冷冻干燥
冷冻干燥原理及设备
冷冻干燥原理及设备一、冷冻干燥的原理冷冻干燥，又称冷冻脱水，是一种将物质从冷冻状态直接转变为气态的过程，以达到去除水分的目的。
其原理是利用低温和真空环境下，将物质中的水分冻结成固态，然后通过升温，将水分由固态转变为气态，从而实现脱水的目标。
冷冻干燥的工作过程分为三个阶段：冷冻阶段、真空阶段和升温阶段。
1. 冷冻阶段：物质被置于低温环境中，水分开始冷冻成固态。
在低温下，水分分子的活动减缓，形成冰晶。
2. 真空阶段：通过抽取系统中的空气，形成真空环境，使冰晶从固态直接转变为气态，即升华。
这一过程称为物质的脱水过程。
3. 升温阶段：将加热源加热，提高物质的温度，使脱水后的物质完全干燥。
此时，物质中的水分已经转变为气态并被排出。
二、冷冻干燥设备冷冻干燥设备由多个组件组成，包括冷冻机、真空泵、加热源和控制系统等。
1. 冷冻机：冷冻机通过压缩制冷循环，将制冷剂制冷并循环流动，使物质达到冷冻状态。
冷冻机的制冷能力和温度控制能力对冷冻干燥的效果至关重要。
2. 真空泵：真空泵用于抽取系统中的空气，形成真空环境。
真空度的控制对于冷冻干燥的速度和质量有着重要影响。
3. 加热源：加热源用于提高物质的温度，使脱水后的物质完全干燥。
常见的加热源包括电加热器和热风炉等。
4. 控制系统：控制系统用于监测和控制整个冷冻干燥过程的参数，如温度、真空度、压力等。
通过调节控制系统，可以实现冷冻干燥过程的自动化和精确控制。
三、冷冻干燥的应用冷冻干燥广泛应用于食品、药品、生物制品、化工品等领域。
1. 食品：冷冻干燥可以保持食品的原始形状、颜色、香味和营养成分，延长食品的保质期。
常见的冷冻干燥食品包括咖啡、水果、蔬菜和冷冻干燥调理食品等。
2. 药品：冷冻干燥可以有效保护药品的活性成分，延长药品的保质期。
常见的冷冻干燥药品包括生物制剂、疫苗和草药等。
3. 生物制品：冷冻干燥可以保持生物制品的活性和稳定性，延长其使用寿命。
常见的冷冻干燥生物制品包括酶、细胞和抗体等。
冷冻干燥的原理和优缺点
冷冻干燥的原理和优缺点
冷冻干燥（Freeze-drying）是一种将食物或其他物质从液态直接转变为固态的过程，通过在低温下去除水分，保留物质的结构和营养成分。
下面是冷冻干燥的原理和优缺点：
原理：
1. 冷冻：将物质在低温下迅速冷冻，使水分形成冰晶。
2. 减压：通过减小环境压力，将冰晶转变为气体，称为升华过程。
在这个过程中，水直接从固态转变为气态，绕过了液态阶段。
3. 除湿：升华的水蒸气通过吸附剂或凝结器去除，使物质中的水分得以彻底去除。
优点：
1. 营养保留：冷冻干燥过程中，物质的结构和营养成分很好地保留下来，因为在低温下水分直接转变为气体，减少了热和氧化对物质的影响。
2. 长期保存：冷冻干燥的产品具有较长的保质期，因为去除水分可以防止微生物生长和食物变质。
3. 重量轻、容易携带：冷冻干燥后的产品体积小，重量轻，便于携带和储存。
4. 方便使用：冷冻干燥产品在使用前通常只需加水或加热即可恢复到原来的状态。
缺点：
1. 成本高：冷冻干燥是一种相对昂贵的过程，需要专业的设备和技术。
2. 耗时较长：冷冻干燥是一个相对耗时的过程，需要较长的时间来完成。
3. 某些物质质量变化：某些物质在冷冻干燥过程中可能发生质量变化，如颜色、口感等。
总的来说，冷冻干燥是一种有效的食品保存和物质处理方法，具有保留营养、长期保存和便于使用的优点，但也存在成本高和某些物质质量变化的缺点。
冷冻升华干燥名词解释
冷冻升华干燥名词解释
冷冻升华干燥是一种常用的干燥技术，也被称为冷冻干燥或冷
冻干燥法。
它是一种将物质从冷冻状态直接转变为气体状态，绕过
液体状态的干燥方法。
在冷冻升华干燥过程中，首先将待干燥的物质冷冻至极低的温度，通常在零下50至零下80摄氏度之间。
然后，通过减压的方式，将冷冻的物质直接从固态转变为气态，跳过了液态的过程。
这个过
程称为升华。
升华是物质直接从固态转变为气态，而不经过液态的
过程。
冷冻升华干燥的优势在于能够在低温下去除水分，从而避免了
高温对物质的热敏感性和化学性质的影响。
此外，冷冻升华干燥还
能够保留物质的活性成分、颜色、味道和营养价值，使得干燥后的
物质更接近原始状态。
冷冻升华干燥通常应用于食品、药品、生物制品、化妆品等领域。
例如，对于易腐食品，冷冻升华干燥可以延长其保质期；对于
药品，冷冻升华干燥可以保持药物的活性成分，提高稳定性和储存
性能。
总结来说，冷冻升华干燥是一种通过将物质从冷冻状态直接转
变为气体状态的干燥方法。
它具有保留物质原始特性、避免热敏感
性和化学性质受损等优点，并被广泛应用于食品、药品和其他领域。
食品干燥技术之冷冻干燥
食品干燥技术之冷冻干燥冷冻干燥又称真空冷冻干燥、冷冻升华干燥、分子干燥等，是将物料预冷至-30～-40℃，使物料中的大部分水分变为固态冰，然后提供低温热源，在真空状态下，使冰直接升华为水蒸气而使物料脱水的过程。
(一)原理冷冻干燥是一种特殊的干燥方法。
它包括两个重要的步骤：冻结物品及升华分离结晶体。
在真空条件下，通过升华作用，把物料中冻结的水分不重新融化而从物料中分离除去。
冷冻干燥产品的质量以及干燥持续的时间与冻结过程有关。
冻结速率以及冷却终温度是取得良好效果的重要因素。
冻结速率很大程度上影响冻结物品的色泽、坚固性、香味和结构。
缓慢冻结会使冰晶生成体积大，但可以在相对短的时间内完成升华干燥的过程；而快速冻结则会产生小的冰晶体，物料结构会尽可能保持原来的形状，但升华速度较慢。
冷冻干燥食品的香味是判断质量的一个重要指标。
缓慢冻结过程中冰晶之间固体物质部分较大，由此在升华过程中通过扩散，香味损失较小，可最大限度保留食品原来的香味。
要保持物料中的纤维组织或生物活性成分，则通常采用极快的速度进行冻结，但这样会带来缺点，小的毛细管会造成较大的扩散阻力，在升华过程中会延长干燥时间。
(二)方法和过程1.物料中水分的预冻结食品的冻结主要是水溶液的冻结。
当食品内部溶质浓度低于低共熔浓度时，冷冻的结果是冰晶的析出，随后溶液的浓度越来越高，理论上达到低共熔浓度为止；若溶质浓度高于低共熔浓度时，冷却结果表现为溶质不断析出，余下的溶液浓度越来越低，理论上也达到低共熔浓度为止。
2.冻结物料进行升华干燥冻结物料的升华干燥是在真空干燥箱内进行的。
在升华过程中，物料中冻结水分汽化需要吸收热量，因此，需要给物料加热，以提高冷冻干燥速率。
但所提供的热量应保证冻结物料的温度接近而又低于物料的共熔点，以便使物料中冰晶既不溶解又能以最高速率进行升华。
在升华过程中，温度几乎不变，干燥速率保持恒定。
3.物料加热升温当冻结水分全部蒸发后，开始蒸发剩余没有冻结的水分，此时干燥速率下降，加热速度可加快，以使水分不断排除掉。
热风干燥 渗透干燥 冷冻干燥
热风干燥渗透干燥冷冻干燥
热风干燥、渗透干燥和冷冻干燥是三种不同的干燥方式，它们各有优缺点，适用于不同的物料和场景。
1. 热风干燥
热风干燥是一种常见的干燥方式，其原理是通过热风将物品中的水分蒸发掉。
这种方式的优点是适用范围广，可用于干燥各种材料，且操作简单。
然而，热风干燥可能会对物品的品质产生影响，如变色、营养成分流失等。
2. 渗透干燥
渗透干燥是通过渗透作用将液体或气体从物品中排除，从而达到干燥的目的。
这种方式的优点是能够较好地保持物品的原始形状和结构，适用于某些特定的物料，如纸制品、纺织品等。
但是，渗透干燥的时间较长，且需要特殊的设备和条件。
3. 冷冻干燥
冷冻干燥是将物品中的水分在低温下冻结，然后在真空条件下使水分直接升华成气体而去除。
这种方式的优点是能够较好地保持物品的原始结构和营养成分，适用于一些需要保持原有状态的物品，如食品、药品等。
但是，冷冻干燥的成本较高，且需要特殊的设备和条件。
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。
冷冻干燥的原理以及相关资料
真空冷冻干燥技术讲解第一节冷冻干燥技术原理干燥是保持物质不致腐败变质的方法之一。
干燥的方法有许多，如晒干、煮干、烘干、喷雾干燥和真空干燥等。
但这些干燥方法都是在0℃以上或更高的温度下进行。
干燥所得的产品，一般是体积缩小、质地变硬，有些物质发生了氧化，一些易挥发的成分大部分会损失掉，有些热敏性的物质，如蛋白质、维生素会发生变性。
微生物会失去生物活力，干燥后的物质不易在水中溶解等。
因此干燥后的产品与干燥前相比在性状上有很大的差别。
而冷冻干燥法不同于以上的干燥方法，产品的干燥基本上在0℃以下的温度进行，即在产品冻结的状态下进行，直到后期，为了进一步降低干燥产品的残余水分含量，才让产品升至0℃以上的温度，但一般不超过40℃。
冷冻干燥就是把含有大量水分物质，预先进行降温冻结成固体，然后在真空的条件下使水蒸汽直接升华出来。
而物质本身剩留在冻结时的冰架子中，因此它干燥后体积不变，疏松多孔。
在升华时冻结产品内的冰或其它溶剂要吸收热量。
引起产品本身温度的下降而减慢升华速度，为了增加升华速度，缩短干燥时间，必须要对产品进行适当加热。
整个干燥是在较低的温度下进行的。
冷冻干燥有下列优点：⑴冷冻干燥在低温下进行，因此对于许多热敏性的物质特别适用。
如蛋白质、微生物之类不会发生变性或失去生物活力。
因此在医药上得到广泛地应用。
⑵在低温下干燥时，物质中的一些挥发性成分损失很小，适合一些化学产品、药品和食品干燥。
⑶在冷冻干燥过程中，微生物的生长和酶的作用无法进行，因此能保持原来的性状。
⑷由于在冻结的状态下进行干燥，因此体积几乎不变，保持了原来的结构，不会发生浓缩现象。
⑸干燥后的物质疏松多孔，呈海绵状，加水后溶解迅速而完全，几乎立即恢复原来的性状。
⑹由于干燥在真空下进行，氧气极少，因此一些易氧化的物质得到了保护。
⑺干燥能排除95-99％以上的水分，使干燥后产品能长期保存而不致变质。
因此，冷冻干燥目前在医药工业、食品工业、科研和其他部门得到广泛的应用。
冷冻干燥技术
一般完全冻结的溶液产品内部存在 三个部分：
表面浓缩区域
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， 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。
压力/P
A
冻结
B
固相区 液相区
·b ·a
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，
610 Pa
·c
使整个系统朝冰转化为气的方向
O
进行，这即是真空冷冻干燥最基
·d
本的原理。
气相区
C
升华
0.01℃
纯水的相平衡图
温度/T
物料中的水分
按物料中水的结合方式分类
冷冻干燥技术
Байду номын сангаас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 特点及应用
3 基本原理 4 基本过程
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。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
冷冻干燥
冷冻干燥是指通过升华从冻结的生物产品中去除水分或其他溶剂的过程。
升华指的是溶剂，比如水，象干冰一样，不经过液态，从固态直接变为气态的过程。
冷冻干燥得到的产物称作冻干物（lyophilizer），该过程称作冻干（lyophilization）。
为什么要选择冷冻干燥
传统的干燥会引起材料皱缩，破坏细胞。
在冰冻干燥过程中样品的结构不会被破坏，因为固体成份被在其位置上的坚冰支持着。
在冰升华时，它会留下孔隙在干燥的剩余物质里。
这样就保留了产品的生物和化学结构及其活性的完整性。
在实验室中，冻干有很多不同的用途，它在许多生物化学与制药应用中是不可缺少的。
它被用来获得可长时期保存的生物材料，例如微生物培养、酶、血液、与药品，除长期保存的稳定性以外，还保留了其固有的生物活性与结构。
为此，冻干被用于准备用做结构研究（例如电镜研究）的组织样品。
冷冻干燥也应用于化学分析中，它能得到干燥态的样品，或者浓缩样品以增加分析敏感度。
冻干使样品成分稳定，也不需改变化学组成，是理想的分析辅助手段。
冷冻干燥的实现:
冷冻干燥可以自然发生。
在自然情况下，这一过程缓慢而且不可预测。
通过冷冻干燥系统，人们改进、细分了很多步骤，加速了这一过程。
冷冻干燥系统:
一个基本的冷冻干燥系统包括：·一个干燥室或者多歧管·一个抽真空系统克服阻碍因素和加速气体流动·一个热源提供能量·一个低温冷凝器，用于使蒸气压差最大化并捕捉蒸气使之冻结，避免水蒸气污染真空泵
冷冻干燥的步骤
冷冻干燥过程包含三个步骤：·预冻，为接下来的升华过程准备样品。
·初级干燥，在此过程中，冰升华而不融化。
·次级干燥，在此过程中，键和于固体物质的残留水分被除去，从而留下干燥样品，这一步骤对保存样品的稳定性非常重要。
在壳式预冻中，冻干瓶中的样品浸放在低温热传导液体里旋转，液体样品沿冻干瓶圆周内壁结冻，以达到更大的表面积。
这层薄的结冻层能让水分子更加容易地穿过。
一旦样品结冰，就可以与冷冻干燥系统连接了。
初级和次级干燥发生在样品瓶被连接到冻干系统时，样品立刻暴露在一个真空条件下，从而克服气流阻力。
同时热量被提供做能量。
为接在干燥箱或多歧管的冻干瓶和其它玻璃容器提供热量的热源是室温空气浴。
在自动压盖上箱，是加热层供给。
真空和热量这些条件可帮助从冰中升华出的水蒸气更容易地流离样品和表层已冻干的物质。
冷冻干燥过程的几个因素:
冰冻样品的升华效率取决于几个因素。
其中最重要的冷冻产品与收集器之间的气压差。
最有效的冷冻干燥发生在样品在它所能承受的最高温度，同时仍能保持冰冻状态，与此同时收集器温度和系统真空度保持在所能达到的最低值。
干燥时间的变化依赖于被冷冻干燥的材料的低共熔温度。
对于绝大多数的生物材料，这个温度低于0oC，有的甚至要低至-40 oC。
高的气压差和温差将产生有效的干燥。
在初级冻干完成后，所有的冰即被升华。
但是结合水仍旧存在于产品中，在次级干燥时，最后相的干燥，牢固键合于固体样品的水，被称为吸收水转变成蒸气。
这一过程被称为解吸作用。
解吸是一个缓慢的过程，因为吸收水比液体水在同一温度下气压更低。
冷冻干燥在样品和收集器的蒸气压力相等时彻底完成。
如果样品在未完全干燥时过早的脱离系统，它也许会很快的降解和失去结构及生物性能。