浅议影响冷冻干燥过程几点因素

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1、浅议影响冷冻干燥过程几点因素冷冻干燥技术是将含水物质在低温下冻结，然后在真空条件下通过对冻干物料加热使冰升华，再除去物料中部分吸附水，得到干制品。用这种方法制造的药品的特征是：结构稳定，生物活性基本不变；药物中的易挥发性成份和受热易变性成份损失很少；呈多孔状，药效好；排除了95~99%的水份，能在室温下长期保存。然而冷冻干燥也有其缺点和难点：冷冻干燥过程耗时长、耗能多；冷冻干燥过程对冻干药品和食品的质量有着决定性的影响。冷冻干燥过程包括预冷、一次干燥、二次干燥和储存阶段等，都是相当复杂传热传质过程；而且这些过程与药品、食品、赋形剂、低

2、温保护剂的热物性有密切的关系。因此必须弄清楚影响冷冻干燥过程中传热传质的因素，测定有关材料的热物性，才能制定可靠的程序，采用优化的冷冻干燥过程，生产出高质量的药品和食品；并可达到缩短生产时间、节约能耗、降低成本的目的[3~6]。产品的冷冻干燥需要在一定装置中进行，这个装置叫做真空冷冻干燥机，简称冻干机。冻干机按系统分，由致冷系统、真空系统、加热系统、和控制系统四个主要部分组成。按结构分，由冻干箱或称干燥箱、冷凝器或称水汽凝集器、冷冻机、真空泵和阀门、电气控制元件等组成。5冷冻干燥过程实际上是水的物质变化及其转移过程。冻干过程有二个放热

3、过程和二个吸收过程：液体生物制品放出热量凝固成固体生物制品，固体生物制品在真空下吸收热量升华成水蒸汽。水蒸汽在冷凝器中放出热量凝华成冰霜，冻干结束后冰霜在冷凝器中吸收热量熔化成水。整个冻干过程中进行着热量质量的传递现象。热量的传递贯穿冷冻干燥的全过程中。预冻阶段、干燥的第一阶段和第二阶段以及化霜阶段均进行着热量的传递；质量的传递仅在干燥阶段进行，冻干箱制品中产生的水蒸汽到冷凝器内凝华成冰霜的过程，实际上也是质量传递的过程，只有发生了质量的传递产品才能获得干燥。在干燥阶段，热的传递是为了促进质的传递，改善热的传递也能改善质的传递。如果在

4、产品的升华过程中不提供热量，那么产品由于升华吸收自身的热量使温度下降，升华速率也逐渐下降，直到产品温度相等于冷凝器的表面温度，干燥便停止进行，这时从冻结产品到冷凝器表面的水蒸汽分子数与从冷凝器表面返回到冻结产品的水蒸汽分子数相等，冻干箱与冷凝器之间的水蒸汽压力等于零，达到平衡状态。5如果一个外界热量加到冻结产品上，这个平衡状态被破坏，冻结产品的温度就高于冷凝器表面的温度，冻干箱和冷凝器之间便产生了水蒸汽压力差。形成了从冻干箱流向冷凝器的水蒸汽流。由于冷凝器制冷的表面凝华水蒸汽为冰霜，使冷凝器内的水蒸汽不断地被吸附掉，冷凝器内便保持较低

5、的蒸汽压力；而冻干箱内流走的水蒸汽又不断被产品中发生的水蒸汽得到补充，维持冻干箱内较高的水蒸汽压力。这一过程的不断进行，使产品不断得到了干燥。胡纲以某混合培养基使用VIRTIS真空冷冻干燥机为例，探讨预冻温度、水汽凝结温度、真空度、制品的温度控制四因素对真空冷冻干燥的影响。升华首先从产品的表面开始，在干燥进行了一段时间之后，在冻结产品上面形成了一层已干燥的产品，产生了干燥产品与冻结产品之间的交界面。交界面随着干燥的进行不断下降，直到升华完毕交界面消失。当产生了交界面之后，水分子要穿越这层已干燥的产品才能进入空间；水分子跑出交界面之后，

6、进入已经干燥产品的某一间隔内。以后可能还要穿过许多这样的间隔后，才能从产品的缝隙进入空间。也可以经过一些转折又回到冻结产品之中，干燥产品内的间隔有时象迷宫一样。当水分子跑出产品表面以后，它的运动路径还很曲折。可能与玻璃瓶壁碰撞，可能冻干5机的金属板壁碰撞，也经常发生水分子之间的相互碰撞，然后进入冷凝器内。当水分子与冷凝器的制冷表面发生碰撞时，由于该表面的温度很低，低温表面吸收了水分子的能量，这样水分子便失去了动能，使其没有能量再离开冷凝器的制冷表面，于是水分子被“捕获”了。大量水分子捕获后在冷凝器表面形成一层冰霜，这样就降低了系统内的

7、水蒸汽压力。使冻干箱的水蒸汽不断的流向冷凝器。随着时间的延长，冻干箱内不断对产品进行加热以及冷凝器的持久工作，产品逐渐得到了干燥。�干燥的速率与冻干箱和冷凝器之间的水蒸汽压力差成正比，与水蒸汽流动的阻力成反比。水蒸汽压力差越大，流动的阻力越小，则干燥的速率越快。水蒸汽的压力差取决与冷凝器的有效温度和产品温度的温度差。因此要尽可能地降低冷凝器的有效温度和最大限度地提高产品的温度。提高冻干箱内产品的温度，能增加冻干箱内与水蒸汽压力，加速水蒸汽流向冷凝器，加快质的传递，增加干燥速率。但是提高产品的温度是有一定限度的。降低冷凝器的温度。也就降

8、低了冷凝器内水蒸汽的压力，也能加速水蒸汽从冻干箱流向冷凝器。同样能加快质的传递，提高干燥速率。但是更多的降低冷凝器的温度需增加投资和运行费用。减少水蒸汽的流动阻力也能加快质的传递，提高干燥速率。减小产品的分装厚度；合理的