真空冷凍干燥機(jī)優(yōu)點和原理

真空冷凍干燥法

是液態(tài)→固態(tài)→氣態(tài)的過程。在凍干過程中，溶質(zhì)顆粒之間的“液態(tài)

橋”已被凍成“固態(tài)橋”，兩顆粒間的相對位置已經(jīng)被固定下來，并且兩顆粒之間不存在氣

液界面的表面張力。隨著溶劑的不斷升華，“固橋”不斷減少，但兩顆粒之間的相對位置已

不再發(fā)生變化，直至“固態(tài)橋”*消失。

凍干的優(yōu)點

 （和通常的干燥方法如曬干、烘干、煮干、噴霧干燥及真空干燥相比）

1 它是在低溫下干燥，不使蛋白質(zhì)產(chǎn)生變性，使微生物之類失去生物活力。

2 由于是低溫干燥，使物質(zhì)中的揮發(fā)性成分和受熱變性的營養(yǎng)成分和芳香成分損失很

小 。

3 在低溫干燥過程中，微生物的生長和酶的作用幾乎無法進(jìn)行，能 地保持物質(zhì)原

來的性狀。

4 干燥后體積、形狀基本不變，復(fù)水性好。

5 因一般系真空下干燥，氧氣極少，使易氧化的物質(zhì)得到了保護(hù)。

6 能除去物質(zhì)中 95-99.5% 的水分 , 制品的保存期長。

凍干技術(shù)的運(yùn)用

1 生物制品、藥品方面：如抗菌素、抗毒素、診斷用品和疫苗的保存。

2 微生物和藻類方面：如各種細(xì)菌、酵母、酵素、原生動物、微細(xì)藻類等的保存等。

3 生物標(biāo)本、生物組織方面：如制作各種動植物標(biāo)本，干燥保存用于動物異種或同種移

植的皮膚、角膜、骨骼、主動脈、心瓣膜等邊緣組織。

4 制作用于光學(xué)顯微鏡、電子掃描和透射顯微鏡的小組織片。

5 食品的干燥方面：如咖啡、茶葉、肉魚蛋類、海藻、水果、蔬菜、調(diào)料、豆腐、方便

食品等。

6 營養(yǎng)品及中草藥方面：如蜂王漿、蜂蜜、花粉、中草藥制劑等。

7 超細(xì)微粉的制備方面：如制取 Al2O3、ZrO2、TiO2、Ba2Cu3O7～8、Ba2Ti9O20 等超

細(xì)微粉。

8 其他方面：如化工中的催化劑，凍干后可提高催化效率 5～20 倍；將植物葉子、土壤

凍干保存，用以研究土壤、肥料、氣候?qū)χ参锷L的影響及生長因子的作用；潮濕的木制文

物、淹壞的書籍稿件等用凍干法干燥，能zui大限度地保持原狀等。

水和溶液的性質(zhì)

真空冷凍干燥的過程

預(yù)凍結(jié)

預(yù)凍是將溶液中的自由水固化，賦予產(chǎn)品干燥后與干燥前有相同的形態(tài)，防止抽空干燥

時起泡、濃縮、收縮和溶質(zhì)移動等不可逆變化發(fā)生。

溶液在凍結(jié)過程中，需過冷到bing點以下，其內(nèi)部產(chǎn)生晶核以后，自由水才開始以純bing的

形式結(jié)晶，同時放出結(jié)晶熱，使其溫度上升到冰點，隨著晶體的生長，溶液濃度增加，當(dāng)濃

度到達(dá)共晶濃度，溫度下降到共晶點以下時，溶液就全部凍結(jié)。

凍干制品升華前，必須凍結(jié)到一定的溫度，這個溫度應(yīng)設(shè)在制品的共溶點以下 10 至 20℃

，如不經(jīng)過預(yù)凍直接抽真空，當(dāng)壓力降到一定程度時，液體就會被抽去。這種情況也叫蒸發(fā)

這種蒸汽叫做不飽和蒸汽，如果制品凍結(jié)不實而抽真空，液體中的氣體迅速逸出而起“沸

騰”現(xiàn)象。制品如在“沸騰”中凍結(jié)，有部分可能逸出瓶外，引起藥物損失或使品表面凹凸不

平。由此可見，共溶點的溫度是保證產(chǎn)品正常干燥的zui安全的溫度，只能比它低，不能高于共

溶點溫度。

升華干燥（一次干燥）

將凍結(jié)后的產(chǎn)品置于密閉的真空容器中加熱，其冰晶就會升華成水蒸氣逸出而使產(chǎn)品脫

水干燥。干燥是從外表面開始逐步向內(nèi)推移的，冰晶升華后殘留下的空隙變成而后升華水蒸

氣的逸出通道。已干燥層和凍結(jié)部分的分界面（實際上是一薄層）稱為升華界面。在生物制

品干燥中，升華界面約以 1mm/h 的速度向內(nèi)推進(jìn)。當(dāng)全部冰晶去除時，升華干燥就完成了，

此時可除去水分 90％左右。制品中冰的升華是在升華界面處進(jìn)行的。升華時所需要的熱量

是由加熱設(shè)備（通過擱板）提供，從擱板傳來的熱量由以下幾種途徑傳至產(chǎn)品的升華界面：

固體的傳導(dǎo)，輻射，氣體的對流。

產(chǎn)品升華時受以下幾個溫度限制：

產(chǎn)品凍結(jié)部分的溫度應(yīng)低于產(chǎn)品共溶點的溫度。

產(chǎn)品干燥部分的溫度要低于其崩解溫度或容許的zui高溫度（不燒焦或性變）。

zui高擱板溫度。

解析干燥（二次干燥）

*階段干燥是將水以  冰  晶的形式除去的，因此凍干層的溫度和升華界面的壓力都必須

控制在產(chǎn)品共溶點（或崩解溫度）以下，才不致使 bing晶溶化。但對于吸附水，其吸附能量

高，如果不提供足夠的能量，水就不可能從吸附中解析出來。因此，這一階段產(chǎn)品的溫度應(yīng)足

夠地高，只要不超過允許的zui高溫度，不燒毀產(chǎn)品和不造成產(chǎn)品過熱而變性就可。同時，為了

使解吸出來的水蒸氣有足夠的推動力逸出產(chǎn)品，必須使產(chǎn)品內(nèi)外形成較大的蒸汽壓差，因此

這一階段箱體內(nèi)要保持高真空。第二階段干燥后，產(chǎn)品殘余水分的含量一般可以控制在

0.5%-4% 之間。