真空冷冻干燥技术的工艺和设备

简述冷冻干燥工艺的原理
冷冻干燥工艺是一种通过冷却、真空、加热等多重工艺步骤将液态物质（如药物、食品等）转换成干燥粉末的技术。

其基本原理是利用物质的三相变化（固态、液态、气态）来实现物质的干燥过程。

具体原理如下：
1. 冷冻：将液态物质在低温下冷冻成为固体，从而减缓或阻止水分子的活动，使物质处于稳定的固态状态。

2. 减压：将冷冻固体在真空环境中加热，造成水分子的升华，从固态直接转变为气态，减少干燥过程中水分子对物质的破坏。

3. 冷凝：将水分子升华为水蒸气后，通过冷凝器将水蒸气转变为液态，从而保证水分子不会再次附着在干燥物质上。

4. 除气：通过加热干燥室中的物体，逐渐升高干燥室中的压力，使物质中还存在的残留水分分子升华到气态，在真空环境中通过冷凝器凝结、去除水分子。

通过以上步骤，达到将液态物质转变为干燥粉末的目的。

在整个工艺过程中，通过控制温度、压力等参数，使物质能够以最优的状态完成干燥，从而保证其质量。

冷冻干燥的原理及操作步骤冷冻干燥（Freeze Drying），也叫冷冻真空干燥，是一种将物质经冷冻处理后，在低压下蒸发水分的技术。

它广泛应用于食品工业、制药工业、生物工程等领域。

冷冻干燥的原理是利用物质在减压条件下过冷时，从固态直接转变为气态，这个过程称为升华。

在这个过程中，物质的水分被蒸发掉，而其他营养成分、香气和味道得以保持和最大限度地保留。

冷冻干燥的操作步骤如下：1. 物料准备：根据需要冷冻干燥的物料，选择合适的原料，保证其质量和营养价值。

对于食品来说，要选择新鲜和优质的食材，而对于药品来说，要选择合适的活性成分。

2. 冷冻：将物料以适当的方式冷冻，通常是通过低温环境下进行快速冷冻，以保留物料的营养成分和品质。

冷冻温度和冷冻时间取决于物料的性质和要求。

3. 主要：将冷冻好的物料转移到冷冻干燥设备的主要部分。

主要部分通常包括真空腔室、加热板和冷凝器等。

将物料放置在加热板上，并在真空腔室中建立适当的真空环境。

4. 升华：加热加热板，使物料升华。

通过提供适当的加热和真空条件，将物料中的水分从固态转变为气态。

水分从物料中蒸发出来，并在冷凝器中凝结。

5. 脱气：将水分从设备中排出，以便维持较低的压力。

这一步骤通常需要反复进行，以确保设备中没有多余的水分。

可用加热或局部真空回退等方式来加速脱气过程。

6. 收回：将冷凝的水分收回，以便进一步利用。

收回的水分可以作为再利用的水源，以减少水资源的浪费。

7. 制品包装：冷冻干燥后的制品通常需要进行包装，以保持其干燥状态。

透明的塑料袋、瓶子或铝罐等都可以作为合适的包装材料。

包装后的制品应存放在干燥、低温和密封的环境中，以保持其质量和保存期限。

冷冻干燥技术广泛应用于食品工业、制药工业和生物工程等领域。

它可以保持食品的营养成分和风味，并延长其保质期；在制药工业中，冷冻干燥可以保留药品的活性成分并提高其稳定性；在生物工程中，冷冻干燥可以保留细胞活性和酶的活性。

冷冻干燥的原理和操作步骤对于实现物料的干燥和长期储存具有重要意义。

冻干技术的原理、工艺过程及常见问题概述及解释说明1. 引言1.1 概述冻干技术，也被称为低温真空干燥技术，是一种将物质在低温和真空条件下获得固态而去除水分的方法。

该技术通过冷冻样品并施加真空，使水分直接从固态转变为气态，从而避免了液态中间阶段的形成。

这种技术特别适用于保留样品中的活性成分、延长产品的保质期以及提高药物和食品的稳定性。

1.2 文章结构本文将首先介绍冻干技术的原理，包括其定义、背景和原理解释。

然后，我们将讨论该技术在不同领域中的应用。

接下来，我们将详细描述冻干技术的工艺过程，包括前处理步骤、冷冻步骤和干燥步骤。

此外，在第四部分中，我们还将探讨常见问题，并提供解决方法，涵盖质量问题与控制措施、设备故障与维护工作以及工艺优化与提高产能措施。

最后，在结论部分，我们将总结冻干技术的重要性和应用价值，展望未来的发展趋势，并给出本文的结束语。

1.3 目的本文旨在全面介绍冻干技术的原理、工艺过程以及常见问题与解决方法。

通过对这些方面的详细说明，读者将能够更好地了解冻干技术的基本概念和操作流程，并掌握解决常见问题所需的知识和技能。

同时，通过对该技术在不同领域中的应用案例进行分析，读者将明确冻干技术在现实生产中的重要性，并为未来发展提供参考建议。

2. 冻干技术的原理2.1 定义和背景冻干技术，也叫冷冻干燥技术，是一种将湿润的物质（例如食品、药物或生物制品）通过低温冷冻和真空脱水处理使其直接从固态转变为气态的过程。

这种技术可以有效地保留物质中的大部分营养成分和化学性质，并延长其保存期限。

因此，在食品工业、医药工业以及生物科学领域得到了广泛应用。

2.2 原理解释冻干技术基于三个关键原理：低温固化原理、减压脱水原理和由气体直接向固体状态转移的升华原理。

- 低温固化原理：在冷冻步骤中，物质被迅速降温至低于其平衡点以下，使水分凝固并形成冰晶。

这些冰晶在后续的干燥过程中起到支撑作用，防止物质结构塌陷并加速水分蒸发。

真空冷冻干燥机工作原理
真空冷冻干燥机是一种常用的干燥设备，其工作原理是通过将物质放置在真空环境中并进行冷冻，然后通过升温蒸发的方式去除其中的水分，从而实现干燥的目的。

其具体步骤如下：
1. 激活真空系统：首先，将真空冷冻干燥机内的真空系统激活，排除其它气体和杂质，创建一个稳定而可靠的真空环境。

2. 打开制冷系统：开启制冷系统，使冷凝器中的制冷剂开始循环流动。

冷凝器的作用是将空气中的水分冷凝成液体，使之可以被去除。

3. 冷冻阶段：将待处理物质放置在冷冻室中，降低其温度。

冻结的过程会使水分从物质中转化为冰，形成冰层，有效减少了水分的含量。

4. 加热阶段：在冷冻室内加热，以升高温度，从而使冰层迅速融化，并转化为水蒸气。

由于真空环境下的低压作用，水分在升温蒸发时可直接转化为气体，而不经过液态。

5. 去除水分：在升温的过程中，冷凝器中的制冷剂会冷却水蒸气，使其重新凝结为液体并排出。

这样就完成了水分的去除。

6. 待处理物质干燥：重复进行冷冻和加热阶段，直到待处理物质中的水分达到需求的干燥程度。

值得注意的是，真空冷冻干燥机的工作原理基于冷凝和蒸发的物理原理，利用了真空环境下物质的特性。

通过控制温度和压力等参数，可以实现高效的干燥效果。

一、制剂药品冻干的基本概念与工艺要点1、制剂药品冻干的定义与特点冻结真空干燥是制剂药品常用的一种干燥方法，简称冻干。

冻干是指液态药品冷冻成冰块后，在真空状态下不经液态直接从固态升华至气态，由此去除水分的作业过程。

该过程包括三个彼此独立又相互依赖的步骤：冷冻、一级干燥(升华)以及二级干燥(解吸附)。

冻干工艺的优点：(1)液体加工方便，简化了无菌作业过程；(2)提高了干粉的稳定性；(3)无需经过热处理就能去除产品中的水分；(4)增强了冻干产品的稳定性及复水(溶解)性。

冻干工艺的缺点：(1)加工处理过程所需时间长；(2)使用复水时需用无菌稀释液；(3)设备复杂且生产成本高。

冻干工艺一般包括以下步骤：(1)将药品和赋形剂溶解于适当的溶剂中，通常使用注射用水(WFI)；(2)将药液滤过一个0.22μm的微孔除菌过滤器，以此去除药液中的细菌；(3)灌装到各个已灭菌容器中，并在无菌条件下半压密封用胶塞；(4)在无菌条件下，将已半压胶塞的容器转移至冻干腔室内；(5)冷冻该溶液，把半压胶塞的容器置于冻干腔室的冷冻搁板上冷冻；(6)将冻干腔室抽真空，并将冷冻搁板升温，以便在冷冻状态下通过蒸发除去水分；(7)全压胶塞密封，通常由安装在冻干机内的液压式或螺杆式压塞装置来完成。

冻干制剂药品的生产过程分为三个阶段：药液的配制、冻结或冷却、干燥。

每个阶段在决定最后成品的生物、化学和物理性质方面都起着重大的作用。

2、制剂药品冻干的工艺流程一个典型的冻干药品的生产工艺过程由外包装处理、洗瓶、药液配制、胶塞处理、工具、器械灭菌、铝盖处理、无菌灌装、半上塞、冻干、全上塞、轧盖、灯检、贴签、包装等工序组成，工艺流程如图1所示。

3、冻干制剂工艺平面的设计参考图2为按照ISPE冻干工艺区域划分原则设计的冻干制药工艺平面的核心区域和辅助支持区域布置，图2是一个具有3台20m2冻干机配自动进卸料装置的系统，该系统在冻干药品的生产间歇，还能满足灌装采用非最终灭菌的抗生素瓶装小容量注射剂的特殊要求。

◎食品加工用真空冷冻干燥设备(小批量生产型|有加热板面积≤20平方米)真空系统真空系统由真空泵或加罗茨泵组成，其主要功能是建立系统真空并排出气体，在每台真空泵的吸气口都装有因停电而防止气体返流的自动截止阀。

制冷系统制冷系统由制冷压缩机、水冷冷凝器、膨胀阀、板式蒸发器、油分等组成，主机采用进口单机双级半封闭压缩机，每台主机都构成独立制冷循环系统，通过板式换热器或冷凝管分别对板层和冷阱进行制冷。

系统管路设计先进、安装精确，能保证长时运行稳定、高效。

制冷系统在设计时已备有充足的冷量，能应对升华产生的水蒸汽负荷。

系统还配有电机过载热保护、高压压力保护、低压压力保护、中压压力保护、油压差保护、自动收液、冷却水缺水保护等诸多功能。

压缩机还装有CPCE压力调节器，防止压缩机在极限工况条件运行，使二级压缩比趋于平衡。

制冷系统循环系统是由循环泵对载冷剂进行强制循环的系统，其主要功能是实现制冷剂对载冷剂，载冷剂对板层，板层对制品进行冷热功当量交换。

制冷系统冷阱是捕集升华水蒸汽的装置，并与干燥箱联成一体，之间用蘑菇阀/蝶阀隔开，可使进出料与化霜同时进行。

在进入冻干结束判别程序后，自动进行压力试验，寻找出冻干结束点。

如遇短时停电（10min），为保护制品的安全，小蝶阀会自动关闭，利用冷阱与干燥箱之间的压差，保持升华状态。

制冷系统板层是供制品冻结和升华用的直接部件，它由固定框架将板层组成一组。

制冷系统干燥箱体按真空容器设计制造标准制造，箱体内部均采用圆角处理，底部有倾斜，有利CIP排水，箱门采用O型截面的橡胶密封，箱体侧面装有灯罩的视镜。

可选项目PC控制在线CIP螺杆机组◎食品加工用真空冷冻干燥设备(批量生产型|有效隔板面积25-100平方米)干燥库体干燥库体按国标真空容器设计制造标准设计。

外型为卧式圆筒型，外部焊多道加强筋增加强度，焊后进行真空气密性试验。

干燥库门和干燥库之间用硅橡胶条密封，箱体上装有带灯罩的视窗，上部装有小车吊轨，方便物料进出干燥库体。

真空冷冻干燥机的设计与性能评估真空冷冻干燥技术是目前食品、药品、化工、生物等领域中最为成熟的干燥技术之一，其具有无污染、高效、保留原有成分、保持产品品质等优点。

随着干燥技术的不断发展，真空冷冻干燥机的应用范围不断扩大，赢得了广大用户的青睐。

本文将就真空冷冻干燥机的设计与性能评估进行介绍。

一、真空冷冻干燥机的设计要点1.真空冷冻干燥机的主要组成部分真空冷冻干燥机主要由冷却系统、真空系统、加热系统、控制系统、容器等组成。

其中，冷却系统是干燥过程中最关键的部分之一。

冷却系统采用冷却剂进行工作，将物料在并冻结状态下冷却，以便更好地保护物料原有的成份。

真空系统采用旋转式或反应式真空泵，可实现快速排空，使物料迅速达到真空状态。

加热系统主要是在干燥过程中对物料进行加热，以提高干燥速度，减少干燥时间。

控制系统主要负责控制干燥机的各项参数，实现自动控制操作，并保障设备的正常运作。

容器是真空冷冻干燥机的重要组成部分之一，采用夹层或者直接冻结的方式可以更好地保护物料。

2.真空冷冻干燥机的干燥参数真空冷冻干燥机的干燥参数主要包括真空度、冷却温度、冷却时间、加热温度、干燥时间等。

在干燥过程中，需要根据不同物料的特性进行相应的调整，以保证干燥过程的稳定性和干燥效果的良好。

3.真空冷冻干燥机的性能要求真空冷冻干燥机的性能要求主要包括干燥速度、成品率、产品质量等。

在干燥机的设计中，需要考虑各项参数的协调配合，以达到干燥效果的最佳状态。

为达到优异的干燥效果，需要注意选择高品质的大功率制冷机，高效的控制系统等。

二、真空冷冻干燥机的性能评估1.干燥速度的评估干燥速度是评价真空冷冻干燥机性能表现的重要指标之一。

因此，在实际应用中，需要对干燥速度进行评估和分析。

通过增加真空度、降低冷却温度等措施，可以提高干燥速度。

此外，干燥机的设计和制造的质量，也直接影响干燥速度的优良。

2.成品率的评估成品率是评估真空冷冻干燥机性能表现的重要指标之一。

真空冷冻干燥柳蒿芽加工技术及品质分析作者：刘媛媛张亚林姚丹丹魏登吕闻明来源：《食品安全导刊》2022年第08期摘要：本文采用真空冷冻干燥法加工复水即食柳蒿芽，通过单因素和响应面试验优化柳蒿芽加工工艺。

结果表明，真空冷冻干燥柳蒿芽最佳加工工艺为护色时间18 min，漂烫温度70 ℃，真空冷冻干燥时间44 h。

关键词：柳蒿芽;真空冷冻干燥;加工工艺;品质分析Processing Technology and Quality Analysis of Vacuum Freeze-Dried Artichoke BudsLIU Yuanyuan， ZHANG Yalin， YAO Dandan， WEI Deng， LV Wenming*（College of Food Engineering， Jilin Institute of Agricultural Science and Technology， Jilin 132101， China）Abstract： In this paper， the vacuum freeze-drying method was used to process the ready-to-eat artichoke sprouts， and the processing technology of artichoke artemisia sprouts was optimized through single factor and response surface tests. The results showed that the optimal processing technology of vacuum freeze-dried artichoke buds was 18 min for color preservation， 70 ℃ for blanching temperature， and 44 h for vacuum freeze-drying.Keywords： artemisia annua sprouts; vacuum freeze-drying; processing technology; quality analysis柳蒿芽别名柳蒿菜，广泛分布于我国东北及内蒙地区[1]，具有很高的可食用和药用价值[2]，是民间最常见和喜食用的山野菜之一[3]。

冷冻干燥工艺流程及其应用-(总21页)--本页仅作为文档封面，使用时请直接删除即可----内页可以根据需求调整合适字体及大小--冷冻干燥工艺流程及其应用目录冷冻干燥工艺的原理及特点…………………真空冷冻干燥机组成…………………………冷冻干燥工艺……………………………………食品冷冻干燥技术的运用……………………冻干食品的特点…………………………………我国食品冻干技术面临的问题………………冷冻干燥工艺的应用前景……………………结论…………………………………………………参考文献……………………………………………冷冻干燥工艺流程及其应用1冷冻干燥工艺的原理及特点冷冻干燥工艺原理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从固体中升华出来，而物质本身留在冻结的冰架子中，从而使得干燥制品不失原有的固体骨架结构，保持物料原有的形态,且制品复水性极好。

然后在适当的温度和真空度下进行冰晶升华干燥，等升华结束后再进行解吸干燥，除去部分结合水，从而获得干燥的产品的技术。

冷冻干燥过程可分为制品准备、预冻、一次干燥（升华干燥）、二次干燥（解吸干燥）、和密封保存五个步骤。

利用冷冻干燥目的是为了贮存潮湿的物质，通常是含有微生物组织的水溶液，或不含微生物组织的水溶液。

产品在冻结之后置于一个低水气压下,这时包含冰的升华,直接由固态在不发生熔化的情况下变成汽态。

与其他干燥方式相比避免了化学、物理和酶的变化，从而确保了制品物性在保存时不易改变。

实际需要的低水汽压是靠真空的状况下达到的。

图1：水的平衡相图冷冻干燥工艺存在的优缺点冷冻干燥工艺的优点（1）冷冻干燥的过程中样品的结构不会被破坏,因为固体成分被在其位置上的坚冰支持着,在冰升华时会留下孔隙在干燥的剩余物质里。

这样就保留了产品的生物和化学结构及其活性的完整性;（2）蛋白多肽类药物在高温下容易变性,造成干燥后生物活性的降低;冷冻干燥的过程是在低温状态下进行的,工艺过程对组分的破坏程度小,热畸变极其微弱,对不耐热药物特别是蛋白质多肽类药品非常适合[1];（3）冷冻干燥的药剂为液体,定量分装比粉剂或片剂精度高;用无菌水溶液调配且通过除菌过滤、灌装,杂质微粒小、无污染。