【冷凍干燥】冷凍干燥原理
冷凍干燥是利用冰晶升華的原理,在高真空環(huán)境下,冷凍食品原料的水分直接從冰固體升水蒸氣而不發(fā)生融冰。一般來(lái)說(shuō),真空干燥物料中的水分在液體狀態(tài)下轉(zhuǎn)變?yōu)檎羝麪顟B(tài),食品被干燥,所以冷凍干燥也稱為冷凍升華干燥。
其主要優(yōu)點(diǎn)是:(1)干燥后的材料保持了原有的化學(xué)成分和物理性質(zhì)(如多孔結(jié)構(gòu)、膠體性質(zhì)等);(2)比其他干燥方法的熱耗少。缺點(diǎn)是成本高,不能廣泛應(yīng)用。用于干燥抗生素、蔬菜和水果。
將含水生物樣品冷凍固定。在低溫高真空的條件下,樣品中的水直接從冰升華到干。在干燥過(guò)程中,不受表面張力的影響,樣品不變形。
冷凍干燥過(guò)程包括冷凍、升華和再干燥三個(gè)階段。
待凍干的物料用適當(dāng)?shù)睦鋮s設(shè)備冷卻至2℃左右,然后放入冷卻至40℃(13.33pa)左右的凍干箱中。關(guān)閉干燥箱,迅速注入制冷劑(氟里昂、氨水),將物料冷凍,保存數(shù)小時(shí)或更長(zhǎng)時(shí)間,克服溶液過(guò)冷,使產(chǎn)品完全冷凍,即可升華。
產(chǎn)品升華是在高真空下進(jìn)行的。在減壓過(guò)程中,要將箱內(nèi)物品冷凍,防止容器溢出。開(kāi)式羅茨真空泵(或真空擴(kuò)散泵)在罐內(nèi)壓力下降到一定程度后,壓力下降到1.33pa-60。低于C時(shí),冰開(kāi)始升華,升華的水蒸氣在冷凝器中形成冰晶。為保證冰的升華,應(yīng)開(kāi)啟加熱系統(tǒng)對(duì)冰架進(jìn)行加熱,并持續(xù)供應(yīng)冰升華所需的熱量。
在升華階段,大量的冰升華。此時(shí),產(chǎn)品的溫度不應(yīng)超過(guò)熔點(diǎn),以免產(chǎn)品產(chǎn)生剛性塊或產(chǎn)品外觀缺陷。在這一階段,貨架溫度通??刂圃凇?0℃之間。在產(chǎn)品再干燥階段去除的水分是混合水分。此時(shí),固體表面的水汽壓有不同程度的降低,干燥速度明顯降低。在保證產(chǎn)品質(zhì)量的前提下,現(xiàn)階段應(yīng)適當(dāng)提高貨架溫度,以利于水分蒸發(fā),一般將貨架加熱至30-35度。C、 實(shí)際操作應(yīng)根據(jù)產(chǎn)品的凍干曲線(預(yù)先多次實(shí)驗(yàn)繪制的溫度、時(shí)間和真空曲線)進(jìn)行,直到產(chǎn)品的溫度與貨架的溫度一致,才能實(shí)現(xiàn)干燥。
真空冷凍干燥技術(shù)是將濕物料或溶液在較低溫度(-10℃~-50℃)下冷凍成固態(tài),然后在真空(1.3~13pa)下將其中的水直接升華成無(wú)液氣狀態(tài),使物料脫水的干燥技術(shù)。我國(guó)是原料藥生產(chǎn)大國(guó),該技術(shù)的應(yīng)用前景十分廣闊。但需要注意的是,真空冷凍干燥技術(shù)在我國(guó)得到了迅速的推廣。相比之下,其基礎(chǔ)理論研究相對(duì)落后和薄弱,專業(yè)技術(shù)人員不多。此外,與氣流干燥、噴霧干燥等其他干燥技術(shù)相比,真空冷凍干燥設(shè)備投資大、能耗高、藥品生產(chǎn)成本高,制約了該技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展。因此,加強(qiáng)基礎(chǔ)理論研究,保證藥品質(zhì)量,實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗,降低生產(chǎn)成本,已成為真空冷凍干燥技術(shù)領(lǐng)域重要的問(wèn)題。