12生物分离工程技术冷冻干燥技术.ppt

第十三章 冻干技术 一、概 述 二、水的三相图 三、冷冻干燥原理 四、冷冻装置 五、应用 一、概 述 水在维持生物体的构造、机能的作用。 冷冻干燥对食品、药品贮存的意义 如麻疹疫苗和卡介苗冷冻干燥前在保冷情况下的有效期均只有3个月，而卡介苗的安全试验就需耗时2个月才能完成。冷冻干燥工艺使卡介苗的活菌数经4～5年存放后仍保持在合格水平，完全能够保证产品规定的1.5年的有效期， 冻干目的和优点： 保留产品的完整的生物和化学结构及其活性。 冷冻干燥工艺的优点 ①能够保持药物成分的生物活性 ②药物中的一些挥发性成分损失很少，能较好地保持药物原来性状。 ③干燥后药物的体积变化很少，有利于保持药物原有结构。 ④干燥后的制品疏松多孔，稳定性及复水(溶解)性。 ⑤制品接触氧气少，一些易氧化的物质得到了保护。 ⑥液体加工方便，制品适合注射用针剂的使用。 ⑦无需过热处理就能去除制品中的水分。 二、水的三相图 图中OA是固液曲线，OB是汽液曲线，OC是固汽曲线，O为三相点。 当温度在三相点O以下时将压力降至OC线以下，溶剂就可以由固相直接升华为汽相。 例如，冰的蒸气压在-40℃时为0.1毫米汞柱，在-60℃时为0.01毫米汞柱，如将-40 ℃冰上的气压降到0.01毫米汞柱，固态的冰就吸收大量的热（1克0 ℃的冰变成0℃的蒸汽需吸热580千卡）直接升华为水蒸气。 三、冷冻干燥技术 1、冷冻阶段 2、升华阶段 3、解析干燥 1、冷冻阶段 　　 冷冻干燥首先要把原料进行冻结，使原料中的水变成冰，为下阶段的升华做好准备。 冻结温度的高低及冻结速度是控制目的，温度要达到物料的冻结点以下，不同的物料其冻接点各不相同。 冻结速度的快慢直接关系到物料中冰晶颗粒的大小，冰晶颗粒的大小对固态物料的结构及升华速率有直接关联。一般情况下，要求1--3小时完成物料的冻结，进入升华阶段。 2、升华阶段 升华干燥(一级干燥 )是冷冻干燥的主要过程，其目的是将物料中的冰全部汽化移走，整个过程中不允许冰出现溶化，否则便告冻干失败。 升华的二个基本条件：一是保证冰不溶化；二是冰周围的水蒸汽必须低于4.58mmHg(610Pa)（正确的说法应是低于物料冻结点的饱和蒸汽压）。 升华干燥一方面要不断移走水蒸气，使水蒸汽压低于要求的饱和蒸汽压，另一方面为加快干燥速度，要连续不断地提供维持升华所需的热量，这便需要对水蒸气压和供热温度进行最优化控制，以保证升华干燥能快速、低能耗完成。 在温度尚不到升华所必需的低温时，不能抽真空。否则，没有完全冻结的浓缩液体会产生“沸腾”，容易使一些具有较低共熔点温度的制品出现“难以干燥”的玻璃化状态。 3、解析干燥(二级干燥) 物料中所有的冰晶升华干燥后，物料内留下许多空穴，但物料的基质内还留有残余的未冻结水分（它们以结合水和玻璃态形式存在）。解析干燥就是要把残余的未冻结水分除去，最终得到干燥物料。 通常冻干药品的水分含量低于或接近于2％较好，原则上最高不应超过3％。 四、冷冻装置 1、实验室制备冻干品的简易方法 2、旋转冷冻离心式冻干机 3、实验室规模的冻干机 4、工业化冻干机组 1、实验室制备冻干品的简易方法-I 1、实验室制备冻干品的简易方法-II 2、旋转冷冻离心式冻干机 旋转产生的离心力(大于重力五倍以上)还有一个好处就是能够迫使部分样品沿管壁升高，从而减少样品的厚度、增加表面积。 离心装置与真空泵相连，高速旋转中的样品上面的压力降低导致迅速蒸发。 旋转冷冻装置利用离心力可以防止样品面上的压力降低引起沸腾和起泡而使样品的损失最少。 3、实验室规模的冻干机 4、大型冻干机 5、工业化冻干机 工业冻干机实物图 冻干设备的组成 1、干燥箱 2、冷凝器（捕水器） 3、加热系统 4、真空系统 5、制冷系统 6、电气控制系统 1、干燥箱 干燥箱是一能抽真空和加热的密闭器，物料的升华干燥过程是在干燥室内完成的； 物料是放在干燥室内搁板上的不锈钢托盘内的，按每平方托盘面积8~12公斤的比例装料，每一层搁板上都有一个可供测量物料温度的探头，用以监测整个冻干过程中的物料温度。 门采用橡胶密封条，应注意关门时要把门上的手柄拧紧，确保箱内密封。 2、冷凝器（捕水器） 冷凝器（捕水器）是凝结升华水气的密闭装置，内部有一个较大面积的金属吸附面，从干燥箱物料中升华出来的水蒸气可凝结吸附在其金属表面上，吸附面的工作温度可达-45℃~-55℃， 冷凝器外形是不锈钢或铁制成的圆筒，内部盘有冷凝管，分别与制冷机组相连，组成