冷冻干燥.ppt

冷冻干燥技术的历史 二次世界大战以后，军队和政府开始广泛地进行有关脱水食品的实验。当时，人们对于脱水食品的味道和营养就有了更大的期望，大家都指望有一种更好的方法，使食品保存得更长久一些，同时，人们对食用方便性也有了更高的要求，既要保存原味、质地，又要保留营养成份，但是，人们的要求又与科学技术所能达到的水平有一定的距离，因而人工防腐剂及化学剂的用量日益增高。 与此同时，也有科学家致力于高科技的研究和开发，从而使冷冻法的可行性进一步提高，然而这些努力在当时也险些被中断；原因是 Del Monte 食品罐头厂曾经在一项大规模研究中企图证明冷冻食品的营养和美味不如罐头食品，不过，这项研究由 Del Monte 自己半途而废了，因为研究结果显示，冷冻食品，特别是水果和蔬菜要比罐头食品所具有的营养和美味强得多。 事实上，食用冷冻食物在某些情况下甚至优于食用新鲜食物的营养成份，举例来说，一个普通的消费者在买了玉米后，如果经过了四、五天才把它们吃掉，在这期间，某些糖份已经转化成了淀粉，一些营养成份在这过程中已经消失了。 　　 但是，如果植物在收割后，便很快地被清洗、剥皮，在三到四个小时之内就冷冻起来，植物的营养成份就不会损失，同时，由于经过了清洗的步骤，从而可控制病源微生物的活动。冷冻食品也因而愈来愈受到人们的欢迎，并使得这项技术研究不断地深入发展。 冷冻干燥技术原理 将待干燥物快速冻结后，再在高真空条件下将其中的冰升华为水蒸气而去除的干燥方法。由于冰的升华带走热量使冻干整个过程保持低温冻结状态，有利于保留一些生物样品(如蛋白质)的活性。 又称升华干燥。将含水物料冷冻到冰点以下，使水转变为冰，然后在较高真空下将冰转变为蒸气而除去的干燥方法。物料可先在冷冻装置内冷冻，再进行干燥。但也可直接在干燥室内经迅速抽成真空而冷冻。升华生成的水蒸气借冷凝器除去。升华过程中所需的汽化热量，一般用热辐射供给。 冷冻干燥技术的优缺点 ⑴传统干燥会引起材料皱缩,细胞破坏,但在冷冻干燥的过程中样品的结构不会被破坏,因为固体成分被在其位置上的坚冰支持着,在冰升华时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; ⑵蛋白多肽类药物在高温下容易变性,造成干燥后生物活性的降低;冷冻干燥的过程是在低温状态下进行的,工艺过程对组分的破坏程度小,热畸变极其微弱,对不耐热药物特别是蛋白质多肽类药品非常适合; ⑶冷冻干燥的药剂为液体,定量分装比粉剂或片剂精度高;用无菌水溶液调配且通过除菌过滤、灌装,杂质微粒小、无污染。制品为多孔结构,质地疏松,较脆,复水性能好,重复再溶解迅速完全,便于临床使用; ⑷冻结物干燥前后形状及体积不变化;干燥后真空密封或充氮密封,消除了氧化组分的氧化作用。 当然,冷冻干燥也存在着缺点:设备造价高;工艺时间长(典型的干燥过程周期需要20 h左右);生产成本高;能源消耗大;工艺控制的要求高。 药品冷冻干燥一般分3步进行,即预冻结、升华干燥(或称第一阶段干燥)、解析干燥(或称第二阶段干燥)。 产品的预冻 预冻是为了固定产品,以便产品在高真空条件下干燥,并使成品具有与干燥前相同的形状。预冻至关重要,众多产品的成型问题、质量问题都是预冻条件控制不当造成的。预冻与温度、时间、真空度(实际操作中,一般预冻时不考虑真空度)都有密不可分的关系。 产品的升华干燥 升华干燥是冷冻干燥的主要过程,其目的是将物料中的冰通过升华而逸出。升华有2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物料冻结点的饱和蒸汽压。因此要求在升华干燥时一方 面要将形成的水蒸气抽走,使干燥箱内压力低于要求的饱和蒸汽压,另一方面要连续不断地提供维持升华 所需的热量,加快干燥速度。这便需要对压力和隔板温度进行优化控制,以保证升华干燥能快速、低耗的 完成。影响此过程的因素主要为温度和压强[5]。 产品的解析干燥 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质量分数在10%左右,解析干燥就是要把残余的未冻结水分降低,使其质量分数达到2%左右,最终得到干燥物料。该阶段的最高温度视产品性质及成品要求的含水量而定。为使含水量符合要求,可适当提高温度(但以不破坏产品的生物活性为宜),一般控制为25~30℃。再干燥阶段的压强需适当调高,这样利于制品传热,加快升温速度。当制品温度完全达到导热媒设定的温度时再恢复高真空,此时压力控制的关键是恢复高真空的时间,这样可加快升华速度,缩短干燥时间。 发展前景 中国是原料药生产大国，因此该技术应用前景十分广阔。但是，应当引起注意的是，近年来真空冷冻干燥技术在我国推广得非常迅速，相比之下，其基础理论研究相对滞后、薄弱，专业技术人员也不多。并且，与气流干燥、喷雾干燥等其他