生成速率和晶體生長速率這

13、兩個(gè)因素又是隨溫度和壓強(qiáng)的變化而變化的，因此，我們可以通過控制溫度和壓強(qiáng)來控制溶液結(jié)晶的晶粒數(shù)量和大小。一般來說，冷卻速度越快，過冷溫度越低，所形成的晶核數(shù)量越多，晶體來不及生長就被凍結(jié)，此時(shí)所形成的晶粒數(shù)量越多，晶粒越細(xì)；反之晶粒數(shù)量越少，晶粒越大。晶體的形狀也與凍結(jié)溫度有關(guān)。在0oC附近開始凍結(jié)時(shí)，冰晶呈六角對稱形，在六個(gè)主軸方向向前生長，同時(shí)，還會出現(xiàn)若干副軸，所有冰晶連接起來，在溶液中形成一個(gè)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。隨著過冷度的增加，冰晶將逐漸喪失容量辨認(rèn)的六角對稱形式，加之成核數(shù)多，凍結(jié)速度快,可能形成一種不規(guī)則的樹枝型，它們有任意數(shù)目的軸向柱狀體，而不象六方晶型那樣只有六條。生物體液（如血液血漿

14、、肌肉漿液、玻璃體液等）結(jié)冰形成的結(jié)晶單元，往往與單一成分的水溶液形成的冰晶類型相似。結(jié)晶類型主要取決于冷卻速度和體液濃度，例如血漿、肌肉漿液等在正常濃度下結(jié)冰時(shí)，在較高零下溫度、慢冷卻速度下形成六方結(jié)晶單元，快速冷卻至低溫時(shí)形成不規(guī)則樹枝狀晶體。細(xì)胞懸浮液（如紅血球、白血球、精子、細(xì)菌等懸浮于蒸餾水、血漿或其他懸浮介質(zhì)中），在高零下溫度緩慢結(jié)冰時(shí)，懸浮液中大量的冰生長，將細(xì)胞擠在兩冰柱之間的狹窄管道中，管道內(nèi)的懸浮介質(zhì)因水析出結(jié)冰而溶質(zhì)濃縮，細(xì)胞內(nèi)的水通過細(xì)胞膜滲透出細(xì)胞，又造成細(xì)胞內(nèi)溶質(zhì)的濃縮。與此同時(shí)，胞外冰的生長，還將迫使細(xì)胞物質(zhì)體積縮小、變形。但此時(shí)細(xì)胞內(nèi)不結(jié)冰。當(dāng)在低溫下快速結(jié)冰時(shí)

15、，則細(xì)胞內(nèi)將形成胞內(nèi)冰。冰的大小、形狀和分布與冷卻速度、保護(hù)劑的存在與否、保護(hù)劑的性質(zhì)以及細(xì)胞內(nèi)水的含量有關(guān)，一般說來，冷卻速度越快、溫度越低，細(xì)胞內(nèi)形成的冰越多。懸浮液中添加非滲透性保護(hù)劑，可以使快速結(jié)冰時(shí)細(xì)胞內(nèi)形成的冰數(shù)目減少。 溶液結(jié)晶的形式對凍干速率有直接的影響。冰晶升華后留下的空隙是后續(xù)冰晶升華時(shí)水蒸氣的逸出通道，大而連續(xù)的六方晶體升華后形成的空隙通道大，水蒸汽逸出的阻力小，因而制品干燥速度快，反之樹枝形和不連續(xù)的球狀冰晶通道小或不連續(xù)，水蒸汽靠擴(kuò)散或滲透才能逸出，因而干燥速度慢。因此僅從干燥速率來考慮，慢凍為好。此外，凍結(jié)的速率還與凍結(jié)設(shè)備的種類、能力和傳熱介質(zhì)等有關(guān)。預(yù)

16、凍會對細(xì)胞和生命產(chǎn)生一定的破壞作用，其機(jī)理是非常復(fù)雜的，一般認(rèn)為，預(yù)凍過程中水結(jié)冰所產(chǎn)生的機(jī)械效應(yīng)和溶質(zhì)效應(yīng)是引起生化藥品在凍干過程中失活或變性的重要因素。機(jī)械效應(yīng)是指水結(jié)冰時(shí)體積增大，致使活性物質(zhì)活性部位中一些弱分子力鍵受到破壞，從而使活性損失；溶質(zhì)效應(yīng)是指水結(jié)冰以后引起溶質(zhì)濃度上升以及由于各種溶質(zhì)在各種溫度條件下溶解度變化不一致引起pH值的變化，導(dǎo)致活性物質(zhì)所處的環(huán)境發(fā)生變化而造成失活或變性。對這種現(xiàn)象可采用下列措施解決：預(yù)凍采用速凍法，先將擱板溫度降至45OC，再放入產(chǎn)品急速冷凍，形成細(xì)微冰晶，使其來不及產(chǎn)生機(jī)械效應(yīng)。選用緩沖劑時(shí)要選用溶解度相當(dāng)?shù)木彌_配對鹽。加入產(chǎn)品保護(hù)劑。升華階段時(shí)間

17、的長短與下列因素有關(guān)： 產(chǎn)品的品種：共熔點(diǎn)溫度較高的產(chǎn)品容易干燥，升華的時(shí)間短些； 每瓶內(nèi)的裝量（正常的干燥速率大約為1mm/h）、總裝量、玻璃容器的形狀、規(guī)格； 升華時(shí)提供的熱量； 凍干機(jī)本身的性能    二、升華干燥（第一階段干燥）                升華干燥也稱為第一階段干燥。將凍結(jié)后的產(chǎn)品置于密封的真空容器中加熱，其冰晶就會升華成水蒸汽逸

18、出而使產(chǎn)品脫水干燥。干燥是從外表面開始逐步向內(nèi)推移的，冰晶升華后殘留下的空隙變成爾后升華水蒸汽的逸出通道。已干燥層和凍結(jié)部分的分界面稱為升華界面。在生物制品干燥中，升華界面約為每小時(shí)1mm的速度向下推進(jìn)。當(dāng)全部冰晶除去時(shí)，第一階段干燥就完成了，此時(shí)約除去全部水分的90%左右。產(chǎn)品在升華干燥時(shí)要吸收熱量，一克冰全部變成水蒸汽大約需要吸收670卡左右的熱量。因此升華階段必須對產(chǎn)品進(jìn)行加熱。當(dāng)凍干箱內(nèi)的真空度降至10Pa（可根據(jù)制品要求而定）以下，就可以開始給制品加熱，為產(chǎn)品升華提供能量，且凍干箱內(nèi)的真空度應(yīng)控制在10-30Pa之間最有利于熱量的傳遞，利于升華的進(jìn)行。第一階段升華干燥是冷凍干燥的關(guān)鍵

19、階段，大部分的水在這一階段被升華。若控制不好，會直接影響產(chǎn)品的外觀質(zhì)量和凍干時(shí)間。若擱板的溫度過高，擱板向產(chǎn)品提供的熱量大于水分升華所吸收的熱量，則產(chǎn)品溫度持續(xù)上升，當(dāng)產(chǎn)品溫度超過其共熔點(diǎn)時(shí)，則產(chǎn)生噴瓶或瓶底變空的現(xiàn)象，影響產(chǎn)品的外觀質(zhì)量。賦形劑的選擇和用量對凍干生化藥品的外觀影響很大。由于各個(gè)產(chǎn)品的性質(zhì)不相同、配方各不同、離子濃度各不相同，對賦形劑選擇和用量要求各不一樣，若控制不好，凍干后的產(chǎn)品外觀成為不易溶解的蜂窩狀或粉狀，而不能成為結(jié)構(gòu)疏松、易于溶解的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，影響藥品的外觀質(zhì)量。但由于產(chǎn)品升華時(shí)，升華面不是固定的。而是在不斷的變化，并且隨著升華的進(jìn)行，凍結(jié)產(chǎn)品越來越少。因此造成對產(chǎn)品溫

20、度測量的困難，利用溫度計(jì)來測量均會有一定的誤差?？梢岳脷鈮簻y量法來確定升華時(shí)產(chǎn)品的溫度，把凍干箱和冷凝器之間的閥門迅速地關(guān)閉12秒的時(shí)間（切不可太長）。然后又迅速打開，在關(guān)閉的瞬間觀察凍干箱內(nèi)的壓強(qiáng)升高情況，計(jì)下壓強(qiáng)升高到某一點(diǎn)的最高數(shù)值。從冰的不同溫度的飽和蒸汽壓曲線或表上可以查出相應(yīng)數(shù)值，這個(gè)溫度值就是升華時(shí)產(chǎn)品的溫度。產(chǎn)品的溫度也能通過對升華產(chǎn)品的電阻的測量來推斷。如果測得產(chǎn)品的電阻大于共熔點(diǎn)時(shí)的電阻數(shù)值，則說明產(chǎn)品的溫度低于共熔點(diǎn)的溫度；如果測得的電阻接近共熔點(diǎn)時(shí)的電阻數(shù)值，則說明產(chǎn)品溫度已接近或達(dá)到共熔點(diǎn)的溫度。第一階段干燥結(jié)束可以通過以下現(xiàn)象判斷：a.  干燥

21、層和凍結(jié)層的交界面到達(dá)瓶底并消失。b.  產(chǎn)品溫度上升到接近產(chǎn)品共溶點(diǎn)的溫度。c.  凍干箱的壓力和冷凝器的壓力接近，且兩者間壓力差維持不變d.  當(dāng)關(guān)閉干燥室與冷凝器之間的閥門時(shí)，壓強(qiáng)上升速率與滲漏相壓器近（需要預(yù)先檢查滲漏的速率）。e.  當(dāng)在多歧管上干燥時(shí)，容器表面上的冰或水珠消失，其溫度達(dá)到環(huán)境溫度。通常在此基礎(chǔ)上還要延長30分鐘到1小時(shí)的時(shí)間再轉(zhuǎn)到第二步干燥，以保證沒有殘留的冰。     三、解析干燥（第二階段干燥）   &#

22、160;            解析干燥也稱第二階段干燥。在第一階段干燥結(jié)束后，產(chǎn)品內(nèi)還存在10%左右的水分吸附在干燥物質(zhì)的毛細(xì)管壁和極性基團(tuán)上，這一部分的水是未被凍結(jié)的。當(dāng)它們達(dá)到一定含量，就為微生物的生長繁殖和某些化學(xué)反應(yīng)提供了條件。實(shí)驗(yàn)證明：即使是單分子層吸附以下的低含水量，也可以成為某些化合物的溶液，產(chǎn)生與水溶液相同的移動(dòng)性和反應(yīng)性。因此為了改善產(chǎn)品的貯存穩(wěn)定性，延長其保存期，需要除去這些水分。這就是解析干燥的目的。 由于這一部分水分是通過范德華力、氫鍵等弱

23、分子力吸附在藥品上的結(jié)合水，因此要除去這部分水，需要克服分子間的力，需要更多的能量。此時(shí)可以把制品溫度加熱到其允許的最高溫度以下（產(chǎn)品的允許溫度視產(chǎn)品的品種而定，一般為25-40左右。病毒性產(chǎn)品為25，細(xì)菌性產(chǎn)品為30，血清、抗菌素等可高達(dá)40），維持一定的時(shí)間（由制品特點(diǎn)而定），使殘余水分含量達(dá)到預(yù)定值，整個(gè)凍干過程結(jié)束。如果制品共晶點(diǎn)較高，系統(tǒng)的真空度也能保持良好，凝結(jié)器的制冷能力充裕，則也可采用一定的升溫速度，將擱板溫度升高至允許的最高溫度，直至凍干結(jié)束，但也需保證制品在大量升華時(shí)的溫度不得超過共晶點(diǎn)。 在解析干燥階段由于產(chǎn)品內(nèi)逸出水份的減少，冷凝器溫度的下降又引起系統(tǒng)內(nèi)水蒸氣

24、壓力的下降，這樣往往使凍干箱的總壓力下降到低于10Pa，這就使凍干箱內(nèi)對流的熱傳遞幾乎消失。為了改進(jìn)凍干箱傳熱，使產(chǎn)品溫度較快地達(dá)到最高允許溫度，以縮短解析干燥階段時(shí)間，要對凍干箱內(nèi)的壓強(qiáng)進(jìn)行控制，控制的壓強(qiáng)范圍在1530Pa之間。產(chǎn)品溫度到達(dá)許可溫度之后，為了進(jìn)一步降低產(chǎn)品內(nèi)的殘余水份含量，需要恢復(fù)高真空度，同時(shí)，冷凝器由于負(fù)荷減少也達(dá)到了極限低溫，這樣凍干箱和冷凝器之間水蒸氣壓力差達(dá)到了最大值。這種狀況非常有利于產(chǎn)品內(nèi)殘余水份的逸出。由于凍干藥品中的殘留水分對凍干生化藥品的影響很大，殘留水分過多，生化活性物質(zhì)容易失活，大大降低了穩(wěn)定性。控制凍干藥品中的殘留水分，關(guān)鍵在于第二階段再干燥的控制

25、。在這一階段中，溫度要選擇能允許的最高溫度；真空度的控制盡可能提高，有利于殘留水分的逸出；持續(xù)的時(shí)間越長越好，一般過程需要4-6小時(shí)；對自動(dòng)化程度較高的凍干機(jī)可采取壓力升高試驗(yàn)對殘留水分進(jìn)行控制，保證凍干藥品的水分含量少于3%。第三節(jié) 凍干曲線的制定生物制品的冷凍干燥產(chǎn)品，需要有一定的物理形態(tài)、均一的顏色、合格的殘余水份含量、良好的溶解性、高的存活率或效價(jià)，長的保存期。因此，不僅要對配制過程和凍干后的密封保存進(jìn)行控制。更重要的是對冷凍干燥過程的每一階段的各參數(shù)進(jìn)行全面的控制，才能得到優(yōu)質(zhì)的產(chǎn)品。凍干曲線和時(shí)序就是進(jìn)行冷凍干燥過程控制的基本依據(jù)。凍干曲線就是表示凍干過程中產(chǎn)品的溫度、壓力隨時(shí)間變

26、化的關(guān)系曲線；凍干時(shí)序是在凍干過程中不同時(shí)間，各種設(shè)備的啟閉運(yùn)行情況。凍干加工中最重要的過程參數(shù)是制品的溫度和干燥箱內(nèi)的壓力。對于某一具體的凍干機(jī)，由于制品的溫度與擱板溫度或箱內(nèi)空間溫度有一定依從關(guān)系，許多設(shè)備又不能控制產(chǎn)品表面的壓力，所以實(shí)踐中凍干曲線往往用擱板溫度（或箱內(nèi)空間溫度）與時(shí)間的關(guān)系曲線來表示。為了監(jiān)測凍干過程的主要參數(shù)，配自動(dòng)記錄儀的凍干機(jī)一般均自動(dòng)記錄下擱板的溫度、制品溫度、水汽凝結(jié)器溫度、凍干箱壓力等四個(gè)參數(shù)和時(shí)間的曲線。這些曲線均為凍干曲線。比較典型的凍干曲線將擱板升溫分為兩個(gè)階段，在大量升華時(shí)擱板溫度保持較低，根據(jù)實(shí)際情況，一般可控制在-10+10之間。第二階段則根據(jù)制

27、品性質(zhì)將擱板溫度適當(dāng)調(diào)高，此法適用于其熔點(diǎn)較低的制品。若對制品的性能尚不清楚，機(jī)器性能較差或其工作不夠穩(wěn)定時(shí)，用此法也比較穩(wěn)妥。實(shí)際上，凍干曲線的形狀與產(chǎn)品的性能、裝量的多少、分裝容量的種類、設(shè)備條件等許多因素有關(guān)。制定凍干曲線要考慮下列因素： 產(chǎn)品的品種：有些產(chǎn)品受冷凍的影響較大，有些產(chǎn)品則影響較??；一般細(xì)菌性的產(chǎn)品受冷凍的影響較大，病毒性的產(chǎn)品受冷凍的影響較小。共熔點(diǎn)低的產(chǎn)品要求預(yù)凍的溫度低，加熱時(shí)板層的溫度亦相應(yīng)要低些；為了長期保存產(chǎn)品，殘余水份含量要求低的產(chǎn)品，凍干時(shí)間需長些。殘余水份含量要求高的產(chǎn)品，凍干時(shí)間可縮短； 裝液量：總裝液量和每一容器內(nèi)產(chǎn)品裝液量的多少，

28、裝液量多則凍干時(shí)間長； 容器的品種：底部平整則傳熱較好。底部不平或玻璃較厚則傳熱較差，后者顯然凍干時(shí)間較長； 凍干機(jī)性能：生產(chǎn)廠家不同，凍干曲線也不完全一樣。生產(chǎn)中應(yīng)根據(jù)各自的具體條件，從試驗(yàn)中制定出最佳的凍干曲線。制定凍干曲線和凍干時(shí)序主要確定下列數(shù)據(jù):預(yù)凍速率預(yù)凍速率的快慢，對產(chǎn)品凍結(jié)中晶粒的大小、活菌的存活率和升華的速率均有直接的影響。一般來說，慢凍晶粒大，產(chǎn)品外觀粗糙、不容易損傷活菌，但升華速率快，而速凍則與此相反。通常凍干機(jī)是不能調(diào)節(jié)凍結(jié)速率的。如需凍結(jié)得快一些，則先將干燥室（箱）預(yù)冷至較低溫度，再將制品入箱凍結(jié)。若使干燥箱與制品一起降溫，其凍結(jié)速率較慢。預(yù)凍溫度

29、   根據(jù)預(yù)凍方法不同而略有差異。一般來說，擱板溫度應(yīng)低于制品共熔點(diǎn)510oC。預(yù)凍時(shí)間預(yù)凍所需的時(shí)間要根據(jù)不同的具體條件而定，總的原則是應(yīng)使產(chǎn)品的各部分完全凍牢。一般來說，制品裝量多，分裝的容器底不平，托盤與擱板接觸傳熱不良，凍干機(jī)制冷能力小，產(chǎn)品的過冷度小，擱板間的溫差大等均應(yīng)延長預(yù)凍時(shí)間。反之預(yù)凍時(shí)間可以縮短。通常擱板式凍干機(jī)，干燥箱的擱板從室溫30oC降到-40oC約需24個(gè)小時(shí)，在制品樣品溫度降到預(yù)定的最低溫度后，還需在此溫度下保持12小時(shí)，才能升華。水汽凝結(jié)器的降溫時(shí)間與溫度    在產(chǎn)品預(yù)凍結(jié)束前30-50分鐘

30、（視其制冷能力決定時(shí)間長短）就應(yīng)使水汽凝結(jié)器降溫。溫度降到-40oC左右，起動(dòng)真空泵抽真空，當(dāng)產(chǎn)品表面壓力降至10-20Pa以下，起動(dòng)加熱循環(huán)泵，給產(chǎn)品供熱升華。 抽真空時(shí)間預(yù)凍結(jié)束就是開始抽真空，要求在0.5h左右的時(shí)間真空度能達(dá)到10Pa；預(yù)凍結(jié)束就是停止凍干箱冷凍機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)，通常在抽真空的同時(shí)或真空抽到規(guī)定要求時(shí)停止冷凍機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)。預(yù)凍結(jié)束的時(shí)間    預(yù)凍結(jié)束就是停止凍干箱板層的降溫，通常在抽真空的同時(shí)或真空抽到規(guī)定要求時(shí)停止板層的降溫。開始加熱時(shí)間 一般認(rèn)為開始加熱的時(shí)間始于抽真空（實(shí)際上抽真空開始，升華即已開始）。開始加熱是在

31、真空度達(dá)到10Pa之后，有些凍干機(jī)利用真空繼電器自動(dòng)接通加熱，即真空度達(dá)到10Pa時(shí)，加熱便自動(dòng)開始；有些凍干機(jī)是在抽真空之后半小時(shí)開始加熱，這時(shí)真空度已達(dá)到10Pa甚至更高。真空報(bào)警工作時(shí)間   由于真空度對于升華是極其重要的，因此新式的凍干機(jī)均設(shè)有真空報(bào)警裝置。真空報(bào)警裝置的工作時(shí)間在加熱開始之時(shí)到校正漏孔使用之前，或從開始一直到凍干結(jié)束。一旦在升華過程中真空度下降而發(fā)生真空報(bào)警時(shí)，一方面發(fā)出報(bào)警信號，一方面自動(dòng)切斷凍干箱的加熱。同時(shí)還啟動(dòng)凍干箱的冷凍機(jī)對產(chǎn)品進(jìn)行降溫，以保護(hù)產(chǎn)品不致發(fā)生熔化。真空控制的工作時(shí)間真空控制的目的是為了改進(jìn)凍干箱內(nèi)的熱量傳遞，通常在

32、第二階段干燥時(shí)使用，待產(chǎn)品溫度達(dá)到最高許可溫度之后即可停止，繼續(xù)恢復(fù)真空狀態(tài)，使用時(shí)間的長短由產(chǎn)品的品種、裝量和真空度的數(shù)值所決定。也可第一階段干燥時(shí)使用。產(chǎn)品加熱的最高許可溫度 板層加熱的最高許可溫度根據(jù)產(chǎn)品來決定，在升華時(shí)板層的加熱溫度可以超過產(chǎn)品的最高許可溫度因?yàn)檫@時(shí)產(chǎn)品仍停留在低溫階段，提高板層溫度可促進(jìn)升華；但凍干后期板層溫度需下降到與產(chǎn)品的最高許可溫度相一致。由于傳熱的溫差，板層的溫度可比產(chǎn)品的最高許可溫度略高少許。凍干的總時(shí)間凍干的總時(shí)間是預(yù)凍時(shí)間，加上升華時(shí)間和第二階段工作的時(shí)間?？倳r(shí)間確定，凍干結(jié)束時(shí)間也確定。凍干總時(shí)間根據(jù)產(chǎn)品的品種、瓶子的品種、裝箱方式、裝量、機(jī)

33、器性能等來決定，一般冷凍工作的時(shí)間較長，在1824h左右，有些產(chǎn)品需要幾天的時(shí)間。第四節(jié) 凍干過程中主要參數(shù)的控制凍干機(jī)影響干燥過程的主要因素是升華界面的溫度（或供熱量）和水蒸汽逸出制品的能力。前者主要由擱板的溫度和干燥箱的壓力（真空度）所決定，而后者主要由升華界面的溫度（對應(yīng)的水蒸汽飽和壓力）和箱內(nèi)的水蒸汽分壓所決定。因此，要使干燥過程具有“再現(xiàn)性”，擱板的溫度、干燥箱的壓力（真空度）和其水蒸汽分壓這三個(gè)參數(shù)進(jìn)行“過程控制”，才能使批與批間的制品具有相同的凍干條件和同樣的質(zhì)量下面從“過程再現(xiàn)”的角度分別介紹目前所采用的擱板溫度，干燥箱內(nèi)壓力（真空度）和水蒸汽分壓的控制。一、擱板溫度的控制生物

34、醫(yī)藥冷凍干燥機(jī)均用電加熱，利用控制電加熱的通斷，可以方便地控制加熱量和溫度。一般采用兩種方式。1、 階梯式升溫即將升溫階段分成若干區(qū)段，在每區(qū)段開始時(shí)接通加熱器升溫。當(dāng)擱板（介質(zhì)）溫度達(dá)到該段值上限時(shí)，切斷加熱器，保溫到該段時(shí)間結(jié)束，再轉(zhuǎn)入下區(qū)段的升溫。此種方式中每區(qū)段擱板的升溫速率不進(jìn)行控制，但因制品升溫滯后于擱板的升溫，因此制品的升溫速率與預(yù)定的接近。2、 跟蹤式升溫根據(jù)制品要求的升溫速率，制定出擱板升溫速率曲線，將實(shí)測的擱板升溫速率與對應(yīng)時(shí)刻要求的升溫速率曲線相比較，確定加熱器的通斷時(shí)間比例，并不斷修正這個(gè)比例使實(shí)際升溫曲線跟蹤要求的升溫曲線，這種方式能較準(zhǔn)確的進(jìn)行過程控制。二、箱內(nèi)壓力

35、（真空度）的控制                    過去人們調(diào)控箱內(nèi)壓力的目的，主要在于提高箱內(nèi)壓力，可以提高升華界面允許的最高溫度和供熱量，從而可加快干燥的速度。引入“過程再現(xiàn)性”的觀點(diǎn)以后，人們還要用能否獲得“相同的凍干條件”來重新審視這些方法的優(yōu)劣。箱內(nèi)壓力調(diào)控的方法主要有：    1、 校下漏孔法這是目前多數(shù)生物、醫(yī)藥凍干機(jī)所采用的方法

36、，它是基于提高干燥塔速率而提出來的。其方法是將無菌空氣（或氣體，下同）引入干燥箱和冷阱，在冷阱的冷凝表面上形成一層空氣膜，因而水蒸汽的凝結(jié)阻力增大，冷阱壓力提高，同時(shí)使干燥箱的壓力也相應(yīng)提睪。這種方法提高了干燥箱的全壓，改善了傳熱條件和提高了升華界面的最高允許溫度，而水蒸汽分壓稍低，有得水蒸汽的逸出，因此可以提高升華速率。但是： 熱傳導(dǎo)真空計(jì)的標(biāo)度與氣體成份有關(guān)，空氣進(jìn)入箱內(nèi)后，其氣體成分不斷變化，特別是解吸干燥階段與升華階段箱內(nèi)氣體成分差別較大，引起較大的測量誤差。 此種方法是利用降低冷阱的冷凝效率來提高箱內(nèi)壓力的，在開始升華階段有大量的水蒸汽需要捕捉，冷阱效率的降低無疑阻礙了升華速率的進(jìn)一步提高，因此實(shí)際使用中多用于升華后期和解吸干燥初期。  此外這種方法在冷阱入口若氣流速度大，冷凝面上聚集的空氣膜不斷被沖走，因而水蒸汽容易被捕捉凝結(jié)：而在氣流后段空氣比例越來越多，凝結(jié)阻力越來越大，因而結(jié)冰較少。這種凝結(jié)表面結(jié)冰的不均勻，甚至可能造成冷阱入口處的氣道阻塞。2. 調(diào)節(jié)真空泵能力法它也是基于提高干燥速率而采用的。其辦法是降低真空泵的抽氣能力或關(guān)閉真空泵，使漏入的和從制品中揮發(fā)出來的不凝性氣體逐步聚集在冷阱中，以降低冷凝效率，從而提高了冷阱的壓力和干燥