冷冻干燥技术
冷冻干燥技术
一.冷冻干燥在药学上的应用
1.用于不稳定药物的干燥
主要适用于受热不稳定、易氧化、贮存过程易水解的药物。 例如青霉
素、链霉素、苯巴比妥纳、激素类及药用酶等制剂。 2.在药物剂型方面的应用 主要是解决药物剂型不稳定的问题，可以解决在乳剂和混悬剂中出现的 油滴、粒子发生沉降絮凝等现象,保持良好的分散状态。 3.可使固体药物粒度减小 可以较好地解决固体药物的分散,不但使药物粒度减少,而且能够改善疏
机械结合水：包括表面湿润水分、孔隙中的水分和毛细管中水分等。
这类水分与物料的组织结合强度较弱，完全满足纯水升华的条件。
物化结合水：包括吸附、渗透在物料的细胞或纤维皮壁及生物胶体纤 维毛细管中的结合水。它们与物料的结合强度较大，一般蒸发可除掉 一部分，但升华则较难达到干燥要求。 化学结合水：指结晶形态的水，如葡萄糖钙（ C6HO6Ca(OH)2·H2O ）、 石膏（CaSO4·2H2O）等，这种结合形态的水不能用冻干法去除。
发展历史
冷冻干燥技术的发展历史
其他产业相继应用冷冻干燥技术 用于为军队保存青霉素及血浆 英国科学家华莱斯顿首次发明 首次实现血清的冷冻干燥
1909年 1813年 1933年
1935年 1940年
1950年 1980年
沙克尔首次对生物制品进行冻干 引起各国学者的重视与研究 各种形式的冷冻干燥设备相继出现
以下，否则冷冻浓缩液将发生流动，从而破坏了冷冻建立起来的微 细结构，就会发生塌陷。目前，DSC是测量Tg’最有力的工具之一。
预冻冷源
干冰和乙醚混合：最低可达-72℃；
液氮：最低可达-196℃
压缩式制冷机：单级压缩机-30℃，双级压缩机可达-40~-60℃。两级单
级压缩机组成的复叠式循环可达-60~-80℃，一个单级一个双级-100℃。
冷冻干燥技术原理
冷冻干燥技术原理
冷冻干燥技术，又称为冻干技术或冷冻脱水技术，是一种将水分从物质中移除的方法。
其原理基于物质在低温条件下转变为冰的特性，通过控制温度和压力，将冰从物质中直接转变为气态，从而使物质得以干燥。
冷冻干燥技术一般包括三个步骤：冷冻、真空和加热。
具体来说，冷冻干燥技术的原理如下：
1. 冷冻：将物质放置在低温环境中，通常是在-40°C以下的温
度下。
在低温下，物质中的水分会凝结成冰。
这个步骤的目的是使物质中的水分转变为固态，以便后续的干燥过程。
2. 真空：在低温环境中形成的冰被加热，同时施加低压。
在低压的作用下，冰的固态转变为气态，即直接从固态转变为水蒸气，而跳过了液态的过程。
这个步骤被称为升华(sublimation)。
真空的作用是提供一个低压环境，使水分从冰的固态直接蒸发为气态，而不是通过液态。
3. 加热：在真空中，将物质加热，以加快水分的升华速度，并确保将所有的水分从物质中完全移除。
加热还有助于恢复物质的原始形态和性质，避免水分的再吸收。
通过冷冻干燥技术，物质中的水分可以有效地被移除，同时保持物质的结构和性质。
这项技术广泛应用于食品、药品、化妆品、生物制品等领域，能够延长物质的保质期，并保持其原始特性。
冷冻干燥
一、冷冻干燥技术原理冷冻干燥即通常所说的冻干，是将含有大量水分的生物活性物质先行降温冻结成固体，再在真空和适当加温条件下使固体水分子直接升华成水汽抽出，最后使生物活性物质形成疏松、多孔样固状物。
冷冻于燥技术的特点是：整个冻干过程在低温真空条件下进行，能有效地保护热敏性物质的生物活性，如酶、微生物、激素等经冻干后生物活性仍能得到保留；能有效地降低氧分子对酶、微生物等的作用，保持物质原来的性状；干燥物呈海绵状结构，体积几乎不变，加水后迅速溶解，并恢复原来状态；干燥能排除95%以上的水分，使干燥后的产品能长期保存而不致变质。
二、冷冻干燥技术方法（一）冻干设备与装置物质的冻干在冷冻真空干燥系统中进行。
冷冻真空干燥系统由致冷系统、真空系统、加热系统和控制系统四个部分组成。
1.致冷系统由冷冻机、冻干箱和冷凝器内部的管道组成。
其功用是对冻干箱和冷凝器进行致冷，以产生和维持冻干过程中的低温条件。
2.真空系统由真空泵、冻干箱、冷凝器及真空管道和阀门组成。
真空泵为该系统重要的动力部件，必须具有高度的密封性能，使制品达到良好的升华效果。
3.加热系统常利用电加热装置。
加热系统可使冻干箱加热，使物质中的水分不断升华而干燥。
4.控制系统由各种控制开关、指示和记录仪表、自动控制元件等组成。
其功用是对冻干设备进行手动或自动控制，使其正常运行，保证冻干制品的质量。
（二）冻干程序1.测量共熔点生物制品在冻干前多配成溶液或混悬液，溶液随温度降低而发生凝固冻结，达到全部凝固冻结的温度称为凝固点或称共晶点。
不同物质的凝固点不同。
实质上物质的凝固点也就是该物质的熔化点，故又称该温度为共熔点，准备冻干的产品在升华前，必须达到共熔点以下的温度，否则则严重影响产品质量。
不同生物制品的共熔点不同，生物制品的共熔点依其组成成分不同而异，必须测定每种生物制品的共熔点才有可能按此共熔点进行冻干。
测定共熔点的原理是根据导电溶液的电阻与温度相关，当温度降低时电阻加大，当降到共熔点时电阻突然增大，此时的温度即为该溶液物质的共熔点。
冷冻干燥技术
冷冻干燥技术公司标准化编码 [QQX96QT-XQQB89Q8-NQQJ6Q8-MQM9N]绪论冷冻干燥是将含水物质，先冻结成固态，而后使其中的水分从固态升华成气态，以除去水分而保存物质的方法。
这种干燥方法与通常的晒干、烘干、煮干、喷雾干燥及真空干燥相比有许多突出的优点，如：（1）它是在低温下干燥，不使蛋白质、微生物之类产生变性或失去生物活力。
这对于那些热敏性物质，如疫苗、菌类、毒种、血液制品等的干燥保存特别适用。
（2）由于是低温干燥，使物质中的挥发性成分和受热变性的营养成分损失很小，是化学制品、药品和食品的优质干燥方法。
（3）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，能最好地保持物质原来的性状。
（4）干燥后体积、形状基本不变，物质呈海棉状，无干缩；复水时，与水的接触面大，能迅速还原成原来的性状。
（5）因系真空下干燥，氧气极少，使易氧化的物质得到了保护。
（6）能除去物质中95～99%的水分，制品的保存期长。
总之，冷冻干燥是一种优质的干燥方法。
但是它需要比较昂贵的专用设备，干燥过程中的耗能较大，因此加工成本高，目前主要应用在以下一些方面：（1）生物制品、药品方面：如抗菌素、抗毒素、诊断用品和疫苗等。
（2）微生物和藻类方面：如酵母、酵素、原生物、微细藻类等。
（3）生物标本、活组织方面：如制作各种动植物标本，干燥保存用于动物异种移植或同种移植的皮层、角膜、骨骼、主动脉、心瓣膜等边缘组织。
（4）制作用于光学显微镜、电子扫描和投射显微镜的小组织片。
（5）食品的干燥：如咖啡、茶叶、鱼肉蛋类、海藻、水果、蔬菜、调料、豆腐、方便食品等。
（6）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。
（7）其他：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、土壤冻干后保存，用以研究土壤、肥料、气候对植物生长的影响及生长因子的作用；潮湿的木制文物、淹坏的书籍稿件等用冻干法干燥，能最大限度的保持原状等。
冷冻干燥技术
绪论冷冻干燥是将含水物质，先冻结成固态，而后使其中的水分从固态升华成气态，以除去水分而保存物质的方法。
这种干燥方法与通常的晒干、烘干、煮干、喷雾干燥及真空干燥相比有许多突出的优点，如：（1）它是在低温下干燥，不使蛋白质、微生物之类产生变性或失去生物活力。
这对于那些热敏性物质，如疫苗、菌类、毒种、血液制品等的干燥保存特别适用。
（2）由于是低温干燥，使物质中的挥发性成分和受热变性的营养成分损失很小，是化学制品、药品和食品的优质干燥方法。
（3）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，能最好地保持物质原来的性状。
（4）干燥后体积、形状基本不变，物质呈海棉状，无干缩；复水时，与水的接触面大，能迅速还原成原来的性状。
（5）因系真空下干燥，氧气极少，使易氧化的物质得到了保护。
（6）能除去物质中95～99%的水分，制品的保存期长。
总之，冷冻干燥是一种优质的干燥方法。
但是它需要比较昂贵的专用设备，干燥过程中的耗能较大，因此加工成本高，目前主要应用在以下一些方面：（1）生物制品、药品方面：如抗菌素、抗毒素、诊断用品和疫苗等。
（2）微生物和藻类方面：如酵母、酵素、原生物、微细藻类等。
（3）生物标本、活组织方面：如制作各种动植物标本，干燥保存用于动物异种移植或同种移植的皮层、角膜、骨骼、主动脉、心瓣膜等边缘组织。
（4）制作用于光学显微镜、电子扫描和投射显微镜的小组织片。
（5）食品的干燥：如咖啡、茶叶、鱼肉蛋类、海藻、水果、蔬菜、调料、豆腐、方便食品等。
（6）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。
（7）其他：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、土壤冻干后保存，用以研究土壤、肥料、气候对植物生长的影响及生长因子的作用；潮湿的木制文物、淹坏的书籍稿件等用冻干法干燥，能最大限度的保持原状等。
冷冻干燥能保存食物很早就为人们所知。
古代北欧的海盗利用干寒空气的自然条件来干燥和保存食物，就是其中一列。
冻干技术的原理、工艺过程及常见问题_概述及解释说明
冻干技术的原理、工艺过程及常见问题概述及解释说明1. 引言1.1 概述冻干技术，也被称为低温真空干燥技术，是一种将物质在低温和真空条件下获得固态而去除水分的方法。
该技术通过冷冻样品并施加真空，使水分直接从固态转变为气态，从而避免了液态中间阶段的形成。
这种技术特别适用于保留样品中的活性成分、延长产品的保质期以及提高药物和食品的稳定性。
1.2 文章结构本文将首先介绍冻干技术的原理，包括其定义、背景和原理解释。
然后，我们将讨论该技术在不同领域中的应用。
接下来，我们将详细描述冻干技术的工艺过程，包括前处理步骤、冷冻步骤和干燥步骤。
此外，在第四部分中，我们还将探讨常见问题，并提供解决方法，涵盖质量问题与控制措施、设备故障与维护工作以及工艺优化与提高产能措施。
最后，在结论部分，我们将总结冻干技术的重要性和应用价值，展望未来的发展趋势，并给出本文的结束语。
1.3 目的本文旨在全面介绍冻干技术的原理、工艺过程以及常见问题与解决方法。
通过对这些方面的详细说明，读者将能够更好地了解冻干技术的基本概念和操作流程，并掌握解决常见问题所需的知识和技能。
同时，通过对该技术在不同领域中的应用案例进行分析，读者将明确冻干技术在现实生产中的重要性，并为未来发展提供参考建议。
2. 冻干技术的原理2.1 定义和背景冻干技术，也叫冷冻干燥技术，是一种将湿润的物质（例如食品、药物或生物制品）通过低温冷冻和真空脱水处理使其直接从固态转变为气态的过程。
这种技术可以有效地保留物质中的大部分营养成分和化学性质，并延长其保存期限。
因此，在食品工业、医药工业以及生物科学领域得到了广泛应用。
2.2 原理解释冻干技术基于三个关键原理：低温固化原理、减压脱水原理和由气体直接向固体状态转移的升华原理。
- 低温固化原理：在冷冻步骤中，物质被迅速降温至低于其平衡点以下，使水分凝固并形成冰晶。
这些冰晶在后续的干燥过程中起到支撑作用，防止物质结构塌陷并加速水分蒸发。
冷冻干燥的原理及特点
冷冻干燥的原理及特点冷冻干燥是一种将物质从液态直接转化为气态，并在保持物质原有性质的同时将其固定在干燥剂中的技术。
它被广泛应用于生物技术、食品工业、药品工业和材料科学等领域。
以下是冷冻干燥的原理及特点的详细介绍。
1. 原理冷冻干燥的原理是将液态物质在低温情况下进行冷冻，然后通过减压使水分转移到气态，达到干燥的目的。
在干燥过程中，物质的温度和压力均控制在特定的范围内，以避免物质的化学和物理变化，同时也能保持原有的物理和化学性质。
最终生产出来的干燥物质是一种非常稳定的产品，其质量和保质期可大大提高。
2. 特点（1）保持物质的原有性质由于冷冻干燥的干燥过程是在低温下进行的，而且在干燥的过程中尽可能地采用了低压减少蒸发，这样就保证了物质的原有性质不会发生改变，包括物质的颜色、形状、味道和化学性质等。
（2）长期保存冷冻干燥制成的产品寿命很长，通常可以保存3-5年，这是由于干燥处理过程中将水份蒸发掉，完全除去了霉菌和细菌，使制品的耐储性大大提高了。
（3）不影响营养相比其他干燥方法，冷冻干燥过程虽然更加复杂，但干燥后的产品却能够保留更多的营养成分。
这是因为在低温冷冻的过程中，物质的营养成分不会随水一并挥发。
所以冷冻干燥特别适用于干燥奶制品、水果、蔬菜等食品。
（4）压力低冷冻干燥的过程和产品特点决定了其干燥时间长、所需压力小，因此干燥质量更容易控制，同时也降低了成本。
总之，冷冻干燥对不同领域的材料和产品的干燥都非常适用。
它保留了物质原有的性质，在干燥的同时不会影响其营养，并且干燥制成的产品具有极长的保质期。
因此，冷冻干燥成为现代科研、工农业等领域中不可替代的重要技术。
冷冻干燥的工艺流程
冷冻干燥的工艺流程
《冷冻干燥的工艺流程》
冷冻干燥是一种常用于食品、药品和生物制品等领域的干燥技术，能够在保持原料品质的同时将水分从产品中蒸发出来。
以下是冷冻干燥的工艺流程：
1. 冷冻
首先，将原料以液态形式加工成所需的产品，然后通过冷冻将产品快速冷冻至低温。
这一步骤能够有效地防止产品中的水分结晶，并减少水分对产品的损伤。
2. 干燥
冷冻后的产品转移到干燥室中，在低温和低压环境下进行干燥。
在此过程中，水分从产品中逐渐转化成蒸汽，并被真空泵排出干燥室。
3. 脱冰
在一定的时间内，干燥室内的低温环境会通过升温的方式使产品内的水分结晶融化成水。
这一步骤被称为脱冰，目的是进一步减少产品中的水分含量。
4. 包装
最后，产品经过冷冻干燥工艺后，可以投入包装生产线进行包装。
干燥后的产品保持了原有的质地和形状，具有长久的保质期，适合长途运输和长期存储。
冷冻干燥工艺流程中，最关键的环节是控制冷冻和干燥的温度、时间和压力等参数，以确保产品的质量和稳定性。
同时，合理的工艺流程能够最大程度地减少水分对产品的损害，从而保证产品的口感、色泽和营养品质。
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这类水分与物料的组织结合强度较弱，完全满足纯水升华的条件。
物化结合水：包括吸附、渗透在物料的细胞或纤维皮壁及生物胶体纤 维毛细管中的结合水。它们与物料的结合强度较大，一般蒸发可除掉 一部分，但升华则较难达到干燥要求。 化学结合水：指结晶形态的水，如葡萄糖钙（ C6HO6Ca(OH)2·H2O ）、 石膏（CaSO4·2H2O）等，这种结合形态的水不能用冻干法去除。
等精细陶瓷粉末。
生物行业的应用：动物的器官、组织；鲜花等植物类的等亦用此法干燥 保存。
基本原理
纯水的三相图 冻干通常以水为溶剂，其所处状态与温度和压力有关。 降低压力，冰点变化不大，可沸点却会大大降低。 当压力降到某一值时，沸点即与冰点重合，固态冰就可以 不经液态而直接转化为气态。这时的压力称为三相点压力， 相应的温度为三相点温度。
一.冷冻干燥在药学上的应用
1.用于不稳定药物的干燥
主要适用于受热不稳定、易氧化、贮存过程易水解的药物。 例如青霉
素、链霉素、苯巴比妥纳、激素类及药用酶等制剂。 2.在药物剂型方面的应用 主要是解决药物剂型不稳定的问题，可以解决在乳剂和混悬剂中出现的 油滴、粒子发生沉降絮凝等现象,保持良好的分散状态。 3.可使固体药物粒度减小 可以较好地解决固体药物的分散,不但使药物粒度减少,而且能够改善疏
生冰核，溶液各位置的温度分布不同，因而形成了不同的 结构。
一般完全冻结的溶液产品内部存在
三个部分：
第一部分为底部均匀的冰晶层，晶 核主要在此区形成，溶质较少； 第二部分为柱状区，为冰晶生长区，
表面浓缩区域
溶质主要存在于冰晶间隙，并且随
冰晶向上推进和温度梯度的存在， 溶质产生由下至上的迁移； 第三部分为表面浓缩层，在这部分 由于预冻过程中溶质的迁移而形成 高浓度的表层区。
冰晶区域
冰柱区域
共晶点（共熔点）
多组分的冻干溶液不是在某一固定温度完全凝结成固体，而是在某一温度时，
晶体开始析出，随着温度的下降，固体的数量不断增加，最后才全部凝结的。 冷却时开始析出晶体的温度称为冰点温度 溶液全部凝结的温度叫做溶液的凝固点。由于凝固点就是融化的开始点（熔 点），对于溶液来说也就是溶质和溶剂共同融化的点，所以又叫做共晶点或共 熔点。 共晶点（共熔点）才是溶液真正全部凝成固体的温度。
水性药物的溶解性能,增加它们的溶解度
二.冷冻干燥在中药领域中的应用
我国中药品种数量丰富,对其进行深加工,可以增加附加值,或者对不易
保存的中药进行干燥贮藏,利用冷冻干燥技术能够确保药效及活性成分 完整保留。
如:人参、蜂王浆、芦荟等。
三.冷冻干燥在生物制药方面的应用
冷冻干燥由于在低温及真空状态下完成对制品的脱水干燥,使孢子处于
休眠状态,且保存其原有活性。对于生物组织和细胞体损伤较少,能减少 活菌体及病毒的死亡。并且便于运输,延长保存期限,而成为医学生物制
品中首选的干燥保存方法
如各种抗菌素、疫苗、酶制剂、血浆等。
四.其他应用
空气干燥 ：主要是对空压机高品质高要求压缩空气的冷冻干燥,可得到
无油的干燥压缩空气。
食品行业的应用：几乎所有的农副产品 ， 如肉 、禽 、蛋 、水产品、 蔬菜、瓜果等都可以制成冻干食品 。 在材料制备中的应用：作为一种先进的低温化学制备方法,可以应用于 材料制备领域中,用来制备金属超微粉体,合成金属氧化物、复合氧化物
其它的干燥方法是以粉末填装，远远达不到这样的要求
冻干技术的特点
缺点：
设备结构复杂、一次性投资大； 干燥过程中制冷、加热系统能耗占总能耗的 80％ 以上，生产成本高，效率低； 干燥产品呈多孔疏松状结构，暴露于空气中容易 吸湿和氧化，对包装和贮藏条件有特殊的要求。
冷冻干燥技术的应用
1.冷冻干燥在药学上的应用 2.冷冻干燥在中药领域中的应用 3.冷冻干燥在生物制药方面的应用 4.冷冻干燥的其他应用
压力/P
A
冻结
B
固相区
液相区
· b
· a
O
升华
从理论上讲，OC先可以延伸到 绝对零度，升高温度或者是降低 压力均可以打破气、固两相平衡， 使整个系统朝冰转化为气的方向
610 Pa
· c
C
· d 气相区
0.01℃
进行，这即是真空冷冻干燥最基
本的原理。
温度/T
纯水的相平衡图
物料中的水分
按物料中水的结合方式分类
冷冻干燥技术
什么是冷冻干燥技术？
冷冻干燥技术是把含有水分的物料预先进行降温，冻
结成冰点以下的固体，在真空条件下使冰直接升华，
以水蒸气形式除去，从而得到干燥产品的一种技术。
因为是利用升华达到除水分的目的，所以也可称作升
华干燥。
目
录
Contents
1
发展历史
2 3 5
4
特点及应用
基本原理
基本过程
冻干机简介
特点及应用
冻干技术的特点
优点：
药物是在低温真空条件下进行干燥的，所以分解率很低，纯度高；
冻干制品基本保持原溶液冻结时的体积，疏松多孔、外形美观、色 泽均一； 冻干制品遇水极易溶解，立即恢复原有的药物性质； 污染机会少，异物少，能够改善药物的溶解性能,提高制剂的澄明度。 冻干制品含水量为0.5%，较轻，可长期保存，便于运输。 装量准确，因为药物是以溶液形式填装进入安瓿，可以精确到μg，
最简单的冷冻干燥曲线
预冻 升华干燥 解析干燥
一、冻结过程
基本概念 预冻冷源
冻结参数
预冻方式
退火
冻干保，把需要冻干的药液定量分装在容器内，一 般是玻璃瓶或安瓿，装量要均匀，蒸发表面尽量大而厚度 尽量薄些，然后放入冻干箱内进行冻干。
冻结：容器与冷表面接触后，产品底部温度最低，最易产
发展历史
冷冻干燥技术的发展历史
其他产业相继应用冷冻干燥技术 用于为军队保存青霉素及血浆 英国科学家华莱斯顿首次发明 首次实现血清的冷冻干燥
1909年 1813年 1933年
1935年 1940年
1950年 1980年
沙克尔首次对生物制品进行冻干 引起各国学者的重视与研究 各种形式的冷冻干燥设备相继出现
基本过程
基本过程：
①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。
②制品的冻结（预冻）：将制品冻结成固态。 ③第一阶段干燥（升华干燥）：将制品中的冰晶以升华方式除去。 ④第二阶段干燥（解析干燥）：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。 ⑤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。