冻干工艺的选择

冻干生产工艺冻干是一种将物质在低温下迅速冷冻并在真空条件下将水分从固态转变为气态的技术。

它是在保持物质结构和营养成分的前提下，延长物质保存时间的有效方法。

冻干广泛应用于食品加工、药品制造、生物材料等领域。

冻干生产工艺主要包括以下几个步骤：第一步：预处理预处理是冻干工艺中的重要步骤，它的目的是将需要冻干的物质进行清洁和分级处理。

清洁的过程中，我们需要注意不破坏物质的结构和营养成分。

分级的过程中，我们需要将物质按照大小、形状等特征进行归类，以便进行后续的处理。

第二步：冷冻冷冻是冻干工艺的核心步骤之一。

在冷冻过程中，我们需要将物质快速冷冻到低温下，以使水分迅速凝结成冰晶，并在冷冻过程中避免物质发生结冰损伤。

为了提高冷冻效果，可以使用冷冻机、制冷蓄冰池等设备。

第三步：真空真空是冻干工艺的另一个重要步骤。

在真空条件下，水分从固态直接转变为气态，无需经过液态的过程。

真空的实现可以使用真空泵等设备。

第四步：加热加热是冻干工艺中的最后一步。

通过加热，可以将物质中的水分从气态转变为水蒸气，进而将其排出。

加热的过程中，我们需要控制温度，以避免物质的过热和热分解。

冻干工艺的优点有以下几个方面：1. 保持物质的原始结构和营养成分。

由于冻干过程中将水分从固态转变为气态，不会引起物质的结构破坏和营养成分的损失，因而能够保持物质的原始品质。

2. 延长物质的保存时间。

由于冻干过程中将水分全部或部分去除，可以有效地延长物质的保存时间，减少了腐败和变质的可能性。

3. 提高物质的稳定性。

由于冻干之后的物质不含水分，因此可以减少物质的氧化和化学反应，提高物质的稳定性。

4. 方便携带和使用。

由于冻干之后的物质体积小，重量轻，易于携带和使用，特别适合作为旅行食品、急救药品等使用。

总之，冻干生产工艺是一种将物质迅速冷冻并在真空条件下将水分从固态转变为气态的技术。

它通过保持物质的结构和营养成分，延长物质保存时间，提高物质稳定性，方便携带和使用等优点，广泛应用于食品加工、药品制造、生物材料等领域。

1概述真空冷冻干燥技术是一项高新加工技术，被认为是生产高品质脱水食品的最好加工方法。

其原理是在真空状态下，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，从而使物料干燥，称为真空冷冻干燥，简称冻干。

用此方法生产的食品称冻干食品。

⑴冻干食品的优点主要有：①保持食品组织结构、营养成分和风味物质基本不变，特别是生理活性成分保留率最高，这是某些功能性食品采用冻干食品为基料的主要原因。

②外观不干裂，不收缩，维持食品原有的外形和色泽；③产品无表面硬化，组织呈多孔海绵状，因此复水性能好，食用方便，浸泡即可复原，从而决定了它在即食方便食品中的地位；④重量轻，耐保藏，对环境温度没有特别的要求，在避光和抽真空充氮包装时，常温条件下可保持2年左右，其贮存、销售等经常性费用远远低于冷冻食品。

⑵冻干食品的缺点冻干食品的生产需要一整套高真空设备和低温制冷设备，因此，设备的投资费用较大。

此外，为了防止物料中冰晶的融化，升华温度不宜太高。

更主要的是，真空状态下多孔性物料的导热系数低，传热速率低，致使本来温度就不高的冰晶升华速率变得更低，所以，冷冻干燥的时间一般较长。

在如此长的时间内，设备一方面要不停地制冷，另一方面要不停地供热，还要不停地抽真空，致使设备的操作费用较高。

所有这些，导致了冻干食品的生产成本较高，大大地限制了冻干食品的发展。

这也一直是科学工作者致力于研究的课题。

⑶国内外冻干食品发展概况真空冷冻干燥技术早期用于生物体的脱水，第二次世界大战后才用于食品工业。

经过几十年的发展，技术日渐成熟，设备日趋完善。

70年代以来，随着人们对方便食品的要求日益增多，使冻干食品市场日趋扩大，冻干食品在发达工业国家已相当流行，成为国际贸易的大宗食品。

以日本为例，97年日本国内冻干食品的产量为7000t，同年日本还向美国、台湾进口此类食品5000多t，目前欧州有冻干食品生产企业近100家，美国有80多家，日本有40多家，年产量达几万t，品种近100种，包括蔬菜、水果、速溶固体饮料、肉类、水产品等。

《冻干工艺的优化》xx年xx月xx日•冻干工艺简介•冻干工艺优化原因•冻干工艺优化方法•冻干工艺优化实例目•冻干工艺优化的发展趋势录01冻干工艺简介冻干工艺是一种将含水物质冻结成固态，然后在真空环境下加热升华去除水分，最终得到干燥产品的过程。

冻干工艺可用于生物制品、药品、食品等多种领域，是重要的工业干燥方法之一。

冻干工艺的原理基于物质的相变，即物质在不同温度和压力下会呈现不同的物态。

在冻干工艺中，含水物质先被冻结成固态，然后在真空环境下加热升华去除水分，最终得到干燥产品。

冻干工艺在生物制品、药品、食品等领域有广泛应用。

冻干工艺可以保护物质的结构和活性，提高产品的稳定性和储存期。

02冻干工艺优化原因冻干工艺受限于温度范围，无法处理热敏性和易氧化物质。

冻干工艺的局限性温度控制范围有限冻干工艺需要大量能源，成本较高。

能源消耗较大干燥速度受多种因素影响，难以精确控制。

干燥速度难以控制冻干工艺优化对产品质量的影响提高产品稳定性通过优化冻干工艺，可以提高产品的稳定性和保质期。

提升产品纯度和精度优化冻干工艺可以减少产品中的杂质和误差，提高产品的纯度和精度。

增强产品功能性合理调整冻干工艺可以增加产品的功能性，例如形成微晶结构以提高产品的吸附性和溶解性。

提高产量优化冻干工艺可以提高单位面积的产量，从而降低生产成本。

缩短生产周期通过优化冻干工艺，可以在更短的时间内完成产品的干燥和处理。

实现自动化生产通过优化冻干工艺，可以实现自动化生产，减少人工操作，提高生产效率。

冻干工艺优化对生产效率的影响03冻干工艺优化方法预冻方法的优化提升冻干效果，降低能耗总结词优化制冷剂的选择优化预冻速率优化预冻时间根据实际需求选用不同的制冷剂，如液氮、干冰等，以提升预冻效果和节能减排控制降温速率，避免产品在预冻过程中出现分层、裂纹等现象充分考虑产品特性和设备性能，合理设置预冻时间，以减少能耗和时间成本升华干燥阶段的优化提高干燥速率，降低产品损失总结词在保证产品质量的前提下，适当提高升华温度，以加快干燥速率控制升华温度通过调节升华湿度，避免产品在升华过程中出现过度干燥和裂纹等现象控制升华湿度合理设置升华压力，促进升华过程的进行，提高干燥速率优化升华压力完善干燥过程，提升产品质量总结词通过调节解吸温度，充分考虑产品特性和干燥需求，以完善干燥过程控制解吸温度避免产品在解吸过程中出现过度干燥和裂纹等现象，通过调节解吸湿度实现控制解吸湿度合理设置解吸压力，促进解吸过程的进行，提高干燥效果优化解吸压力解吸干燥阶段的优化优化干燥时间的控制降低生产成本，提高生产效率总结词设定合理的干燥时间采用先进的干燥控制系统对干燥过程进行实时监控充分考虑产品特性和设备性能，设定合理的干燥时间，以降低生产成本和提高生产效率通过采用先进的干燥控制系统，实现自动化、智能化控制，提高干燥效果和生产效率通过对干燥过程进行实时监控，及时调整干燥参数，以保证产品质量和降低能耗04冻干工艺优化实例某生物制品具有高活性、高保质期要求和高附加值等特性，需要采用冻干工艺来保证其稳定性和品质。

食品真空冷冻干燥过程中的工艺参数分析食品真空冷冻干燥原理和工艺流程01干燥原理真空冷冻干燥是将含水物料冻结后，在真空环境下加热，使物料中水分直接升华除去，从而使物料脱水获得冻干制品的技术。

真空冷冻干燥属于物理脱水，理解其过程应从水的三相平衡图开始。

如图1所示，AB、AC、AD分别为冰和水蒸汽、冰和水、水和水蒸汽两相共存时其压力和温度之间的关系，称之为升华曲线、溶解曲线和汽化曲线；三线交点A,为固、液、汽三相共存的状态，称为三相点，温度为0.01℃,压力为612Pa。

箭头1、2、3表示冰升华成水蒸汽、冰融化成水、水汽化成水蒸汽的过程。

升华现象是物质从固态不经液态而直接转变成汽态的现象。

由该图可知，只有当压力在三相点压力以下时，升华才可能发生，真空冷冻干燥就是基于这个原理。

02工艺流程1）前处理工艺：在对物料进行冷冻干燥加工之前的前期处理工艺。

如，对于植物性原料，它通常包括物料的清洗去皮去脐、分切破碎、蒸煮调理冷却甩干、称重装盘等。

2）预冻工艺：该江艺是主工艺升华干燥前的预处理工艺。

它是经前处理工艺称重装盘后的冷却物料、经轨道小车送至速冻机或冷冻隧道、按冻结工艺要求进行冷冻后，装入干燥仓或送入低温冷藏间储藏备用。

3）升华干燥工艺：该工艺是物料冷冻干燥加工中的主要工艺环节。

它是将预处理后的物料送入干燥仓中，按不同的物料冻干曲线，使冻结物料在真空状态下加热，进行物料中的游离水由冰到水蒸汽的升华干燥过程和脱除结合水的解析干燥过程，最终脱去物料中的水分，完成物料的冻干。

4）后处理工艺：该工艺是将己冻干的物料，进行后期加工处理的工艺。

它一般包括对产品的质量检查、粉碎筛分，称重包装仓库存放等。

03升华干燥工艺过程在食品真空冷冻干燥工艺过程中，升华干燥是整个工艺过程中的关键。

典型食品冻干过程分为3个阶段，如图3所示：a段为匀速升华阶段或称为恒定加热功率阶段。

这一阶段通常为最大加热功率（即加热板温度为最高温度），当物料上部温度达到最高允许温度时该阶段终止；b段为降速升华阶段或称为下降加热功率阶段。

冷冻干燥工艺的研究冷冻干燥工艺的研究冷冻干燥的研究冷冻干燥的研究冷冻干燥简介冷冻干燥简介冷冻干燥技术是指将水溶液在低温下冻结，而后冷冻干燥技术是指将水溶液在低温下冻结，而后在真空状态下将其中的水分不经过液体状态而直在真空状态下将其中的水分不经过液体状态而直接升华，这样干燥后的物质，其物理、化学和形接升华，这样干燥后的物质，其物理、化学和形状基本不变，有效成分损失小，复水性好，密封状基本不变，有效成分损失小，复水性好，密封保存周期长保存周期长..冷冻干燥的研究冷冻干燥的研究冷冻干燥制品的优点冷冻干燥制品的优点1. 1.与粉末灌装制品相比，无菌处理简单与粉末灌装制品相比，无菌处理简单2. 2.延长了制品的保存期延长了制品的保存期3. 3.产品复溶简单，方便运输和保存。

产品复溶简单，方便运输和保存。

冷冻干燥制品的缺点冷冻干燥制品的缺点1. 1.产品生产周期延长产品生产周期延长2. 2.复溶必须使用无菌稀释液复溶必须使用无菌稀释液3. 3.设备前期投入和后期维护成本比较高设备前期投入和后期维护成本比较高一一冻结干燥和冷冻干燥冻结干燥和冷冻干燥冻结干燥：物质要处于冻结状态，通过升华、解析的方式，去除物质的有机溶剂，直到不支持该生物生长或不发生化学反应为止。

冷冻干燥：物质在进行干燥时，并不是冻结的状态，而是通过升华、解析的方式使物质不再支持生物生长或不发生化学反应。

一一冻结干燥和冷冻干燥冻结干燥和冷冻干燥冻结干燥和冷冻干燥的区别冻结干燥和冷冻干燥的区别1. 1.第一次冻干前的状态第一次冻干前的状态2. 2.冻干后产品的物理性质冻干后产品的物理性质3. 3.冻干效率冻干效率4. 4.冻干工艺上的选取冻干工艺上的选取二二产品的构成对冻干工艺的影响产品的构成对冻干工艺的影响产品组成部分产品组成部分产品的稳定性产品的稳定性产品的热学性质产品的热学性质二二产品的构成对冻干工艺的影响产品的构成对冻干工艺的影响产品的组成产品的组成1. 1.产品的生物活性产品的生物活性2. 2.溶剂系统的选择溶剂系统的选择一般情况下溶剂都选择水一般情况下溶剂都选择水3. 3.其他成分其他成分例如酸、碱、表面活性剂等例如酸、碱、表面活性剂等二二产品的构成对冻干工艺的影响产品的构成对冻干工艺的影响热学性质热学性质1. 1.产品的过冷度产品的过冷度2. 2.产品玻璃体转化温度产品玻璃体转化温度3. 3.产品崩解温度产品崩解温度4. 4.产品结晶温度产品结晶温度二产品的构成对冻干工艺的影响二产品的构成对冻干工艺的影响1.产品的过冷度产品的过冷度一般是指产品开始结冰的温度与产品冻结后的最后温度之差。

冻干工艺设计中的关键配方温度-塌陷温度与玻璃化转变温度冻干配方的关键参数一直以来都是制剂科学家非常关注的问题，也是冻干工艺设计的基础，随着检测方法和理论的进步，参数检测方法从电阻法到热分析法，从透射显微镜法到三维冻干显微镜系统，越来越贴近于冻干工艺的过程，但是关于关键参数的讨论一直存在，谁更适合于冻干工艺设计？玻璃化转变温度，塌陷温度之间有什么联系？这里有一篇多年前的文章，给了我们一些答案：“A significant comparison between collapse and glass transition temperatures.”——By Eva Meister and Dr. Henning Gieseler, Division of Pharmaceutics, University of Erlangen-Nuremberg一、前言合理的冻干工艺设计是建立在具有代表性和准确的关键配方温度（Critical formulation temperature ）测量的基础上的。

为了避免产品收缩或塌陷，在初级干燥过程中，必须将产品温度控制在这一关键温度以下。

在过去的几十年中，DSC经常被用来确定最大冷冻浓缩溶质的玻璃化转变温度(Glass translation temperature：Tg’)，并将其应用于冷冻干燥工艺设计。

近年来，冻干显微镜(Freeze drying microscope：FDM)作为一种新的测定关键配方温度的技术被提出，该技术测量的塌陷温度(collapse temperature：Tc)具有更强的代表性。

当前，冻干显微镜技术改进甚至允许对塌陷行为进行更复杂的观察，从而进一步优化工艺。

二、冷冻干燥过程介绍冷冻干燥是一种广泛用于稳定蛋白质和多肽等生物药物制剂的干燥技术。

这些药物中有许多必须作为一种注射剂型进行药物治疗，但由于活性药物成分(Api)在水溶液中物理和/或化学上不稳定，因此不能长时间储存。

影响冻干的因素和如何冻干1、无论哪一种盐水当盐水的浓度小于某一定值时其凝固温度随浓度的增加而降低当浓度大于这一定值以后凝固温度随浓度的增加反而升高。

此转折点称为冰盐共晶点对应的浓度称共晶浓度。

该点相当于全部盐水溶液冻结成一块冰盐结晶体它是最低的凝固点。

盐水的凝固点与浓度的关系在共晶点的左侧如果盐水的浓度不变而温度降低当低于该浓度所对应的凝固点时则有冰从盐水中析出所以共晶点左面的曲线称为析冰线。

当盐水的浓度超过共晶浓度时即在共晶点的右面如果盐水的浓度不变而当温度降低到该浓度所对应的凝固点以下时从溶液中析出的不再是冰而是结晶盐因此共晶点右面的曲线称为析盐线。

不同的盐水溶液其共晶点是不同的如氯化钠盐水的共晶温度为21.2℃共晶浓度为22.4而氯化钙盐水的共晶温度为55℃共晶浓度为29.9。

多晶混合溶液中也能得到类似的曲线共晶在玻璃化温度时被取代2、目的将产品冷却至共晶点以下以得到固体结晶物。

此时产品已冻为固相以防止在真空下产品产生气泡产品收缩溶剂的流动干燥过程中浓度变化温度变化导致产品的反应特别是产品活性的丧失3、适合的预冻速率有助于产品形成树状结晶在升华期间易形成通道从而缩短冻干周期过冷会导致细小晶体的形成会延长冻干周期在共晶点温度下不能形成树状结构应尽量在产品层板上预冻4、目的将产品中的冰升华并保证1对产品的活性损坏最小2保证完成产品的良好外形升华过程为吸热过程应不断向产品提供潜热此时冷凝器的温度应小于产品温度只有这样才能保证冷凝器压力小于干燥箱压力在所有冰被升华后主干燥期结束产品中仍有非游离态的水主干燥期参数产品中的水通常以冰晶形式存在但多数情况下水是以多晶形式存在的冰是通过升华的方式脱离产品的重要的参数是升华界面处冰冻的温度产品垮塌、溶化及冻干周期长短都决定于折椅温度热量从层板传到升华界面的多少很大程度决定了干燥周期的长短5、如果层板温度与干燥箱压力保持不变升华速率及冰的温度也应该保持不变如果冰层温度升高过快将会导致产品垮塌——此时应提高真空度如果冰层温度降低过快0.5℃-1℃此时应提高层板温度总体来讲主干燥期结束应伴随如下现象升华界面消失产品温度与层板温度趋于一致干燥箱和冷凝器压力相一致6、冻干生物制品用的保护剂添加剂除人血浆等少数含干物质多的原料可以直接冻干外大多数生物制品在冻干时都需要添加某种物质制成混合液后才能进行冻干。

冻干工艺关键点（1）测试过滤器完整性测试过滤器完整性的时候，使用完毕只测试最后一级除菌级过滤器完整性通过就可以。

在使用前必须测试两级除菌级过滤器的完整性。

一般推荐链接为：0.45+0.2+0.2μl。

（2）冗余过滤：需要吗？？？是指在料液到达除菌级过滤器之前微生物负荷在10CFU/100ml 以下，并且有两级除菌级过滤器串联使用，并且两级除菌级过滤器之间的连接是无菌连接，只有同时符合以上几个条件才能成为冗余过滤。

（3）胶塞烘干前后自身水分、胶塞水汽渗透性高低（4）共晶点和共熔点温度是产品温度，冻干机控制的是硅油温度，即板层温度。

（5）板层温度均一性（6）冻干产品的崩解温度胶塞处理过程对易吸潮类冻干制品的水分有影响-- 以乳糖为例冻干药品水分与丁基胶塞的关系研究背景：药品冻干是一个耗时耗物的过程，因此选择适当的西林瓶和胶塞非常关键。

瓶子和胶塞必须即有良好的密封性又不能影响药品的纯度。

为了保证药品的质量，水分是冻干产品重点控制项目，刚生产的产品控制在范围内并不难，但是要在效期内都确保则不易。

药厂处理胶塞的流程中，如清洗和湿热灭菌，都会将水分转移到胶塞内，如果最后一步的烘干不够，那么胶塞内的水分会逐惭转移至药粉中，从而影响质量。

试验目的：国外某胶塞生产商进行了一项关于丁基胶塞与冻干药品水分关系的研究，目的是考察胶塞残留水分及其灭菌时间对于药品水分的影响。

试验药物：乳糖，其具有较强的吸温性，将5%的乳糖溶液冻干成品。

试验方法及仪器：库仑法卡尔费休水分滴定仪。

试验前处理：四种配方胶塞全部使用医用级清洗机清洗、温热灭菌和烘干。

为了比较不同烘干时间的影响，胶塞灭菌后分别放用三个烘箱烘干。

在整个研究的三年时间内，将定期测试胶塞和乳糖水分。

另外，所有的成品在密封后均通过过氦漏试验证明其包装密封良好。

试验结果：1、胶塞水分：不同配方得出不同的残留水分。

烘干时间分别是1、4、8小时，四种胶塞配方结果为丁基1（无卤化）< 溴化=氯化< 丁基2（无卤化），说明不同的胶塞配方自身残留水分不同。