冻干机原理

　　冻干机起源于19世纪20年代的真空冷冻干燥技术经历了几十年的起伏和徘徊后，在Z后的20年中取得了长足进展。进入21世纪，真空冻干技术凭借其它干燥方法无法比拟的优点，越来越受到人们的青睐，除了在医药、生物制品、食品、血液制品、活性物质领域得到广泛应用外，其应用规模和领域还在不断扩大中。为此，真空冷冻干燥必将成为21世纪的重要应用技术。

　冷冻干燥的基本原理是基于水的三态变化医学教育网收集整理。水有固态、液态和气态，三种相态既可以相互转换又可以共存。当水在三相点（温度为0.01℃，水蒸气压为610.5Pa）时，水、冰、水蒸气三者可共存且相互平衡。在高真空状态下，利用升华原理，使预先冻结的物料中的水分，不经过冰的融化，直接以冰态升华为水蒸汽被除去，从而达到冷冻干燥的目的。冻干制品成海绵状、无干缩、复水性极好、含水分极少，相应包装后可在常温下长时间保存和运输。由于真空冷冻干燥具有其它干燥方法无可比拟的优点，因此该技术问世以来越来越受到人们的青睐，在医药、生物制品和食品方面的应用已日益广泛。血清、菌种、中西医药等生物制品多为一些生物活性物质，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。

　　干燥的方法多种多样，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。

　　冻干法则基本上在0℃以下进行，即在产品冻结的状态下进行，只在后期降低产品的残余水份含量时，才让产品升至0℃以上的温度，但一般不超过40℃。在真空条件下，当水蒸汽直接升华出来后，药物剩留在冻结时的冰架中，形成类似海绵状疏松多孔架构，因此它干燥后体积大小几乎不变。再次使用前，只要加入注射用水，又会立即溶解。冻干机

　　冻干机相对常规方法，冻干法具有如下优点：

　　*许多热敏性的物质不会发生变性或失活。医学教育网收集整理

　　*在低温下干燥时，物质中的一些挥发性成分损失很小。

　　*在冻干过程中，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。

　　*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。

　　*由于物料中水分在预冻以后以冰晶的形态存在，原来溶于水中的无机盐类溶解物质被均匀地分配在物料之中。升华时，溶于水中的溶解物质就析出，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的现象。

　　*干燥后的物质疏松多孔，呈海绵状，加水后溶解迅速而完全，几乎立即恢复原来的性状。

　　*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。

　　*干燥能排除95％～99%以上的水分，使干燥后产品能长期保存而不致变质。

　　*因物料处于冻结状态，温度很低，所以供热的热源温度要求不高，采用常温或温度不高的加热器即可满足要求。如果冷冻室和干燥室分开时，干燥室不需绝热，不会有很多的热损失，故热能的利用很经济。

　　正所谓没有wan美的技术，真空冷冻干燥技术的主要缺点是成本高。由于它需要真空和低温条件，所以真空冷冻干燥机要配置一套真空系统和低温系统，因而投资费用和运转费用都比较高。

　　真空冷冻干燥技术在生物工程、医药工业、食品工业、材料科学和农副产品深加工等领域有着广泛的应用。

　　药品冷冻干燥包括西药和中药两部分。西药冷冻干燥在国内已经得到了一定的发展，很多较大型的制药厂都有冷冻干燥设备。在针剂方面，冷冻干燥工艺采用的比较多，提高了药品质量和贮存期限，给医患双方都带来了利益。但目前冻干药品的品种不多，产品价格高，干燥工艺不先进。在中YF面，目前还只局限在人参、鹿茸、山药、冬虫夏草等少量中药材的冻干，大量的中成药还没有采用冻干工艺，与国外差距较大。日本几年前就开展了“汉药西制”，改变了中药的熬制方法，解决了中药不能制成针剂或片剂的传统，也解决了中药不治急病的难题，因此我国中药冻干工艺及产品的研究很有潜力可挖。

　　在生物技术产品领域，冻干技术主要用于血清、血浆、疫苗、酶、抗生素、激素等药品的生产；生物化学的检查药品、免疫学及细菌学的检查药品；血液、细菌、动脉、骨骼、皮肤、角膜、神经组织及各种器官长期保存等。

　　设备的现状与发展

　　冻干技术的应用和设备是分不开的，到目前为止，冻干设备的形式主要分为间歇式和连续式两大类，设备的规模从不到一平方米到几十平方米都有。

　　间歇式冻干设备

　　间歇式冻干设备适合多品种小批量生产，特别是在食品领域适用于季节性强的食品生产。采用单机操作，如果一台设备发生故障，不会影响其它设备的正常运行。间歇式冻干设备便于控制物料干燥时不同阶段的加热温度和真空度的要求。设备的加工制造和维修保养易于进行。但由于装料、卸料、起动等操作占用时间较多，因此设备利用率低，生产效率也不高。

　　连续式冻干设备

　　近年来，国内外开始探索和使用连续式真空冷冻干燥设备。连续式设备的特点是适于品种单一而产量庞大、原料充足的产品生产，特别适合浆状和颗粒状制品的生产。连续式设备容易实现自动化控制，简化了人工操作和管理，其主要缺点是成本高。

　　随着GMP认证的结束，国产的医YY冻干设备全面进入了现代化阶段，功能齐全、工作可靠、性能稳定，可实现在线清洗（CIP）或蒸汽消毒灭菌（SIP），各项技术指标都能满足生物制品和药品冻干生产的需要。相比之下，国外冻干设备的品种规格比国内多，配套设备齐全，节能型结构比较精致，连续式冻干设备生产量大。为保证冻干产品的质量和节能，常采用冻干设备与其它干燥设备组合在一起的组合冻干设备，例如喷雾冻干设备。

　　在未来，如何在保证产品质量的前提下，提高冷冻干燥效率，缩短干燥时间，节约能源将是广大冻干行业工作者的目标。

　　近些年来，冻干粉针技术凭借水针剂无法比拟的优势成为市场的宠儿。冻干粉针特别适用于附加值高的生物药品，和普通水针剂相比，冻干粉针的主要优点如下：

　　*精确的灌装体积；

　　*产品稳定性好；

　　*冻干产品溶解速度快；

　　*生产过程无菌。

　　可进行冻干的常用注射用药包括激素和维生素、YZ细胞生长素、抗生素和抗毒素、药物及其活性成份、荷尔蒙和血液制品以及疫苗和抗毒疫苗。冻干粉针剂是未来注射剂的发展趋势，随着制药现代化的推进和对药品质量的更高要求，传统水针剂必将被冻干粉针剂所取代。

　　以西盟冻干机为例：

　　冻干自动控制系统

　　可编程式冻干机所有冻干过程，从冻干到除霜，均由程序化控制。

　　隔板加热系统

　　通过加热隔板产生的热循环控制温度，因此温度均一性更加准确，同时提高冻干速度。

　　样品预冻系统

　　冻干室托盘下具有冷冻系统，可在冻干前对样品时行预冻。

　　冷阱除霜系统

　　冻干结束后，对冷阱进行快速除霜以便于缩短下一次冻干时间。

　　纯净氮气反填系统（多用于生物制品）

　　为保存样品的地干燥，可运用反填充系统对真空仓填充无菌空气和氮气以保护样品免受污染。

　　安全压盖系统

　　为了在冻干后保存样品，在真空状态下密封的压盖系统被安装了一个可引导四个隔板直接移动的选件，采用手动压盖系统来达到安全精确的密封作用。

　　防真空泵油逆流系统

　　保护样品，防止真空泵油逆流，安全阀功能。

　　压缩机二次启动延时功能：保护压缩机延长压缩机的使用寿命。

　　1.5公里远程控制

　　现在市面上常见的三冻干机为：美国sim冻干机，日本astece冻干机，德国chist冻干机，