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在环保行业需要对水质、土壤、生物质进行调研监测，保证其数据的准确性和真实性非常的关键。数据的准确性和真实性由两个方面决定：一是分析仪器的分辨率和可重现性，二是样品前处理是否能够达到分析仪器的进样标准。这两个方面都很重要。在样品前处理方面，要确保样品的含水量和纯度，冻干法在样品前处理脱水方面显示出了极大的优越性。

1、真空环境下，升华干燥。对制品的化学性质、物理性质及活性无影响。

2、样品含水率低，一般低于5%，ZD可达到0.01%。

3、对于土壤类冻干后，酥脆，便于研磨。

4、干燥效率高，是真空干燥、模拟自然风干燥、晾干及烘干效率的几倍。

5、上样量大，一台专业型设备一天可制备上百个土壤样本，一台设备即可满足样本前处理的需要。

6、避免交叉污染，可完全避免不同批次及同批次的交叉污染。

7、方便快捷，对于半挥发性有机物检测，专用的土壤冻干瓶即可用于采用，也可用于冻干，还可以用来封存样本。

土壤的微观结构测试需要干燥后的样品，传统的干燥方法：风干法、烘干法等。这些方法都存在使土壤样品体积收缩、改变土微结构状态的缺陷，粘性土随着含水率的减少， 其微结构也会发生变化， 体积缩小。常规的风干法和烘干法易使土的微结构发生较大的变化，无法满足微结构研究的测试精度。而采用四环土壤冻干机对样品进行真空冷冻干燥，不产生体积膨胀保证脱水后土样的微观结构不发生变化。

土壤冻干法步骤:

设备：四环福瑞LGJ-80D土壤冻干机     样本：土壤

1.样本准备，将采集的土壤样本收集到密闭的非金属容器;

2.根据样品分隔要求,将土壤样本放置物料盘内;

3..放入冻干机内，开始制冷,在低温下进行预冻;

4.预冻结束后，执行干燥程序;可直接调用内嵌干燥程序;

5.干燥结束后收集冻干机土壤样本，保存需真空密封;

6.停机，化霜清洁。

四环福瑞LGJ-80D土壤冻干机技术参数：

● 达标冷阱温度： ≤ -70℃ （空载，环境温度 ≤ 30℃）

● 极限冷阱温度： ≤ -75℃ （空载，环境温度 ≤ 25℃）

● 达标预冻室温度： ≤ -55℃ （空载，环境温度 ≤ 30℃）

● 极限预冻室温度： ≤ -61℃ （空载，环境温度 ≤ 25℃）

● 达标真空度： ≤ 5Pa（空载）

● 极限真空度： ≤ 1Pa（空载）

● 预冻室降温速率：20℃降至 -40℃≤ 60min（空载）

● 冷阱降温速率：20℃降至 -40℃≤ 20min（空载）

● 真空抽气速率：标准大气压降至 10Pa ≤ 15min（空载）

● 搁板控温范围：-40℃～ +70℃ （LGJ-35C/50C/80C 除外）

● 电源要求：AC380V 50Hz 三相五线制 或 AC220V 50Hz

● 总功率：4000W

● 适用环境：≤ 30℃

冻干枸杞是区别于普通晾晒枸杞的新型制作工艺枸杞。冻干枸杞是将鲜枸杞洗净后直接低温冷冻加工制成，由于只取出果肉中的水分而不破坏其他营养物质，冻干枸杞不但ZD化保留鲜枸杞中的各种营养精华成分，还解决了晾晒工艺存在的混入泥沙、虫卵等杂质的问题，最重要的是避免了晾晒枸杞添加碱水、亚硫酸钠和硫磺等过量化学物质而导致的食物中毒问题，是一款安全、无添加的绿色食品。

品类介绍

冻干枸杞，是近年来逐渐走俏的高科技绿色食品。相较于一般的晾晒枸杞，冻干枸杞在加工过程中保存了鲜枸杞原有的色、香、味、营养成分和原有的红润饱满外观，具有良好的复水性，而且不含任何添加剂，是理想的天然养生佳品，长期食用在明目方面功效更加显著。

技术介绍

冻干(Freeze Drying)全名为真空冷冻干燥(Vacuum Freeze Drying)，又名升华干燥(Drying by Sublimation)，是将被干燥液体物料冷冻成固体，在低温减压条件下利用冰的升华性能，使物料低温脱水而达到干燥目的的一种方法。

四环真空冷冻干燥机把含有大量水分的物质，预先进行降温冻结成固体。然后在真空条件下使水蒸气直接从固体中升华出来，而物质本身则留在冻结时的冰架子里，因此它干燥后体积不变，并且变得疏松、多孔、复水性能好。冷冻干燥蔬菜或食品，它ZD的特点就是保留产品的色、香、味、形及原生态食物的营养成分，也被称之为航天食品，是当今天然、绿色、安全的方便营养食品。

传统晾晒与冻干的区别

市场上大部分的晾晒枸杞卖相欠佳，普遍呈暗红、暗黄、干瘪状，而颜色鲜亮的晾晒枸杞则多为使用过量硫磺熏制的"磺货"，存在极大健康隐患。冻干枸杞则打破了枸杞干涩的僵局，在外观上保留了鲜果的饱满、红润、鲜亮， 这一突破性改变与冻干枸杞的特殊制作工艺密不可分。

传统晾晒工艺的做法是首先用碱水除去鲜果表面果蜡，进而通过不断翻动进行晾晒蒸发出鲜果中的水分。在晾晒过程中，枸杞因撞伤、挤伤、压伤等果肉会明显受损，导致营养大量流失且颜色发黑。且传统晾晒枸杞因晾晒过程中添加大量化学物质而产生的明显苦味、涩味和酸味，使得其口感相较于鲜果大打折扣。而冻干工艺因其技术本身的独特性，在根本上解决了晾晒工艺问题，从营养、卫生、口味等多方面实现工艺创新。

冻干枸杞因为是在低温真空的环境下生产，运用冻干技术升华果肉中的水分而没有破坏原有的物质结构，让冻干枸杞完整的保有鲜果骨架和形态的同时，还ZD化的保留了枸杞中各种营养成分。

由于在真空的生产环境下，微生物和酶都无法作用，使得枸杞能ZD化的保持鲜果的色、香、味。同时，不到5%的含水量也让冻干枸杞在生产后不需冷藏，只要密封包装，就可在常温下长期储存、运输和销售，三五年内不变质。

口感上也有了不同，冻干枸杞直接吃起来是咯嘣脆，不再像晒干枸杞那般干硬难嚼。如果加水浸泡，冻干枸杞还能在几分钟内恢复鲜果的形状，散发出浓郁的枸杞果香。

四环冻干

四环冻干机均通过国家质检机构检测，取得CE认证，得到客户的一致好评。四环福瑞科仪科技发展(北京)有限公司法人由原北京四环科学仪器厂有限公司技术研发和管理负责人担任，是为客户提供专业真空冷冻干燥设备及解决方案的服务供应商。我们秉承“以客户为ZX，追求ZG的客户满意度"的服务理念，个性服务、创新设计、GX处理、可靠保障，可根据客户需求提供和设计符合GMP相关标准的冻干配套设备。我们以共赢发展为本，技术服务为根，在臻于完善中与众不同，在持续发展中追求ZY。

心脏瓣膜的冻干

ALAIN C进行了心脏瓣膜的冻干研究。ALAIN提出瓣膜冻干应具备三项功能：第一，应该能够提供多孔结构，以便当使用瓣膜将其悬在介质中复水时，能允许纤维原细胞迅速进入瓣膜内部；第二，杀死异源细胞；第三，保持胶原质结构以保证瓣膜的机械强度。ALAIN的实验研究中用的是猪的瓣膜，来自屠宰场。猪的平均年龄和重量分别是18周和80kg。心脏瓣膜是在猪死后2h以内从心脏上切下来的，瓣膜片在磷酸盐缓冲液里洗涤三次。叶片在4℃下存储超过24h。实验中总共用到了76个叶片。

心脏瓣膜玻璃化温度的测定：

将质量为20～30mg的一块瓣膜叶片密封在铝制器皿中，使用装配有液氮低温附件的Perkin-Elmer DSC2仪器测量。以1.25K/min的速度冷却到173K，在以40K/min的加热速度过程中，记录温度，得到温度-热流图如图5-22所示。由图中数据得出，玻璃化转变温度Tg为-83℃。

冻干工艺对冻干心脏瓣膜形状的影响：

心脏瓣膜的冻干实验是在一种实验型快速冻干仪器中进行的，其结构如图5-23所示。 

将冷阱浸在硅树脂油的冷浴中冷却到-70℃，用旋片泵维持真空度，用麦氏计来测量真空度，可以达到0.005mmHg。

三个瓣膜叶片用一种单纤维尼龙丝系在一小块PVC塑料网上，装在一个Falcon塑料管中。大多数实验中，Falcon塑料管浸在液氨或控制了温度的硅树脂油中，瓣膜叶片在冷空气环境下冷冻。冷却Falcon塑料管的冷浴的温度为-15℃、-40℃、-80℃或者-196℃。然后，将Falcon塑料管从低温液体中取出，快速地放入冻干机的冻干箱里；少数实验中瓣膜叶片被直接浸入-60℃或者-80℃的酒精浴冷冻。样品的冻结速率数据列于表5-13中。在叶片角落里粘有一个与图表记录器相连接0.12mm的铜镍合金，用于测量温度。冻干室初始温度为室温22℃，然后通过浸在-20℃或-30℃的恒温浴里控制温度。之后，自然升温，此为非控制冻干。

真空干燥连续进行3h，这时叶片温度稳定在室温(22℃)。通过SEM对这些叶片的部分进行检查显示出预期的多孔结构，如图5-24所示。孔是由冷冻中形成和干燥中驱除的冰晶体产生的。而且有一个规律，冷却速度越低孔越大[对比图5-24(a)和(b)]，但不连续，每个样品也不一样[如图5-24(b)的例子]。叶片的厚度与冷却速度有直接联系。因为大多数孔的尺寸显得比预期的要小得多，可以尝试着在干燥前对叶片熔化和再冷冻，这样可以提高冰孔的尺寸。其他更多的叶片以6℃/min的速度冷却，在温度为37℃的水浴里熔化，然后以相同的速度再冷冻，三个以上再以72℃/min的速度冷却，但是它们产生了与仅仅经过一次冷冻的叶片相似的SEM外形。

另一个问题就是稠密层的出现，许多样品表面很显然没有孔[见图5-24(b)]；SEM图片显示叶片表面是压实的，内部孔和外部很少连通[见图5-24（c）]；在叶片物质内部同样出现了紧凑层[见图5-24(d)]。这些现象显示了在干燥过程中发生了广泛的坍塌，可能是在干燥过程中温升较快造成的。在处理结束，叶片的含水量很少，很可能是发生了熔化和蒸发，而不是升华。因此后面进行了严格的控制冷冻干燥实验。

在控制冷冻干燥过程中，选择了两种冷冻方法：将Falcon试管放在-40℃的冷浴里(平均冷却速度为6.7℃/min)，或者是放在196℃的液氮里（平均冷却速度为51℃/min)。将干燥烧瓶放在设定温度的冷浴里6h，它的温度就被控制在-20℃或-30℃；6h后关掉冷藏室，让浴温自动上升。测量的温升速度是0.06～0.08℃/min，从-20℃达到0℃需要5h，从-30℃到达0℃需要6.3h。总的真空干燥时间需要16h，最终温度为5～11℃。每个实验方案冻干了三个叶片，然后经过SEM检验。从8个瓣膜里得到的24个叶片都经过相同的处理，在干燥处理过程中或结束后和再水化后测量水的含量。结果显示在-30℃时的干燥速度是很慢的，20℃时尽管在那个阶段的最后将干燥时间从6h延长到12h可以保证水的含量很低，但是它对最后剩余水气没有影响。更多的研究是在为-20℃或-30℃温度下干燥6h的初始干燥后，再以0.06℃/min的加热速度进行第二次干燥，整个过程需要16h。

SEM照片（见图5-25）显示，-20℃干燥的叶片有更好的外观，多孔基体更统一，没有坍塌的区域和厚的、稠密的边界层。孔的尺度比非控制冷冻干燥的叶片看上去大很多[比较图5-24(a)和图5-24(b)与图5-25(a)和图5-25(b)]。冻结速率为7℃/min的叶片孔显得比50℃/min的叶片的孔稍大而且更均匀。-30℃干燥的叶片表面外壳更厚一些，显示了在第二个干燥阶段中已经发生了坍塌。这是由于在最初的温度为-30℃干燥6h后，有更高的水含量。所以，起初干燥的温度是-20℃。但是，在两种情况下，表面都缺乏明显的与内部多孔基体相连通的孔。

为了确定从SEM检查得到的压痕数量，测量了冻干叶片的厚度和孔的尺寸。图5-26显示了对两种冷却速度的数据比较，一种是非控制快速干燥，另一种是-20℃的控制干燥。不考虑干燥方法的影响，快速冷冻后叶片变得更厚了；同样，不考虑冷却速度的影响，控制干燥的叶片也更厚了。假如避免了崩塌，对于两种冷却速度，沿着垂线方向从内流到外流表面的冰孔数量相似。对分别经过1℃/min、5℃/min、25℃/min冷却速度的冷冻，然后进行初始干燥温度为-20℃的冷冻干燥的叶片，通过SEM测量了其孔的截面积的分布。在两个垂直方向上进行了表面观察，第一个是半径方向，即从容器表面指向容器中心；第二个指定的切线方向与第一个方向成90°，即它与容器表面的切线平

行。结果如图5-27所示。可以看出冷却速度(1℃/min)低，冻干样品冰孔尺度分布广，而且在断面的两个方向上没有显著的差别；冷却速度快则冻干样品冰孔尺度分布窄，而且切线方向上比半径方向上孔径更大，也就是说，冰晶体形成于切线方向。经测量，在两种冷却速度下，大多数冰孔半径方向上面积为100～350μm2，但是冷却速度为5℃/min的比25℃/min孔径稍长，样本的横断面积分别为400μm2和200μm2。冻干工艺为：以5℃/min的冷却速度，然后在-20℃真空干燥6h，接着在缓慢的加热过程中进行二次干燥，得到的冻干多孔叶片残余水分为8%～9%，内部孔的测量尺寸为100～350μm2。这对横断面积为150-200μm2的纤维原细胞提供了足够的通道。因此，在后来的所有研究中都采用了上述叶片冻干工艺。

SEM未能回答的问题：“内部冰孔与孔之间是互相连通，还是它们是独立封闭的？”为了回答这个问题，干燥前对叶片涂上荧光素，然后再用甲基安息香酸盐进行清洗后对它进行显微镜共焦扫描(CSM)，结果显示它的结构与开放的塑料泡沫相似。不过，SEM和CSM都暗示内部的多孔结构很少与表面联通。图5-28(a)和(b)显示了SEM的外观，流入表面上的凹陷很小(10~20μm),显得与内部的多孔结构不连通。CSM同样揭示了表面的口袋状结构，尽管横向连通的可能性不能被完全排除，但是它们似乎是封闭。

然而，当叶片被放置在玻璃皿上，大部分流人表面朝上，用1根8×20号手术针就可以创造出三角形的穿孔，直径尺寸为75~100μm[见图5-28(c)和(d)]，穿透了流出表面，孔径小于10μm。

ALAN的这项研究主要针对的是他提出的冻干瓣膜应具备的第一项功能：提供多孔结构，以便当使用瓣膜将其悬在介质中复水时，能允许纤维原细胞迅速进入瓣膜内部。

四环福瑞科仪科技发展（北京）有限公司

崩解温度又名崩解点，所谓崩解温度是对已经干燥的产品而言的。冻干机在升华干燥阶段，随着升华时间的增长，产品中会出现已干层和冻结层，这两层之间的交界面是升华面，随着升华的进行，升华界面不断向减小冻结层方向移动，干燥层厚度逐渐增加。已干燥的产品应该是疏松多乱，保持一个稳定的状态，以便下层冻结产品中升华的水蒸汽顺利通过，使全部的产品都良好的干燥。

但某些已干燥的产品当温度达到某一数值时会失去刚性，发生类似崩溃的现象，失去了疏松多孔的性质，使干燥产品有些发粘。比重增加，颜色加深。发生这种变化的温度就叫做崩解温度。

对于这样的产品要获得良好的干燥，只有保持升华中的干燥产品的温度在崩解点以下，直到冻结产品全部升华完毕为止，才能使产品温度继续上升。这时由于产品中已不存在冻结冰，干燥产品即使发生崩解也不会影响产品的干燥，因为产品已从升华阶段转入解吸干燥阶段。

没有发生崩解的干燥产品与发生崩解的干燥产品在外观上用肉眼看不出有什么差别，只有在显微镜下才能看到结构上的变化。当在显微镜下观察产品的冷冻干燥过程时，如果看到发生崩解现象，那么这时的温度就是该产品的崩解温度。

有些产品的崩解温度高于共熔点温度，那么升华时仅需控制产品温度低于共熔点温度就行了；但有些产品的崩解温度低于共熔点温度，那么按照一般的方法控制升华时就可能发生崩解现象，这样的产品只有在较低的温度下进行升华，因此必须延长冻干时间。

干燥产品发生崩解之后，阻碍或影响下层冻结产品升华的水蒸汽的通过，于是升华速度减慢冻结产品吸收热量减少，由板层继续供给的热量就有多余。将会造成冻结产品温度上升，产品发生熔化发泡现象。

崩解温度与产品的种类和性质有关，因此应该合理的选择产品的保护剂，使崩解温度尽可能高一些，例如产品的崩解温度应高于该产品的共熔点温度。

崩解温度一般由试验来确定，通过显微冷冻干燥试验可以观察到崩解现象，从而确定崩解温度。

产品的崩解温度取决于产品本身的品种和保护剂的种类；混合物质的崩解温度取决于各组分的崩解温度。因此在选择产品的冻干保护剂时，应选择具有较高崩解温度的材料，使升华干燥能在不很低的温度下进行，以节省冻干的能耗和时间，提高生产率。

通过对崩解点温度进行测量，显示崩解点温度与冻干机性能有密切联系。冻干机预冻过程中预冻速度及传热系数等决定了产品冰架结构，从而决定了产品的崩解点温度。不同预冻速度下，产品的崩解点温度较大差异。

甘氨酸、甘露醇、葡聚糖、木糖醇、聚已烯吡咯烷酮和蛋白质混合物等保护剂能提高产品的崩解温度。

药品冷冻干燥原理

       原理:指把药品溶液在低温下冻结，然后在真空条件下升华干燥，除去冰晶，待升华结束后再进行解吸干燥，除去部分结合水的干燥方法。该过程主要可分为:药品准备、预冻、一次干燥(升华干燥 )和二次干燥(解吸干燥)、密封保存等五个步骤。药品按上述方法冻干后，可在室温下避光长期贮存，需要使用时，加蒸馏水或生理盐水制成悬浮液，即可恢复到冻干前的状态。

技术优势

与其它干燥方法相比，药品冷冻干燥法具有非常突出的

优点和特点:

• 药液在冻结前分装，剂量准确；

• 在低温下干燥，能使被干燥药品中的热敏物质保留下来；

• 在低压下干燥，被干燥药品不易氧化变质，同时能因缺氧而灭菌或抑制某些细菌的活力;

• 冻结时被干燥药品可形成“骨架”，干燥后能保持原形，形成多孔结构而且颜色基本不变;

• 复水性好，冻干药品可迅速吸水还原成冻干前的状态;

• 脱水彻底，适合长途运输和长期保存。
  

冻干曲线设计（预冻过程）

冻干曲线设计（升华干燥）

冻干曲线设计（解析干燥）

四环冻干产品系列

关于四环冻干

       四环福瑞科仪科技发展（北京）有限公司法人由原北京四环科学仪器厂有 限公司技术研发和管理负责人担任，是为客户提供专业真空冷冻干燥设备及解 决方案的服务供应商。我们秉承“以客户为中心，追求最高的客户满意度”的 服务理念，个性服务、创新设计、高效处理、可靠保障，可根据用户需求提供 和设计单个或多个符合 GMP 相关标准的冻干设备配套系统，如负压和无菌隔 离器、自动进出料及外置 CIP 等系统。 我们以共赢发展为本，技术服务为根，在臻于完善中与众不同，在持续发 展中追求卓越。 

个性服务：

专业沟通，科学分析，根据用户需求和物料 特性提供精准设备方案。

创新设计：

需求牵引，高端配置，结构紧凑，操作维护简单。

高效处理：

数字全程控制，实现系统优化，物料冻干高效。

技术保障：

快捷高品质的全寿命质量周期服务，保障产 品稳定可靠安全运行。

冷冻真空干燥的主要用途

1.1. 冻干技术在医YF面

生物制品:活性疫苗或血液制品，如:活菌苗--卡介苗，活毒疫苗一一狂犬疫苗。冻干人血浆是采取健康人血，加入抗凝剂经离心分离，取上清在-30℃下旋冻成固体，再经真空升华除去水份制成。

西药生产:以抗生素为主、维生素。

优点:

1) 药液在冻干前分装，方便、准确、可实现连续化;

2) 处理条件温和，在低温低压下干燥;可避免高温高压下的分解变性，蛋白质不会变性;

3) 含水量低，冻干产品含水量一-般在1%~3%。真空，可通N2保护，产品不易被氧化，有利于长途运输和长期保存;

4) 产品外观优良，为多孔疏松结构，颜色基本不变，复水性好能迅速吸水还原成冻干前状态;

5)冻干设备封闭操作洁净度高，减少杂菌和微粒的污染，缺氧的条件可起到灭菌和YZ细菌活力；

冻干制剂的生产过程包括

口  药液准备

口  预冻(冻结)

口  一次干燥(升华干燥)

口  二次干燥(解吸干燥)

口  密封保存

中药生产:人参、鹿耸、灵芝、三七等。

采用真空冷冻干燥对新鲜三七切片进行干燥，并通过与传统干燥技术热风干燥方法比较有效成分含量和品质差异。结果表明:真空冷冻干燥得到的三七切片成品人参皂苷Rg1含量显著高于热风干燥，为2.35%， 干燥后的三七切片成品表面黄白色、平滑无裂痕、质轻，药味浓，有良好的色泽及外观，热风干燥为1.06%。真空冷冻干燥与热风干燥后三七的品质有显著性差异。因此，真空冷冻干燥技术对三七传统药材干燥具有很好的效果。 

1.2.冻干技术在YL方面

利用冻干技术可以长期保存血液、动脉、骨骼、皮肤、角膜和神经组织等各种器官。因为在冻干时生物体细胞未被破坏，冻干后的生物体保存起来仍像原来那样具有生命力，如果再复水，生物体又复活。例如冻干骨骼、可使骨组织保持在固态，蛋白质变性最小，并保持酶的活性，可以贮存在室温或冰箱中长达2年，临床证明用冻干骨再植能复原为正常骨质生理特性，效果良好。 

1.3. 冻干技术在食品工业

已经采用冻干法加工的食品:

1、烹饪原料:肉、蛋、鱼、蔬菜等。

2、土特产品:蘑菇、黄花菜、香椿芽、苔菜以及各种山野菜等。

3、调味品:葱、蒜、姜、辅料、香料、香精、色素、汤汁等。

4、食品工业用的原料:奶粉、蛋粉、植物蛋白、茶叶、干果粉、肉粉、豆粉等。

5、饮料类:咖啡、菓珍等

7、水果类:香蕉、菠萝、草莓、桃、哈密瓜、苹果、梨等。

8、特殊食品:宇航、远洋、边防、野外作业、各种考察队用的食品。

正在用冻干法开发的食品: .

1、新型方便食品:冻干法生产的维生素、大豆粉、 花生粉等，以保证方便食品的营养成分。第二代方便食品是用冻干的海带粉、海藻胶、天然水果粉、鱼粉、兔肉粉、牛肉粉等制成的。

2、粉末蔬菜:蔬菜冻干后磨成粉末加入面粉制成面条、饼干、糕点、饮料、糖果、保存蔬菜营养、纤维质和风味、各种保健食品。

3、颗粒蔬菜:将油菜、菠菜、萝卜叶、芹菜、豌豆、胡萝卜、南瓜、雪里红等八种蔬菜混合。冻干成一种叫“素食颗粒”的制品、含丰富叶绿素、胡萝卜素、各种维生素、矿物质营养素等天然营养物质又有鲜美的味道。

1.4冷冻真空干燥的历史

它是一门古老的现代技术:诞生早。

1811年:诞生，用于生物体的脱水。

1813年:真空低温条件下，水容易汽化。

1909年:用于保存菌种、病毒和血清。

1911年:冻干比其他方法干燥活菌数高。

1935年:首次在真空冷冻干燥过程中采用主动加热的方法使升华干燥过程大为强化,干燥时间短，因而可用于生产。

1940年:冻干人血浆开始进入市场。

1942年:用于医药工业,第二次世界大战时，由于输血的需要，必须发展血液制品，同时抗生素的需要量也急剧增加，促使真空冷冻干燥技术开始用于医药工业中。

1943年:最原始的真空冷冻干燥食品的设备出现在丹麦。说它是现代技术因为它已加入现代高新技术领域的行列。人体各器官的保存和再植是现代医学研究的课题之一。营养保健食品是现代人们生活的追求。航天飞机用的超轻隔热陶瓷，是现代科学的热门话题之一。 低温超导材料等纳米级超细微粉材料的制备。

以上都需要真空冷冻干燥技术与设备。

 1.5 冷冻真空干燥在生物研制中的地位

上游:清洗、研磨、培养、发酵

中游:固液分离(离心、过滤、沉淀)、细胞破壁(超声、高压剪切、渗透压、表面活性剂和溶壁酶等)、蛋白质纯化(沉淀法、色谱分离法和超滤法等)

下游:干燥(真空干燥和冰冻干燥等)，产品的包装处理技术。

1.冻干的应用

干燥是保持物质不致腐败变质的方法之一。干燥的方法许多，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，更谈不上外观或性能的恢复，因此干燥后的产品与干燥前相比在性状上有很大的差别。

冷冻干燥就是把含有大量水分的物质，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中，因此它干燥后体积不变，疏松多孔。

冻干过程

1.1.冷冻干燥的特点∶

一．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。食品的营养成分和风味损失很少，可以ZD限度地保留原有的成分、味道、色泽和芳香。因此在医药、食品、植物学等方面得到广泛地应用。

二．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。

三．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。

四.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。

五．由于物料在升华脱水以前先经冻结，形成稳定的固体骨架，所以水分升华以后，固体骨架基本保持不变、干制品不失原有的固体结构，保持着原有形状，多孔结构的制品呈海绵状具有很理想的速溶性和快速复水性。

冻干后的产品结构

六.由于物料中水分在预冻以后以冰晶的形态存在，原来溶于水的无机盐之类的溶解物质被均匀分配在物料之中。升华时溶于水中的溶解物质就地析出，避免了一般干燥方法中因物料内部水分向表面迁移所携带的无机盐在表面析出而造成表面硬化。

七．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，同时因低温缺氧能灭菌或YZ某些细菌的活动。

八.干燥能排除 95-99%以上的水份，使干燥后产品能长期保存而不致变质。因脱水彻底、重量轻、 适合长途运输和长期保存。在常温下采用真空包装保质期可达3—5年。冷冻干燥是保存生物特性敏感的组织及组织成份的ZJ方法。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。

九．真空冷冻干燥的主要缺点是设备的投资和运转费用高，冻干过程长，产品成本高，但由于冻干后产品重量减轻运输费用减少了，能长期贮存，减少了物料变质损失，对某些农副产品深加工后减少了资源的浪费，提高了自身的价值。例如干血浆、干粉针剂。

产品的冷冻干燥需要在一定装置中进行，这个装置叫做真空冷冻干燥机或冷冻干燥装置，简称冻干机。

冻干机按系统分，由制冷系统、真空系统、加热系统和控制系统四个主要部分组成。按结构分，由冻干箱或称干燥箱、冷凝器或称水汽凝结器、制冷机、真空泵和阀门、电气控制元件等组成。

冻干箱是一个能够制冷到-55℃左右，能够加热到+80℃左右的高低温箱，也是一个能抽成真空的密闭容器。它是冻干机的主要部分，需要冻干的产品就放在箱内分层的金属板层上，对产品进行冷冻，并在真空下加温，使产品内的水分升华而干燥。

冷凝器同样是一个真空密闭容器，在它的内部有一个较大表面积的金属吸附面，吸附面的温度能降到-40℃～-70℃以下，并且能维持这个低温范围。冷凝器的功用是把冻干箱内产品升华出来的水蒸气冻结吸附在其金属表面上。

冻干箱、冷凝器、真空管道、阀门、真空泵等构成冻干机的真空系统。真空系统要求没有漏气现象，真空泵是真空系统建立真空的重要部件。真空系统对于产品的迅速升华干燥是必不可少的。

制冷系统由制冷机与冻干箱、冷凝器内部的管道等组成。制冷机可以是互相独立的二套或以上，也可以合用一套。制冷机的功用是对冻干箱和冷凝器进行制冷，以产生和维持它们工作时所需要的低温，它有直接制冷和间接制冷二种方式。

加热系统对于不同的冻干机有不同的加热方式。有的是利用直接电加热法；有的则利用中间介质来进行加热，由一台泵(或加一台备用泵)使中间介质不断循环。加热系统的作用是对冻干箱内的产品进行加热，以使产品内的水分不断升华，并达到规定的残余含水量要求。

控制系统由各种控制开关，指示调节仪表及一些自动装置等组成，它可以较为简单，也可以很复杂。一般自动化程度较高的冻干机则控制系统较为复杂。控制系统的功用是对冻干机进行手动或自动控制，操纵机器正常运转，以使冻干机生产出合乎要求的产品来。

冷冻干燥的程序：

1、在冻干之前，把需要冻干的产品分装在合适的容器内，一般是玻璃模子瓶、玻璃管子瓶，装量要均匀，蒸发表面尽量大而厚度尽量薄一些；

2、然后放入与冻干箱板层尺寸相适应的金属盘内。对瓶装一般采用脱底盘，有利于热量的有效传递。

3、装箱之前，先将冻干箱进行空箱降温，然后将产品放入冻干箱内进行预冻；或者将产品放入冻干箱内板层上同时进行预冻；

4、抽真空之前要根据冷凝器制冷机的降温速度提前使冷凝器工作，抽真空时冷凝器至少应达到-40℃的温度；

5、待真空度达到一定数值后（通常应达到13Pa～26Pa内的真空度），或者有的冻干工艺要求达到所要求的真空度后继续抽真空1～2h以上；即可对箱内产品进行加热。一般加热分两步进行，第一步加温不使产品的温度超过共熔点或称共晶点的温度；待产品内水分基本干完后进行第二步加温，这时可迅速地使产品上升的规定的最高许可温度。在最高许可温度保持2h以上后，即可结束冻干。

整个升华干燥的时间约12～24h左右有的甚至更长，与产品在每瓶内的装量，总装量，玻璃容器的形状、规格，产品的种类，冻干曲线及机器的性能等等有关。

冻干结束后，要充入干燥无菌的空气进入干燥箱，然后尽快地进行加塞封口，以防重新吸收空气中的水分。

在冻干过程中，把产品和板层的温度、冷凝器温度和真空度对照时间划成曲线，叫做冻干曲线。一般以温度为纵坐标，时间为横坐标。冻干不同的产品采用不同的冻干曲线。同一产品使用不同的冻干曲线时，产品的质量也不相同，冻干曲线还与冻干机的性能有关。因此不同的产品，不同的冻干机应用不同的冻干曲线。

科研是每个国家都重视的一个项目，所谓在科研中求发展，在发展中促提升，一个企业最值得品味的是它所拥有的企业文化，因为企业文化的传承才使一个企业稳定的发展，当然四环冻干机也不例外，四环福瑞科仪科技发展(北京)有限公司是一家以冻干行业为主的企业，法人曾担任北京四环科学仪器厂有限公司技术研发和管理负责人。

四环冻干机以“客户为ZX，共赢发展为本，追求客户满意度”的服务理念。四环冻干机现落户于ZG检验检疫科学研究院，这对于我们来说又是一个新的突破。

四环冻干机一直以来至臻于科技的发展，这次原位型冻干机LGJ-50E/80E/100E/120E成功落户ZG检验检疫科学研究院的实验室科研仪器，助力科研发展。着力研究蛋白一类的研究，使冻干技术普及于人们的生活。

LGJ-50E/80E/100E/120E型冻干机的产品特点

（1）中间介质循环技术：搁板梯度控温，特殊工艺流程制造保证板层温度均一、可控性强，板层平整，冷热量传导良好，提高冻干效率；

（2）外置冷阱提高设备的捕水能力，减少冻干过程中冷阱温度对物料的干扰，保证物料冻干质量一致和实验数据稳定，提高冻干效率，降低能源损耗；

（3）采用进口压缩机双机复叠制冷技术，国际标准绿色环保冷媒，制冷迅速，冷阱温度低，捕水能力强；

（4）冻干自动控制系统冻干过程升温和降温均采用PID控制，可自动实现对物料反复预冻、速冻和慢冻；

（5）具有自动化霜功能；复压掺气系统：减少样品二次污染，可回填氮气或惰性气体；压塞方式：电动；提供洁净室安装解决方案；

（6）真空度全程自动控制，可选配真空度调节功能；选配共晶点测试功能，更好的优化样品升华工艺；选配上位机控制。

 冷冻干燥机在冻干疫苗上的研究

冻干机广泛用在医学、制药、生物研究和生物制药、中药材、西药针剂等领域。经冷冻干燥处理的药品易于长期保存，加水后能恢复到冻干前状态并保持原有生化特性。制药冷冻干燥机可用于血清、血浆、疫苗、酶、抗生素、激素等药品的生产；由于真空冷冻干燥具有其它干燥方法无可比拟的优点，因此该制药技术受到人们的青睐，在医药的应用已日益广泛，真空冷冻干燥技术也为保存生物活性提供了良好的解决途径。

冻干疫苗，即利用致病微生物经传代或基因改造的方式，在不破坏原有免疫原性的基础上使该致病微生物无致病性。将失去致病性的病原微生物经扩增后将培养液放入冻干机中，经低温，增加冻干机内真空度的方法，使培养液中的水分以升华的方式分离，制成保持原有微生物免疫原性的干粉，即为冻干疫苗。采用冻干而不是烘干的方式，目的是为了避免因温度过高而导致的因蛋白质变性而破坏微生物的免疫原性。冻干疫苗在使用时，须用稀释液稀释至一定倍数后进行注射。冻干疫苗使用的冻干机除需具备先进的冻干技术外，还应当具备安全性、可靠性、适用性和经济性的性能指标。

四环福瑞科仪科技发展（北京）有限公司设计生产的中试型系列冻干机（型号为LGJ-50E/80E/100E/120E）适合冻干疫苗，该型设备冻干仓和冷阱为两个独立的腔体，冻干仓中的搁板带制冷功能，物料置入冻干腔后，物料的预冻、干燥过程无需人工操作，是进行冻干疫苗的理想选择。

冻干机型号为：LGJ-50E/80E/100E/120E

一、该型号系列冻干机的主要特点

1、控制软件系统为安卓系统，冻干过程均有可编程程序自动控制，可实时切换为人工操作，实现冻干过程全程参数控制，在运行过程中系统自动监控检测并记录储存相关数据，也可通过标配远程系统进行监控，储存多个固定或自定义程序，可数字密码签名；

2、连续记录实时数据，绘制冻干曲线，每分钟存储一次数据，具备USB数据存储串口；

3、控制系统人机界面设备符合NEMA（国际电气制造业协会）防护规定和欧洲CE电气认证标准；

4、系统配有各种传感器，实时记录显示真空度、冷阱温度、物料温度、搁板温度，运行错误报警可在运行过程中温度和压力出现异常时即时报警并主动保护运行安全稳定；

5、与生产型机器设计原理和制造形式高度接近，部件表面处理符合或高于相关国家和行业规定；

6、冻干自动控制系统冻干过程升温和降温均采用PID控制，可自动实现对物料反复预冻、速冻和慢冻；

7、中间介质循环技术：搁板梯度控温，特殊工艺流程制造保证板层温度均一、可控性强，板层平整，冷热量传导良好，提高冻干效率；

8、外置冷阱提高设备的捕水能力，减少冻干过程中冷阱温度对物料的干扰，保证物料冻干质量一致和实验数据稳定，提高冻干效率，降低能源损耗；

9、采用进口压缩机双机复叠制冷技术，国际标准绿色环保冷媒，制冷迅速，冷阱温度低，捕水能力强；

10、中设备冻干前准备和冻干结束后关闭冻干室与捕水室之间管路的蝶阀，可保证物料在洁净环境中进行装卸和产品预冻，冻干后可测控判定物料冻干是否结束（选配），提高设备冻干效率；

11、具有自动化霜功能；

12、复压掺气系统：减少样品二次污染，可回填氮气或惰性气体；

13、压塞方式：电动；

14、提供洁净室安装解决方案；

15、真空度全程自动控制，可选配真空度调节功能；

16、选配共晶点测试功能，更好的优化样品升华工艺；

17、选配上位机控制。

※ 达标冷阱温度： ≤-80℃ （空载，环境温度 ≤30℃）     

※ 极限冷阱温度： ≤-83℃ （空载，环境温度 ≤25℃）   

※ 达标真空度： ≤10Pa（空载）

※ 极限真空度： ≤1Pa（空载）

※搁板降温速率：20℃降至-40℃≤60min（空载）

※冷阱降温速率：20℃降至-40℃≤30min（空载）

※真空抽气速率：标准大气压降至10Pa≤20min（空载）

※搁板控温范围：-50℃～+70℃

※电源要求：AC380V 50Hz 三相五线制或AC220V 50Hz

※ 适用环境：≤30℃  

二、冷冻干燥参数的确定和控制

生物制品的冷冻干燥产品要求有一定的物理形态、均匀的颜色、合格的残水含量、良好的溶解性、高的存活率或效价、长的保存期。因此不仅要对原材料的配制和冻干后的密封保存进行控制，更重要的是对冻干过程每一阶段各参数进行全面监控，以获得良好的冻干产品。

冻干过程的参数主要是温度、压强和时间三要素，即预冻阶段、升华阶段、解吸阶段三个阶段。在预冻阶段过程中，一般采用速冻对物料进行冻结,所产生的冰晶体较小,在升华过程中较易除去。采用在长时间慢冻工艺(时间≥10- 12h) 下预冻，在低工作压力(≤20Pa)、低升华温度（≤25C)下进行物料的升华干燥。物料在低温下进行干燥，冰晶迅速的升华,缩短了升华干燥时间；采用较高的解吸温度(≥50C )，缩短了解吸干燥的时间,降低了含水量。确定冷冻干燥参数的主要依据是产品的品种和冻干机的性能，其次也要考虑到总装量，每瓶内的装量和厚度、容器的种类，产品是放在盘内干燥还是直接放在板层上干燥，瓶口是否带有塞子等。

三、冻干疫苗保护剂

在冷冻干燥的液体制品中，除了那些有活性、有生命或有治LX果的成分之外，统称为冻干保护剂。有些液体制品能单独地进行冷冻干燥，但也有些液体制品进行冷冻干燥往往不易成功。为了使某些制品能成功地进行冷冻干燥，改善冻干产品的溶解性和稳定性，或使冻干产品有美观的外形，需要在制品中加入一些附加物质，它们就是保护剂。保护剂的范围相当宽广，品种繁多，对于不同的冻干制品没有一个保护剂的通用配方，每种产品的适宜保护剂需通过反复的试验才能确定。

 四、保护剂有以下作用

1、细菌和病毒需要在特定的培养介质中生长繁殖，但这些培养介质与细菌和病毒往往难以分离，他们一般能成功地冷冻干燥在这些培养介质中。

2、有些活性物质浓度极小，干物质含量极小，在冷冻干燥时已经干燥的物质会被升华的气流带走。

3、有些活性物质特别脆弱，在冷冻和干燥时由于物理或化学原因会受到危害，因此需加入一些保护剂，以减少在冷冻和干燥时的损害。

4、加入某些物质可以提高产品的崩解温度，以得到良好的产品，并容易冻干。

5、为了改变产品贮藏的稳定性，提高贮藏温度，增加贮藏时间，它们是抗氧化剂类。