冻干技术应用及常见问题解决方法

冻干技术应用及常见问题解决方法摘要：阐述冻干技术原理、特点的基础上，分析评价冻干各个阶段的影响因素，对在冻干操作过程中冻干设备及冻干产品出现常见问题分析，提出解决法。

关键词：冻干技术;冻干曲线;冻干系统构造;故障分析排除Freeze-dryingtechnology applications andsolutionsFAQsZhong Yi-rong，Fan Qing-long，Zhang Wei（Kanion Pharmaceutical Co.，Ltd，Lianyungang 222001，China）Abstract：Freeze-dryingtechniquedescribedprinciples，characteristics，based on the analysis ofthe various stages ofevaluationfactorslyophilizationprocessoffreeze-dryingoperationin thefreeze-drying equipmentandfreeze-driedproducts appearanalyzeFAQs，propose solutions law.Keywords：Freeze-drying technology，freeze-drying curve，freeze-drying system structure，fault analysis excluded真空冷冻干燥（简称“冻干”）是指将含水物质预先冻结成固态，然后在真空状态下使其中的水从固态升华成气态，以除去水分而保存物质的方法。

冻干后的固体物质呈多孔结构，保持冻结时的体积，加水极易溶解复原。

冻干过程是在低温真空条件下进行，因此对于许多热敏性、易氧化的物质特别适用。

冻干能除去95%～99%的水分，使干燥后的产品能长期保存而不变质[1]。

目前，冻干技术不仅用于血清、血浆、疫苗、酶、抗生素、激素等药品以及食品的生产，而且在对性质不稳定的化学药品和中药新剂型的研发中的应用也越来越多。

本文在阐述冻干技术原理、特点的基础上，分析评价冻干各个阶段的影响因素，对在冻干操作过程中冻干设备及冻干产品出现常见问题分析，提出解决方法。

1.冻干技术的原理[2]冷冻干燥的机理就是将需干燥的物料先行冻结至其共晶点以下，使得物料中的水分变成固态的冰，然后在适当的真空环境下，通过加热使冰直接升华为水蒸气而除去，从而获得干燥的制品。

冻干技术的原理可由水的三相平衡图（见图 1 ）加以说明。

图中温度为0.01℃，压力613.3 Pa 时的O点为三相点，此点表明水以液体存在时的最低大气压为613.3Pa。

当压力低于613.3Pa 时，水只能以冰或蒸汽存在。

此时升温，水只能从冰直接升华为水蒸汽。

冷冻干燥就是在远低于该气压（高真空度）的环境里干燥水分的，一般只有在66 -133Pa 真空度和-25℃的条件下，才能保证冷冻干燥的顺利进行。

2.冻干技术的特点冷冻干燥与常规的晒干、烘干、煮干、喷雾干燥及真空干燥相比，有许多突出的优点：A.冷冻干燥在低温下进行，因此在对于许多热敏性的物质特别适用。

如蛋白质、微生物之类，不会发生变性或失去生物活力。

B.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。

C.在低温下干燥时，物质中的一些挥发性成份和受热变性的营养成分损失很小，适合一些化学制品、药品和食品的干燥。

D.由于在冻结的状态下进行干燥，因此制品的体积、形状几乎不变，保持了原来的结构，不会发生浓缩现象。

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。

E.在真空下进行干燥，物料处于高度缺氧状态下，容易氧化的物质得到了保护。

F.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变质。

但是，冻干技术有其缺点，如：过程工序复杂、时间较长、设备造价高、成本大、耗能量大、工艺要求高等。

但是总体来讲，还是带来的利益大于其比弊端。

3.冻干前处理工艺对于不同的待冻干物料，前处理的方法是不同的。

根据原料的特点采用相应的处理方法：如果蔬的挑选、清洗、去皮、切分、烫漂、冷却等处理[3];药物的培养、灭菌、分装、洗瓶、半加塞等;食品原料的挑选、清洗、切分、灭酶、分装等。

生物制品是有生命或有生物活性的物质，在冻干前，常常需要添加保护剂，以减少材料的低温损伤和脱水损伤。

通常使用的保护剂包括蔗糖、海藻糖、甘露醇、山梨醇、氨基酸、氯化钠、氢氧化钠、脱脂乳等。

为改善多孔层的稳定性，可在冻干前改善材料的热机械性质，如添加右旋糖酐、甘露醇等具有较高热稳定性的赋形剂[4]。

4.共晶点的测定共晶点的测定有电阻测定法、热差分析测定法、冻干显微镜直接观察、数字公式计算测定[5]。

标准的共晶点测量法是将一对白金电极浸入液体产品之中，并在产品中插一温度计，把它们冷却到-40℃以下的低温，然后将冻结产品慢慢升温。

用惠斯顿电桥来测量其电阻，当发生电阻突然降低时，这时的温度即为产品的共晶点。

电桥要用交流电供电，因为直流电会发生电解作用，整个过程由仪表记录。

此外，还可以在预冻阶段通过视窗来观察制品性状的变化来获得共晶点。

当制品开始结冰的时候，浸入制品中的电热偶所探测到的温度会突然回升，这是因为结冰过程的放热现象所造成的。

这时候所记录的温度就大致接近于共晶点温度。

在冷冻干燥的工艺中，共晶点是获得冻干的临界温度，冷冻干燥必须在大大低于共晶点的温度和压力下进行，为保证物料完全冻结，预冻温度要比物料共晶点低5-10℃。

④进汽口过滤网被堵拆下清洗2电机超负荷运转，泵运转中有异常杂音、噪音、旋转困难①泵温太高，可能是泵的阀片或内腔刮伤磨损，转子轴心产生位移造成单面磨损修复后重新装②弹簧变形或断裂，使旋片受力不均匀而发出冲击声更换弹③过滤网损坏、碎物落入泵内应拆下清洗④泵腔内污染严重，零件锈蚀换油⑤泵腔轴和轴套配合过紧，造成润滑不良重新装配并疏通油路3漏油、喷油①转轴、油窗、放油孔等部件的密封圈损坏应更换密封圈或重新装配②进气门压强过高设法减少进油量③油量过多，产生喷油放出一部分4电动机启动不起来①电路不通、电压过高按说明书要求，使电源接通5电动机拖不动①由于制冷机负荷过大，远远超过电动机的额定功率，致使压缩机不运转或运转显著减慢，而电动机发出嗡嗡声，此时应立即关掉电源进行检查检查三相是否有电，供电电压是否正常6水压力报警停机①水冷凝器的冷却水压力低于水压力继电器的设定值，压缩机自动停机消警、检查水管，恢复水压力至正常，重新开启压缩机7油压差报警①回油不畅，造成压缩机曲轴箱内油位不够，油泵吸不到油更换新的油分离器②油脏造成油泵过滤器堵塞需换油、并清洗油过滤器③油压差继电器失灵更换新的油压差继电器8高压报警停机①制冷剂太多，排气压力高应放出部分制冷剂②冷却水温度高、流量不足或水冷凝器结垢使用冷却水温度、流量符合要求，清洗水冷凝器③制冷管道低压段泄漏，吸入空气制冷管路检漏④高压排气阀没有开足或损坏，造成排气不畅高压排气阀开足或更换新阀9电机热保护停机①系统回气量不足，电机没有得到充分的冷却调整膨胀阀，加大系统的循环量，使电机充分冷却10冷凝器性能变差①冷凝器化霜不彻底，使传热性能变差化霜彻底，把水排放干净②产品装量超过设定值不要超过最大捕水量③制品升华加热量过大，升华过快放慢加温速度11制冷量不足或无制冷量①膨胀阀开启过大，此时搁板或水汽凝结温度下降不到设定值，而压缩机结霜严重调节膨胀阀②膨胀阀开启过小，此时温度降不下去，但压缩机温度很高，吸气阀处不结霜，吸气压力与搁板或水冷凝器所对应的蒸发温度比搁板或水冷凝器的温度低很多调节膨胀阀③制冷系统堵塞不畅，如过滤器堵塞，阀门未开启，电磁阀失灵，膨胀阀堵塞等疏通制冷系统更换零部件④制冷剂不足，此时温度降不下去，且吸气压力低，吸气阀处不结霜充注制冷剂⑤压缩机阀板上部或汽缸下部的纸垫被击穿或破裂，或压缩机吸、排气阀片破碎更换纸垫或阀片12导热油压力低①导热油中有空气开启循环泵、有软管一端连接在导热油排气口，一端与平衡桶连接，打开排气阀，排尽管路中的空气13导热油进出口温差大①导热油流量不足（导热油性能下降循环泵性能下降）换导热油，修循环泵②测温探头有故障更换温度探头③有空气混入导热油排空气14循环泵切换①压力不稳定排空气②循环泵已损坏更换或修理循环泵③压力继电器已损坏更换或修理继电器15泵的燥声过大①泵中发生气穴减小吸油阻力②油液中混入空气拧紧接头、更换密封③机械振动拧紧松动螺钉16压力故障①无压力、压力不足或调压不成比例更换或修理②压力不下来让通道通畅17流量故障①流量不足，速度失调修理或更换18换向阀故障①换向后无动作排查电信号故障19锁紧保压故障①油缸不能锁紧更换阀芯7.冻干产品出现常见问题分析良好的冻干产品应有良好的物理形态，如外形饱满、表面平整、不萎缩、色泽均匀、多孔性好、水分含量合格、加水后能迅速复溶、能长期存放。

在冻干产品的生产过程中，经常会出现一些异常情况，如喷瓶、掉底、破瓶、产品干燥不彻底、含水量过高、含量不均匀或含量偏低、复溶后溶液浑浊等问题。

现对这些常见的问题的产生原因及解决方法进行初步分析探讨。