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真空冷冻干燥的优点

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时间:2023-05-20 作者:网站管理员 浏览:7867次

对于干燥保存食物物品的方法多种多样,如晒干、煮干、烘干、喷雾干燥和真空干燥等,但普通干燥方法通常都在0℃以上或更高的温度下进行。干燥所得的产品一般都存在体积缩小、质地变硬的问题,易挥发的成分大部分会损失掉,一些热敏性的物质发生变性、失活,有些物质甚至发生了氧化。因此,干燥后的产品与干燥前相比,在性状上有很大的差别。对此,我们现在对于食物,药品等的深加工保存,我们现在有了更好的选择-真空冷冻干燥技术。

真空冷冻干燥算的上是一门古老的现代技术。说它古老是因为它的出现比较早,发展历史坎坷;在很远久之前人们便通过类似低氧低气温洞穴之类保存,算得上是比较古老的冷冻干燥脱水方式。说它现代是因为它在20世纪90年代开始,其应用进入了高科技领域;它从20世纪90年代开始,已加入现代高新技术领域的例列。营养保健食品是现代人们生活的追求。航天航空员说用的食物,还有航空飞机用的超轻隔热陶瓷,名贵中药材,冻干疫苗药物等,低温超导材料等纳米级超细微粉的制备等,都需要真空冷冻干燥技术与设备。

真空冷冻干燥技术是将湿物料或溶液在较低的温度(-10℃~-50℃)下冻结成固态状,然后在真空低帕环境下使其中的水分不经液态直接升华成气态,最终使物料脱水的干燥技术。我国是原料药生产大国,因此该技术应用前景十分广阔。但是不得不说的是,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、喷雾干燥等其他干燥技术相比,真空冷冻干燥设备投资大,能源消耗及药品生产成本较高,从而限制了该技术的进一步发展。因此,切实加强基础理论研究,在确保药品质量的同时,实现节能降耗、降低生产成本,已经成为真空冷冻干燥技术领域当前面临的最主要的问题,广东领晶科技其晶华系列冻干机也一直致力于在降低能耗和降低生产成本机型的研究之中。希望在不久的将来会给广大用户们带来相比现有型号更先进,能源损耗更低的设备。

由于真空冷冻干燥在低温、低压下进行,而且水分直接升华,因此赋予产品许多特殊的性能。如真空冷冻干燥技术对热敏性物料亦能脱水比较彻底,且经干燥的药品十分稳定,便于长时间贮存。由于物料的干燥在冻结状态下完成,与其他干燥方法相比,物料的物理结构和分子结构变化极小,其组织结构和外观形态被较好地保存。在真空冷冻干燥过程中,物料不存在表面硬化问题,且其内部形成多孔的海绵状,因而具有优异的复水性,可在短时间内恢复干燥前的状态。由于干燥过程是在很低的温度下进行,而且基本隔绝了空气,因此有效地抑制了热敏性物质发生生物、化学或物理变化,并较好地保存了原料中的活性物质,以及保持了原料的色泽。


对于生产冻干药物的真空冷冻机,如我们的晶华L8系列,有着比普通真空冻干机更严格的工序和生产过程,这是因为生物制品和药品的冻干工艺比较复杂,为保证冻干产品的质量和节能,在生产过程中需要严格控制预冻温度、升华吸热等,使冻干过程各阶段按照预先制订的工艺路线工作。然后例如疫苗等生物药剂,还需在真空状态下进行腔体内压盖一步到位。


以药品为例,就所有真空冷冻干燥而言,在真空冷冻干燥过程中,我们提前最好是需要先对被干燥的材料物品进行预冻,以提高其冻干效率和冻干效果。然后在真空状态下,使水分直接由冰变为气而使药品干燥。在整个升华阶段,药品必须保持在冻结状态,否则就不能得到性状良好的产品。在药品预冻阶段,要严格控制预冻温度(通常比药品的共熔点低几度)。如果预冻温度不够低,则药品可能没有完全冻结,在抽真空升华时会膨胀起泡;若预冻温度太低,不仅会增加不必要的能量消耗,而且对于某些生物药品,会降低其冻干后的成活率。

在干燥升华阶段,物料需要吸收热量(每克冰完全升华成水蒸气约吸收2.8千焦耳的热量)。如果不对药品进行加热或热量不足,则在水分在升华时会吸收药品本身的热量而使药品的温度降低,致使药品的蒸气压降低,于是引起升华速度的降低,整个干燥的时间就会延长,生产率下降;如果对药品加热过多,药品的升华速率固然会提高,但在抵消了药品升华所吸收的热量之后,多余的热量会使冻结药品本身的温度上升,使药品可能出现局部甚至全部熔化,引起药品的干缩起泡现象,整个干燥就会失败。

为了获得良好的冻干物料,一般在冻干时应根据每种冻干机的性能特点,在经过试验的基础上制订出一条冻干曲线,然后控制机器,使冻干过程各阶段的温度变化符合预先制订的冻干曲线。目前,真空冷冻干燥的生产过程控制可借助于计算机来控制生产系统按照预先设定的冻干曲线工作。如计算机对物料的冻干过程控制可分为两个阶段:第一阶段,在低于熔点的温度下,将水分从冷冻的物料内升华,约有98%~99%的水分均在此时被除去。第二阶段,将物料温度逐渐升到或略高于室温,经此阶段水分可以减少到低于0.5%。此过程预冻温度为-40℃左右,时间约两小时。冻干物料的干燥升华阶段,物料温度约为-30℃~-35℃,绝对压强约为4~7帕。物料的最终干燥温度可升至40℃,总干燥时间约18小时。采用计算机自动化控制系统,有助于保证物料食品药物符合质量要求。

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