冻干技术简介.ppt

冻干技术介绍,2012年4月,一期升华,冻干基础知识,预冻,二期升华,1,2,3,4,冻干技术介绍,内容,异常问题分析,5,2,1.冻干基础知识,冻干技术介绍,定义： 冷冻干燥是将含水物质，先冻结成固态，而后使其中的水分从固态升华成气态，以除去水分而保存物质的方法。 优点： 有利于热敏性物质干燥保存。 物质中的挥发性成分和受热变性的营养成分损失很小。 在低温干燥过程能最好地保持物质原来的性状。 干燥后，复水时，能迅速还原成原来的性状。 利于保护易氧化的物质。 能除去9599%的水分，延长制品的保存期。,3,1.冻干基础知识,冻干技术介绍,国际冻干技术发展： 1909年谢盖尔（Shackell）将冻干引入细菌学和血清学领域。 1912年卡瑞尔（Carrel）首先提出用冻干技术为外科移植保存组织 1935年第一台商用冻干机问世。 1940年冻干人血浆开始投入市场。 二次世界大战后，英国食品部在啊伯丁（Aberdeen）的试验工厂也进行了食品冻干的研究。 1965年全球已有食品冻干工厂50多家 1985年仅日本就有25家公司生产冻干食品，其总销售额为1700亿日元。,4,1.冻干基础知识,50年代 中国冻干技术开始起步。 60年代 引进的同时，自行设计制造。 70年代 冻干食品几乎消失。 80年代 开始复苏。 90年代 冻干食品得到快速发展 。 2000年后冻干药品飞速发展。,我国：冻干技术发展,5,2.预冻,冻干技术介绍,预冻就是将溶液中的自由水固化，赋予干后产品与干燥前有相同的形态，防止抽空干燥时起泡、浓缩、收缩和溶质移动等不可逆变化产生，减少因温度下降引起的物质可溶性降低和生命特性的变化。,据爱得华冻干手册介绍，对于10mm厚的产品，冷冻到-25的最佳冷冻速度、最佳结晶结构和较快的干燥时间是：在冻干机外部的风冷箱式冻结箱中冻结为12小时；壳状冻结器用酒精作传热介质时，若用机械制冷则为1020分钟，若用干冰制冷则为510分钟；垂直冻结器若用液体冷却时则为5-10分钟，若用气体冷却时则为15-20分钟；在冻干机干燥箱内冻结用搁板冷冻时为1-1.5小时。,6,2.预冻,冻干技术介绍,慢冻,快冻,1、板温降得较慢，板温与品温相差不大，则制品整体均匀降温，并形成过冷，当能量积累足够时，瞬间全部结晶，得到了快冻的效果。 2、制品浸入超低温环境（如液氮），整体瞬间结晶，形成极细小的晶体（或处于无定形态），这即是真正的快冻。,板温降得较快，且板温比品温低很多，则制品底部先冻结产生结晶，但上部液体仍较热，所以不至于瞬间全部结晶，结晶会缓慢生长，就得到了慢冻的效果。 2、板温降得很慢，并在低于共熔点的适宜温度保持（或缓慢降温），则制品形成较小的过冷度，液体中先出现少量结晶，继续降温结晶生长，得到大结晶，这即是真正的慢冻。,降温速率与预冻温度：,7,2.预冻,冻干技术介绍,结晶方式：,文献表明采用定向结晶方式的冻结药品的干燥速率比全域过冷结晶的快。,8,3.一期升华,升华干燥也称第一阶段干燥。将冻结后的产品置于密闭的真空容器中加热，其冰晶就会升华成水蒸汽逸出而使产品脱水干燥，干燥是从外表面开始逐步向内推移的，冰晶升华后残留下的空隙变成尔后升华水蒸气的逸出通道。已干燥层和冻结部分的分界面称为升华界面。 在生物制品干燥中，升华界面约以每小时1mm的速度向下推进。当全部冰晶除去时，第一阶段干燥就完成了，此时约除去全部水分的90%左右。,冻干技术介绍,升华干燥：,9,3.一期升华,制品温度的控制 ： 一次干燥的最大许可温度由制品的相变温度或共晶温度决定，但更一般的情况下，预冻的制品中都有一定份额的无定形态，故应当将冻干的一次干燥过程控制在Tg以下进行。 一种观点认为，在升华干燥阶段，随着水分的升华，使制品浓度升高，其玻璃化转变温度也会提高，这样升华干燥过程中就可以适当逐渐提高温度，加快升华进行；另一种观点认为，在升华干燥阶段，升华的只是游离在网状结构空隙中的自由水，不会对物料实体的玻璃化转变温度产生影响，因此升华干燥过程中的加热温度仍应保持不变。,冻干技术介绍,10,加热方法： 微波加热法 接触加热法 辐射加热法 接触、辐射混合加热法,3.一期升华,冻干技术介绍,11,3.一期升华,真空度的控制 ： 一般说来，在升华干燥过程中真空度是维持不变的，但也可以采用循环压力法，即控制真空系统的压力在一定范围内上下波动，以期提高干燥速度。 大量研究表明，在干燥过程中短期地略微提高干燥室压力，同时干燥层表面温度维持在接近其允许值，可以缩短干燥时间。,冻干技术介绍,12,2019/10/27,13,3.一期升华,影响干燥效率的因素 ： 在一次干燥过程中，除了制品温度、冷阱温度、干燥室压力影响干燥快慢以外，预冻速度也影响着升华效率。慢冻形成大冰晶，升华后形成大的孔隙，有利于升华进行，干燥速度快；速冻形成细小的冰晶，升华后留下细小的通道，干燥速度慢。但慢冻时，溶质可能发生迁移，以至于在表面形成一层硬壳，阻止升华进行。,冻干技术介绍,14,3.一期升华,一期升华结束判断： 干燥层和冻结层的交界面达到瓶底并消失 产品温度上升到接近搁板的温度 冻干箱的压力和冷凝器的压力接近，且维持不变 当关闭中隔阀，箱内压力上升速率与冻干箱的泄露速率相近 上述现象发生后，再延长小时，以彻底除制品中的残留冰晶，即可转入第二阶段升华,冻干技术介绍,15,二次干燥： 二次干燥（解吸干燥）是在较高的温度下对制品加热，使制品中被吸附的部分“束缚水”解吸变成“自由”的液态水再吸热蒸发成水蒸气的过程，加热量主要用于被束缚水的解吸作用和蒸发。 在二次干燥过程中，板层温度至少每小时增加5-10。成品温度应该迅速升至板层温度或以上，否则制品水分增多且易倒塌。,冻干技术介绍,4.二期干燥,16,冻干技术介绍,4.二期干燥,残余水分要求低的制品，降低捕水器温度。 提高供热量，加速解吸。 适当提高干燥箱的压力，改善供热条件。,怎样降低二期干燥时间：,17,5.异常问题分析,冻干技术介绍,A.良品 B.药饼不均匀 C.药品结构不佳或陷缩 D.药品结构不佳或陷缩 E.药饼回溶 F.药饼消失 G.药饼蓬松,药品冻干后形状：,18,5.异常问题分析,冻干技术介绍,冻干分层后,下层萎缩： 有可能是局部温度过高或压力过大导致局部溶了 药品溶质比较少，比较容易出现此类问题 发生萎缩的产品胶塞是否密封的很好，反之如果产品比较容易吸潮也会发生此类现象 主要原因是下面的物料没有干燥透，出仓后，支持的物料中的冰块融合而出现塌陷 很有可能是:物料进仓后加热过快过早,物料共晶点未达到,物料底层发生了沸腾现象,19,5.异常问题分析,冻干技术介绍,冻干表面起一层皮 ： 真空度达到要求之前物料表面已部分解冻预冻不好，水没有完全冻结，抽真空时水外溢形成气泡。 冻干样品中盐迁移到表面所致。可以加强预冻解决。 一抽真空就起泡，属于没有冻结，物料没有完全结晶。,20,5.异常问题分析,冻干技术介绍,制品裂开 ： 药品中部横切面裂开，主要考虑是升温过快所致，前期和后期之间的升温较快所致。后期升温略慢，即可解决。 这种现象一般都是升华干燥不彻底，解析干燥太快所致。在样品水线干完之后有一段时间的恒温时间（时间长短由产品性状来定），冷凝器温度很低，真空度也很低的情况下再进入解析干燥，这样一般不会出现这种分裂的现象。,21,5.异常问题分析,冻干技术介绍,含水量超标 ： 主要原因是：装入容器的药液过多，药液层过厚；干燥过程中供热不足，使其蒸发量减少；真空度不够，水蒸气不能顺利排出；冷凝室温度偏高，不能有效地将水蒸气捕集下来；冻干时间较短；真空干燥箱的空气湿度高；出箱时制品温度低于室温而出现制品吸湿等。 措施：减少装液厚度，一般应控制在1015毫米；加强热量供给，促进水分蒸发；检查真空度不高的原因，排除泄露点或真空系统的异常；降低冷凝器温度在-60以下；重新试制冻干曲线，确保冻干制品含水量合格；对放入箱内的气体要进行除菌及脱水干燥处理，尤其是易吸潮的制品更要注意；制品出箱时的温度要略高于生产环境温度。,22,5.异常问题分析,冻干技术介绍,外观不合格