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冷凍干燥的原理
一、凍干的概念、目的及應用
冷凍干燥就是把含有大量水分的物質(zhì)，預先進行降溫凍結成固體。然后在真空的條件下使水蒸汽直接從固體中升華出來，而物質(zhì)本身留在凍結的冰架子中，從而使得干燥制品不失原有的固體骨架結構，保持物料原有的形態(tài),且制品復水性*。
利用冷凍干燥目的是為了貯存潮濕的物質(zhì)，通常是含有微生物組織的水溶液，或不含微生物組織的水溶液。產(chǎn)品在凍結之后置于一個低水氣壓下，這時包含冰的升華，直接由固態(tài)在不發(fā)生熔化的情況下變成汽態(tài)。與其他干燥方式相比避免了化學、物理和酶的變化，從而確保了制品物性在保存時不易改變。實際需要的低水汽壓是靠真空的狀況下達到的。
真空冷凍干燥技術主要應用于：
(1) 熱穩(wěn)定性差的生物制品，生化類制品，血液制品，基因工程類制品等藥物凍干；
(2) 為保持生物組織結構和活性，外科手術用的皮層、骨骼、角膜、心瓣膜等生物組織的處理；
(3) 以保持食物色、香、味和營養(yǎng)成分以及能迅速復水的咖啡、調(diào)料、肉類、海產(chǎn)品、果蔬的凍干；
(4) 在微膠囊制備、藥品控釋材料等方面的應用。
以保持生鮮物質(zhì)不變性的人參、蜂皇漿、龜鱉等保健品及中草藥制劑的加工；
(5) 超微細粉末功能材料如：光導纖維、超導材料、微波介質(zhì)材料、磁粉以及能加速反應工程的催化劑的處理等。
二、冷凍干燥的原理及優(yōu)點
1、
水的狀態(tài)平衡圖
物質(zhì)有固、液、汽三態(tài)，物質(zhì)的狀態(tài)與其溫度和壓力有關。圖1-1示出水（H2O）的狀態(tài)平衡圖。圖中OA、OB、OC三條曲線分別表示冰和水、水和水蒸汽、冰和水蒸汽兩相共存時其壓力和溫度之間的關系。分別稱為溶化線、沸騰線和升華線。此三條曲線將圖面分為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三個區(qū)域，分別稱為固相區(qū)、液相區(qū)和氣相區(qū)。箭頭1、2、3分別表示冰溶化成水，水汽化成水蒸汽和冰升華成水蒸汽的過程。曲線OB的頂端有一點K，其溫度為374℃，稱為臨界點。若水蒸汽的溫度高于其臨界溫度374℃時，無論怎樣加大壓力，水蒸汽也不能變成水。三曲線的交點O，為固、液、汽三相其存的狀態(tài)，稱為三相點，其溫度為0.01℃，壓力為610Pa。在三相點以下，不存在液相。
若將冰面的壓力保持低于610Pa，且給冰加熱，冰就會不經(jīng)液相直接變成汽相，這一過程稱為升華。
真空冷凍干燥是先將濕料凍結到共晶點溫度以下,使水分變成固態(tài)的冰,然后在較高的真空度下,使冰直接升華為水蒸氣,再用真空系統(tǒng)中的水汽凝結器將水蒸氣冷凝,從而獲得干燥制品的技術。干燥過程是水的物態(tài)變化和移動的過程。這種變化和移動發(fā)生在低溫低壓下。因此，真空冷凍干燥的基本原理就是低溫低壓下傳質(zhì)傳熱的機理。
2、
冷凍干燥的優(yōu)點
冷凍干燥與常規(guī)的曬干、烘干、煮干、噴霧干燥及真空干燥相比，有許多突出的優(yōu)點：
（1）
冷凍干燥在低溫下進行，因此在對于許多熱敏性的物質(zhì)特別適用。如蛋白質(zhì)、微生物之類，不會發(fā)生變性或失去生物活力。
（2）
在凍干過程中，微生物的生長和酶的作用無法進行。因此能保持原來的性狀。
（3）
在低溫下干燥時，物質(zhì)中的一些揮發(fā)性成份和受熱變性的營養(yǎng)成分損失很小，適合一些化學制品、藥品和食品的干燥。
（4）
由于在凍結的狀態(tài)下進行干燥，因此制品的體積、形狀幾乎不變，保持了原來的結構，不會發(fā)生濃縮現(xiàn)象。干燥后的物質(zhì)疏松多孔，呈海綿狀，加水后溶解迅速而*，幾乎立即恢復原來的性狀。
（5）
在真空下進行干燥，物料處于高度缺氧狀態(tài)下，容易氧化的物質(zhì)得到了保護。
（6）
干燥能排除95-99%以上的水份，使干燥后產(chǎn)品能長期保存而不變質(zhì)。
博醫(yī)康經(jīng)典中試凍干機（冷凍干燥機）Pilot3-6H
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