12生物分离工程技术(冷冻干燥技术) PPT课件
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生物分离工程PPT课件
如果 1 ，则目标产物未得到任何程度
的分离纯化。
无论是以浓缩还是以分离为目的操作过程， 目标产物均应以较大的比例回收：
R FPCTP 100% FcCTC
生物分离操作多为间歇过程（分批操作）， 若原料液和产品溶液的体积分别为VC和VP 则回收率为
RVPCTP 100% VcCTC
分离效率的评价
• 浓缩程度 • 分离纯化程度 1. 回收率
上图表示一个连续稳态的分离过程，其中F表示流 速，c表示浓度；下标T和X分别表示目标产物和杂 质，C、P和W分别表示原料、产品和废料。
浓缩程度一般用浓缩率(concentration factor)表达， 是一个以浓缩为目的的分离过程的最重要指标。
•机械分离
分离操作
•传质分离。 传质分离的对象主要是均相物系，又分输送分离扩散分离。 输送分离根据溶质在外力作用下产生的移动速度的差异实 现分离，又称速度分离法，其传质推动力主要有压力差、 电位梯度和磁场梯度等，如超滤、反渗透、电渗析、电泳 和磁泳等。扩散分离根据溶质在两相中分配平衡状态的差 异实现分离，又称平衡分离法，传质推动力为偏离平衡态 的浓度差，如蒸馏、蒸发、吸收、萃取、结晶、吸附和离 子交换等。
• 物理性质 力学性质：重力、离心力、筛分； 热力学性质：状态变化、相平衡； 传质性质：粘度、扩散、热扩散； 电磁性质：电泳、电渗析、磁化。
• 化学性质 化学热力学：化学平衡； 反应动力学：反应速率； 光化学性质：激光激发、离子化。
• 生物学性质 分子识别：生物亲和作用、生物学识别； 输送性质：生物膜输送， 反应、响应、控制：酶反应、免疫系统。
为了得到一定纯度的生物产品， 下游加工过程需要采用多种方法、实行多步 分离操作，整个下游加工过程的总回收率为
的分离纯化。
无论是以浓缩还是以分离为目的操作过程， 目标产物均应以较大的比例回收：
R FPCTP 100% FcCTC
生物分离操作多为间歇过程（分批操作）， 若原料液和产品溶液的体积分别为VC和VP 则回收率为
RVPCTP 100% VcCTC
分离效率的评价
• 浓缩程度 • 分离纯化程度 1. 回收率
上图表示一个连续稳态的分离过程，其中F表示流 速，c表示浓度；下标T和X分别表示目标产物和杂 质，C、P和W分别表示原料、产品和废料。
浓缩程度一般用浓缩率(concentration factor)表达， 是一个以浓缩为目的的分离过程的最重要指标。
•机械分离
分离操作
•传质分离。 传质分离的对象主要是均相物系，又分输送分离扩散分离。 输送分离根据溶质在外力作用下产生的移动速度的差异实 现分离，又称速度分离法，其传质推动力主要有压力差、 电位梯度和磁场梯度等，如超滤、反渗透、电渗析、电泳 和磁泳等。扩散分离根据溶质在两相中分配平衡状态的差 异实现分离，又称平衡分离法，传质推动力为偏离平衡态 的浓度差，如蒸馏、蒸发、吸收、萃取、结晶、吸附和离 子交换等。
• 物理性质 力学性质：重力、离心力、筛分； 热力学性质：状态变化、相平衡； 传质性质：粘度、扩散、热扩散； 电磁性质：电泳、电渗析、磁化。
• 化学性质 化学热力学：化学平衡； 反应动力学：反应速率； 光化学性质：激光激发、离子化。
• 生物学性质 分子识别：生物亲和作用、生物学识别； 输送性质：生物膜输送， 反应、响应、控制：酶反应、免疫系统。
为了得到一定纯度的生物产品， 下游加工过程需要采用多种方法、实行多步 分离操作，整个下游加工过程的总回收率为
冻干技术及其应用 ppt课件
• 当冷凝器温度下降至升华前的状态，冻干箱的压力下降至 接近冷冻机的压力，我们可以判定升华干燥过程的结束。
PPT课件
28
解吸干燥
• 在较高的真空度下,再次升高温度（视样品特性而定），排 除剩余的水分，约5%~9.5%.
• 若在此过程中间歇性通入少量无菌空气（1~5Pa）可以进 一步减少样品中残余的水分
是否会认为老师的教学方法需要改进？ • 你所经历的课堂，是讲座式还是讨论式？ • 教师的教鞭 • “不怕太阳晒，也不怕那风雨狂，只怕先生骂我
笨，没有学问无颜见爹娘 ……” • “太阳当空照，花儿对我笑，小鸟说早早早……”
• 冻干技术的概念：
• 广义：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。
优质食品的方法。
PPT课件
10
• 随着冻干技术的应用和发展， 冻干机理和技术的研究也随 之发展起来，1949年弗洛斯
道夫出版了他的世界上第一
本有关冻干的技术及理论的 专著。1951年和1958年先后
在英国伦敦召开了第一届和
第二届以冻干为主题的专题 讨论会。
• 现在冻干食品除在宇宙 航行、军队、登山、航
冻干燥的方法成功冻干保存了各种器官和组织，他的 工作确立了生物标本系统的冻干程序，这是冻干在制
作生物标本中的最早应用。
谢盖尔（Shackell）将冻干引入细菌学和血清学领域。
1909年
他采用盐冰预冻，在真空状态下，用硫酸作吸水剂， 对补体、抗毒素、狂犬病毒等进行冻干，其设备虽十
分简陋，但却是后世先进冻干机的雏形。
冻干工艺ppt课件
冻干工艺
•
注射用无菌粉末的生产必须在 无菌室内进行，特别是一些关键工 序，更应严格要求，可采用层流洁 净装置，保证无菌无尘。 • 注射用无菌粉末的质量要求与 注射用水溶液基本一致。
二、注射用冷冻干燥制品
• 冷冻干燥是将需要干燥的药物溶液预先冻 结成固体，然后在低温低压条件下，从冻 结状态不经过液态而直接升华除去水分的 一种干燥方法。 • 凡是对热敏感在水溶液中不稳定的药物， 可采用此法制备。
图3-7 甘氨酸水溶液DSC
• 其低共熔温度为-3.5℃，故其升 华干燥理论上允许的最高温度 是共熔温度。 • 但实际产品温度应控制比这个 温度低几度，以保证在冻干过 程中不致于产生熔化现象。
2 冷冻干燥工艺过程
• (1) 预冻：预冻温度应低于产品共熔点10 ～ 20℃。 • 预冻方法有速冻法和慢冻法， • 速冻法就是在产品进箱之前，先把冻干箱温度降 到-45℃以下，再将制品装入箱内，这样急速冷冻， 形成细微冰晶，制得产品疏松易溶。 • 慢冻法形成结晶粗，但有利于提高冻干效率。实 际工作中应根据情况选用。 • 预冻时间一般2～3小时，有些品种需要更长时间。
(二)冷冻干燥制品的工艺
水溶液
预先冻结
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
升华除去水分
高温低压
再干燥
干燥
(二)冷冻干燥制品的工艺
• 1. 测定产品共熔点 • 新产品冻干时，先应测出其低共熔点 (eutectic point)，然后控制冷冻温度在低共 熔点以下，以保证冷冻干燥的顺利进行。 • 低共熔点是在水溶液冷却过程中，冰和溶 质同时析出结晶混合物(低共溶混合物)时的 温度。 • 测定低共熔点的方法有热分析法和电阻法， 热分析法通过绘制冷却曲线就可求出。
•
(3) 反复冷冻升华法：此方法适用于某 些熔点较低，或结构比较复杂粘稠如蜂 蜜、王浆等产品，某制品低共熔点为 25℃，可速冻到-45℃左右。 • 然后将制品升温如此反复处理，使制品 晶体结构改变，制品表层外壳由致密变 为疏松，有利于水分升华。 • 此法可缩短冷冻干燥周期，处理一些难 于冻干的产品。
•
注射用无菌粉末的生产必须在 无菌室内进行，特别是一些关键工 序，更应严格要求，可采用层流洁 净装置，保证无菌无尘。 • 注射用无菌粉末的质量要求与 注射用水溶液基本一致。
二、注射用冷冻干燥制品
• 冷冻干燥是将需要干燥的药物溶液预先冻 结成固体，然后在低温低压条件下，从冻 结状态不经过液态而直接升华除去水分的 一种干燥方法。 • 凡是对热敏感在水溶液中不稳定的药物， 可采用此法制备。
图3-7 甘氨酸水溶液DSC
• 其低共熔温度为-3.5℃，故其升 华干燥理论上允许的最高温度 是共熔温度。 • 但实际产品温度应控制比这个 温度低几度，以保证在冻干过 程中不致于产生熔化现象。
2 冷冻干燥工艺过程
• (1) 预冻：预冻温度应低于产品共熔点10 ～ 20℃。 • 预冻方法有速冻法和慢冻法， • 速冻法就是在产品进箱之前，先把冻干箱温度降 到-45℃以下，再将制品装入箱内，这样急速冷冻， 形成细微冰晶，制得产品疏松易溶。 • 慢冻法形成结晶粗，但有利于提高冻干效率。实 际工作中应根据情况选用。 • 预冻时间一般2～3小时，有些品种需要更长时间。
(二)冷冻干燥制品的工艺
水溶液
预先冻结
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
升华除去水分
高温低压
再干燥
干燥
(二)冷冻干燥制品的工艺
• 1. 测定产品共熔点 • 新产品冻干时，先应测出其低共熔点 (eutectic point)，然后控制冷冻温度在低共 熔点以下，以保证冷冻干燥的顺利进行。 • 低共熔点是在水溶液冷却过程中，冰和溶 质同时析出结晶混合物(低共溶混合物)时的 温度。 • 测定低共熔点的方法有热分析法和电阻法， 热分析法通过绘制冷却曲线就可求出。
•
(3) 反复冷冻升华法：此方法适用于某 些熔点较低，或结构比较复杂粘稠如蜂 蜜、王浆等产品，某制品低共熔点为 25℃，可速冻到-45℃左右。 • 然后将制品升温如此反复处理，使制品 晶体结构改变，制品表层外壳由致密变 为疏松，有利于水分升华。 • 此法可缩短冷冻干燥周期，处理一些难 于冻干的产品。
冷冻干燥技术(共82张PPT)
食品行业的应用：几乎所有的农副产品 ， 如肉 、禽 、蛋 、水产品、蔬 菜、瓜果等都可以制成冻干食品 。
在材料制备中的应用：作为一种先进的低温化学制备方法,可以应用于材料 制备领域中,用来制备金属超微粉体,合成金属氧化物、复合氧化物等精细 陶瓷粉末。
生物行业的应用：动物的器官、组织；鲜花等植物类的等亦用此法干燥保存。
主要是解决药物剂型不稳定的问题，可以解决在乳剂和混悬剂中出现的油 滴、粒子发生沉降絮凝等现象,保持良好的分散状态。
可以较好地解决固体药物的分散,不但使药物粒度减少,而且能够改善疏水性药物的溶解 性能,增加它们的溶解度
我国中药品种数量丰富,对其进行深加工,可以增加附加值,或者对不易保存的中药 进行干燥贮藏,利用冷冻干燥技术能够确保药效及活性成分完整保留。
特点及应用
冻干技术的特点
优点：
药物是在低温真空条件下进行干燥的，所以分解率很低，纯度高；
冻干制品基本保持原溶液冻结时的体积，疏松多孔、外形美观、色泽均 一； 冻干制品遇水极易溶解，立即恢复原有的药物性质； 污染机会少，异物少，能够改善药物的溶解性能,提高制剂的澄明度。 冻干制品含水量为0.5%，较轻，可长期保存，便于运输。 装量准确，因为药物是以溶液形式填装进入安瓿，可以精确到μg，其 它的干燥方法是以粉末填装，远远达不到这样的要求
特2、别真是空对度有压法细：胞缩真膜空式的度生制法命是冷体利影机用响压较：力大升单，高一级的般快压冰慢晶缩与越残机大余，-水3细0分胞℃多膜少，越之易双问破的裂级相，关压从关而缩系造来机成确细可定胞冻死达干亡终-；点40的~。-60℃。两级单级压缩
（2）搁板升降系统液压或气动杆有保护套；
冷冻干燥中机采用组的成传热的方式复主要叠有式热传循导和环辐可射，达近年-来60也~有-在8干0℃燥箱，内采一用个循环单压力级法一来实个现双强制级对流-1加0热0，℃可。极大最地经提高济干最燥的方效率。
在材料制备中的应用：作为一种先进的低温化学制备方法,可以应用于材料 制备领域中,用来制备金属超微粉体,合成金属氧化物、复合氧化物等精细 陶瓷粉末。
生物行业的应用：动物的器官、组织；鲜花等植物类的等亦用此法干燥保存。
主要是解决药物剂型不稳定的问题，可以解决在乳剂和混悬剂中出现的油 滴、粒子发生沉降絮凝等现象,保持良好的分散状态。
可以较好地解决固体药物的分散,不但使药物粒度减少,而且能够改善疏水性药物的溶解 性能,增加它们的溶解度
我国中药品种数量丰富,对其进行深加工,可以增加附加值,或者对不易保存的中药 进行干燥贮藏,利用冷冻干燥技术能够确保药效及活性成分完整保留。
特点及应用
冻干技术的特点
优点：
药物是在低温真空条件下进行干燥的，所以分解率很低，纯度高；
冻干制品基本保持原溶液冻结时的体积，疏松多孔、外形美观、色泽均 一； 冻干制品遇水极易溶解，立即恢复原有的药物性质； 污染机会少，异物少，能够改善药物的溶解性能,提高制剂的澄明度。 冻干制品含水量为0.5%，较轻，可长期保存，便于运输。 装量准确，因为药物是以溶液形式填装进入安瓿，可以精确到μg，其 它的干燥方法是以粉末填装，远远达不到这样的要求
特2、别真是空对度有压法细：胞缩真膜空式的度生制法命是冷体利影机用响压较：力大升单，高一级的般快压冰慢晶缩与越残机大余，-水3细0分胞℃多膜少，越之易双问破的裂级相，关压从关而缩系造来机成确细可定胞冻死达干亡终-；点40的~。-60℃。两级单级压缩
（2）搁板升降系统液压或气动杆有保护套；
冷冻干燥中机采用组的成传热的方式复主要叠有式热传循导和环辐可射，达近年-来60也~有-在8干0℃燥箱，内采一用个循环单压力级法一来实个现双强制级对流-1加0热0，℃可。极大最地经提高济干最燥的方效率。
12生物分离工程技术(冷冻干燥技术) PPT课件
3、解析干燥(二级干燥)
• 物料中所有的冰晶升华干燥后，物料内留 下许多空穴，但物料的基质内还留有残余 的未冻结水分（它们以结合水和玻璃态形 式存在）。解析干燥就是要把残余的未冻 结水分除去，最终得到干燥物料。 • 通常冻干药品的水分含量低于或接近于2％ 较好，原则上最高不应超过3％。
生物分离工程
第十三章 冻干技术
一、概 述 二、水的三相图 三、冷冻干燥原理 四、冷冻装置 五、应用
生物分离工程
一、概
述
• 水在维持生物体的构造、机能的作用。
• 冷冻干燥对食品、药品贮存的意义
如麻疹疫苗和卡介苗冷冻干燥前在保冷情况 下的有效期均只有3个月，而卡介苗的安全试验就需 耗时2个月才能完成。冷冻干燥工艺使卡介苗的活菌 数经4～5年存放后仍保持在合格水平，完全能够保证 产品规定的1.5年的有效期，
生物分离工程3实验室规模的冻干机生物分离工程4大型冻干机生物分离工程5工业化冻干机1制冷压缩机5急冻库9热水泵13水环泵2制冷压缩机6冷藏库10罗茨泵14干燥箱加热筒3低压循环筒7干燥箱11罗茨泵15捕水器化箱加热桶12罗茨泵16冷却塔及水泵生物分离工程工业冻干机实物图生物分离工程冻干设备的组成1干燥箱2冷凝器?捕水器3加热系统4真空系统5制冷系统6电气控制系统生物分离工程1干燥箱干燥箱是一能抽真空和加热的密闭器物料的升华干燥过程是在干燥室内完成的
三、冷冻干燥技术
1、冷冻阶段
2、升华阶段
3、解析干燥
生物分离工程
1、冷冻阶段
冷冻干燥首先要把原料进行冻结，使原料中 的水变成冰，为下阶段的升华做好准备。 冻结温度的高低及冻结速度是控制目的，温 度要达到物料的冻结点以下，不同的物料其冻接 点各不相同。 冻结速度的快慢直接关系到物料中冰晶颗粒 的大小，冰晶颗粒的大小对固态物料的结构及升 华速率有直接关联。一般情况下，要求1--3小时 完成物料的冻结，进入升华阶段。
冷冻干燥法.ppt
I,L
Flash Drying
I,
Microwave drying I,
Fluidized Bed
I,
Drying
Macrowave Drying I,
I:primary industrial scale; L: primary laboratory scale 實驗室常用者: air drying、oven drying、 freeze drying
?凍乾燥可做生物體長時間的穩定保存?凍乾燥可做生物體長時間的穩定保存在化學分析上具有濃縮作用在化學分析上具有濃縮作用可提高分析的?敏?可提高分析的?敏??原???凍真空乾燥是一種?續性的製程在此製程中樣品內的水份先被凍結至一適當低溫後再于一高?真空的空間中在低溫?低壓?之環境條件下?用昇華原?樣品內的水份將直接由固體冰?經液體?態而變為氣體後再被排除達到乾燥之作用
吸熱- 降低壓力 - 移走水蒸氣 -凝結成冰
Refrigeration
compressor 冷凍加壓系統 槽式冷凝管
Labconco 冷凍乾燥機 機器分成
1.上層 Stopping trap drying （三層加熱式乾燥室）
2.中層Freeze Flask 冷凍乾燥瓶（共6個）
3.下層機體（包括冷凝管、 真空馬達、冷凍加壓系統等）
4. Condensation: Lowtemperature condenser plates remove the vaporized solvent from the vacuum chamber by converting it back to a solid. This completes the separation process.
--Sample preparation as a step in chemical/ biochemical analysis procedures
冷冻干燥原理培训课件冻干原理优选文档
▪ 制品完全冻结后其内部离子将固定不动， 因此电阻率明显增大；如果制品没有完全 冻结，其内部会有少量液体存在，其电阻 率将显著下降。因此通过测量制品的电阻 率可以确定制品的共熔点。
4、一些物质的共熔点
物质 0.85%氯化钠溶液
共熔点（℃） -22
10%蔗糖溶液
-26
40%蔗糖溶液
-33
10％蔗糖溶液、10%葡萄糖
▪ 5．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。
▪ 6．由于干燥在真空下进行，氧气极少， 因此一些易氧化的物质得到了保护。
▪ 7．干燥能排除95-99%以上的水份，使干 燥后产品能长期保存而不致变质。
三、冻干机的组成
1、冻干机的组成按系统分
▪ 1.1 制冷系统 ▪ 1.2 真空系统 ▪ 1.3 加热系统 ▪ 1.4 控制系统
六、制品的冻结
1.制品冻结的简述
▪ 1.1 冻结的目的：是为了固定制品， 以便在真空下进行升华。没有冻实的 制品抽真空时制品会冒出瓶外；如果 制品温度冻的过低，则不仅浪费了能 源和时间，而且对于某些制品还会降 低活性。
二、冷冻干燥的优点
▪ 1．冷冻干燥在低温下进行，对许多 热敏性物质特别适用。
▪ 2．在低温下干燥时，物质中的一些 挥发性成分损失很小，适合药品的干 燥。
▪ 3．在冷冻干燥过程中，微生物的生长和 酶的作用无法进行，因此能保持原来的性 装。
二、冷冻干燥的优点
▪ 4．由于在冻结的状态下进行干燥，因此 体积几乎不变，保持了原来的结构，不会 发生浓缩现象。
1.1 制冷系统
▪ 制冷系统由冷冻机与冻干箱、冷凝器 内部的管道等组成。冷冻机可以是互 相独立的二套，也可以合用一套。冷 冻机的功用是对冻干箱和冷凝器进行 致冷，以产生和维持它们工作时所需 要的低温，它有直接制冷和间接制冷 二种方式。
4、一些物质的共熔点
物质 0.85%氯化钠溶液
共熔点（℃） -22
10%蔗糖溶液
-26
40%蔗糖溶液
-33
10％蔗糖溶液、10%葡萄糖
▪ 5．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。
▪ 6．由于干燥在真空下进行，氧气极少， 因此一些易氧化的物质得到了保护。
▪ 7．干燥能排除95-99%以上的水份，使干 燥后产品能长期保存而不致变质。
三、冻干机的组成
1、冻干机的组成按系统分
▪ 1.1 制冷系统 ▪ 1.2 真空系统 ▪ 1.3 加热系统 ▪ 1.4 控制系统
六、制品的冻结
1.制品冻结的简述
▪ 1.1 冻结的目的：是为了固定制品， 以便在真空下进行升华。没有冻实的 制品抽真空时制品会冒出瓶外；如果 制品温度冻的过低，则不仅浪费了能 源和时间，而且对于某些制品还会降 低活性。
二、冷冻干燥的优点
▪ 1．冷冻干燥在低温下进行，对许多 热敏性物质特别适用。
▪ 2．在低温下干燥时，物质中的一些 挥发性成分损失很小，适合药品的干 燥。
▪ 3．在冷冻干燥过程中，微生物的生长和 酶的作用无法进行，因此能保持原来的性 装。
二、冷冻干燥的优点
▪ 4．由于在冻结的状态下进行干燥，因此 体积几乎不变，保持了原来的结构，不会 发生浓缩现象。
1.1 制冷系统
▪ 制冷系统由冷冻机与冻干箱、冷凝器 内部的管道等组成。冷冻机可以是互 相独立的二套，也可以合用一套。冷 冻机的功用是对冻干箱和冷凝器进行 致冷，以产生和维持它们工作时所需 要的低温，它有直接制冷和间接制冷 二种方式。
冻干理论知识.完美版PPT
溶液的冷冻干燥过程 冷却速度愈快，过冷温度越低，所形成的晶核数量越多，晶体来不及生长就被冻结， 形成的晶粒数量越多，晶粒也细。 冷却速度慢，形成的晶粒数量越少，晶粒也粗大。
冻干制品升华前，必须冻结到一定的温度，这个温度应设在制品的共溶点以下10至 20℃左右，如不经过预冻直接抽真空，当压力降到一定程度时，液体就会被抽去。 这种情况也叫蒸发，这种蒸汽叫做不饱和蒸汽，如果制品冻结不实而抽真空，液体 中的气体迅速逸出而引起“沸腾”的现象。制品如在“沸腾”中冻结，有部分可能 逸出瓶外，引起药物损失或使制品表面凹凸不平。由此可见，共溶点的温度是保证 产品正常干燥的最安全的温度，只能比它低，不能高于共溶点温度。
➢ 由于是低温干燥，使物质中的挥发性成分和受热变性的营养成分和芳香 成分损失很小 。
➢ 在低温干燥过程中，微生物的生长和酶的作用几乎无法进行，能最好 地 保持物质原来的性状。
➢ 干燥后体积、形状基本不变，复水性好。
➢ 因一般系真空下干燥，氧气极少，使易氧化的物质得到了保护。
➢ 能除去物质中95-99.5%的水分,制品的保存期长空干燥（以下简称冻干）是一个稳定化的物质干燥过程。是将含水的物质，先 冻结成固态，而后使其中的水分从固态直接升华变成气态排除，以除去水分而保存物 质的方法。
➢ 溶液状态的产品经冷冻处理后，先后经过升华和解吸作用，使产品中的溶剂减少到一 定程度，从而阻止微生物的生成或溶质与溶剂间的化学反应，使产品得以长时间保存 并保持原有的性质。
一、预冻
预冻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发生。
溶液在冻结过程中，需过冷到冰点以下，其内产生晶核以后，自由水才开始以纯冰的 形式结晶，同时放出结晶热，使其温度上升到冰点，随着晶体的生长，溶液浓度增加， 当浓度到达共晶浓度，温度下降到共晶点以下时，溶液就全部冻结。
冷冻干燥PPT演示课件
19
旋冻机
20
在一次干燥过程中，绝大部分水分随着冰晶体的升华逐步 排除。为了达到良好干燥状态，应进行解吸干燥，即第二 干燥阶段——除去结晶水以及固体吸附的水。
二次干燥所需的时间由制品中水分的残留量决定。在制品 共熔点/崩解温度一下，应尽量提高产品的温度以克服水的 吸附力。降低干燥体的压力以提供较大的压力梯度，从而 缩短二次干燥的时间。
且两者间压力差维持不变。
22
搁板温度与制品温度控制变化过程曲线——冻干曲线
23
冻干过程是主要受温度和压力的影响，它可以通过控制单位 时间内的热交换量和抽气量来调控，因此，冻干过程还取决 于冻干设备。
通常采用的制冷技术装备有电压缩制冷系统和液氮气化制冷 系统，电压缩制冷系统提供的制冷能力可以使冻干机的搁板 工作温度达－55℃，冷凝器盘管的温度达－75℃；而液氮气 化制冷方式，可以使冻干机的搁板工作温度达－90℃，冷凝 器盘管的温度达－120℃，甚至更低。
一般，冻干过程中每小时降温速度应控制在５～６℃。预 冻不实，预冻温度不够低或保持时间不够长，药液未完全冻结， 真空升华干燥时，液体沸腾，造成喷瓶。
16
二、干燥阶段
干燥分为第一阶段干燥和第二阶段干燥。 第一阶段，即升华干燥过程。 （1）热量从搁板通过玻璃瓶或托盘传送到冻结冰晶体内，并
传导至制品的表面； （2）冰晶体升华过程产生的水蒸气通过制品枝状孔隙 (干燥通
⑥红外线加热 在干燥室安装红外线发生器产生红外线辐射。但由于其维持 费用相当高，故很少应用于冷冻干燥食品方面。
30
综上所述，各种加热方法各有其特点。人们在不 断认识冻干过程本质的基础上，探索出了多种加热、 辐射的组合，如传导-辐射加热法、传导-微波加热法、 辐射-微波加热法等。其目的都是期望能在保证产品 质量的前提下，提高干燥速率，降低能耗。
旋冻机
20
在一次干燥过程中，绝大部分水分随着冰晶体的升华逐步 排除。为了达到良好干燥状态，应进行解吸干燥，即第二 干燥阶段——除去结晶水以及固体吸附的水。
二次干燥所需的时间由制品中水分的残留量决定。在制品 共熔点/崩解温度一下，应尽量提高产品的温度以克服水的 吸附力。降低干燥体的压力以提供较大的压力梯度，从而 缩短二次干燥的时间。
且两者间压力差维持不变。
22
搁板温度与制品温度控制变化过程曲线——冻干曲线
23
冻干过程是主要受温度和压力的影响，它可以通过控制单位 时间内的热交换量和抽气量来调控，因此，冻干过程还取决 于冻干设备。
通常采用的制冷技术装备有电压缩制冷系统和液氮气化制冷 系统，电压缩制冷系统提供的制冷能力可以使冻干机的搁板 工作温度达－55℃，冷凝器盘管的温度达－75℃；而液氮气 化制冷方式，可以使冻干机的搁板工作温度达－90℃，冷凝 器盘管的温度达－120℃，甚至更低。
一般，冻干过程中每小时降温速度应控制在５～６℃。预 冻不实，预冻温度不够低或保持时间不够长，药液未完全冻结， 真空升华干燥时，液体沸腾，造成喷瓶。
16
二、干燥阶段
干燥分为第一阶段干燥和第二阶段干燥。 第一阶段，即升华干燥过程。 （1）热量从搁板通过玻璃瓶或托盘传送到冻结冰晶体内，并
传导至制品的表面； （2）冰晶体升华过程产生的水蒸气通过制品枝状孔隙 (干燥通
⑥红外线加热 在干燥室安装红外线发生器产生红外线辐射。但由于其维持 费用相当高，故很少应用于冷冻干燥食品方面。
30
综上所述，各种加热方法各有其特点。人们在不 断认识冻干过程本质的基础上，探索出了多种加热、 辐射的组合，如传导-辐射加热法、传导-微波加热法、 辐射-微波加热法等。其目的都是期望能在保证产品 质量的前提下，提高干燥速率，降低能耗。
冷冻干燥原理培训课件(冻干原理)解析
▪ 真空系统要求没有漏气现象，真空泵 是真空系统建立真空的重要部件。
▪ 真空系统对于产品的升华干燥是必不 可少的。
1.3 加热系统
▪ 加热系统对于不同的冻干机有不同的 加热方式。有的是利用直接电加热法； 有的则利用中间介质来进行加热，由 一台循环泵泵使中间介质不断循环。
▪ 加热系统的作用是对冻干箱内的产品 进行加热，以使产品内的水份不断升 华，并达到规定的残余水份要求。
1.4 控制系统
▪ 控制系统由各种控制开关，指示调节 仪表及一些自动装置等组成，它可以 较为简单，也可以很复杂。一般自动 化程度较高的冻干机则控制系统较为 复杂。
▪ 控制系统的功用是对冻干机进行手动 或自动控制，操纵机器正常运转，以 冻干出合乎要求的产品来。
2、冻干机的组成按结构分
▪ 由冻干箱或称干燥箱、冷凝器或称水 汽凝集器、冷冻机、真空泵和阀门、 电气控制元件等组成。
▪ 冷凝器的功用是把冻干箱内产品升华 出来的水蒸气冻结吸附在其金属表面 上。
四、共溶点及其测量方法
1.共熔点的概念
▪ 制品内的各种组份全部冻结成固体的 温度即为共熔点。
2、共熔点的意义
▪ 由于冷冻干燥是在真空状态下进行。只有 制品全部冻结后才能在真空下进行升华， 否则有部分液体存在时，在真空下不仅会 迅速蒸发，造成液体的浓缩使冻干制品的 体积缩小；而且溶解在水中的气体在真空 下会迅速冒出来，造成象液体沸腾的样子， 使冻干产品鼓泡，甚至冒出瓶外。
2.1 冻干箱
▪ 冻干箱是一个能够致冷到-40℃左右， 能够加热到+50℃左右的高低温箱， 也是一个能抽成真空的密闭容器。
▪ 它是冻干机的主要部分，需要冻干的 产品就放在箱内分层的金属板层上， 对产品进行冷冻，并在真空下加温， 使产品内的水份升华而干燥。
▪ 真空系统对于产品的升华干燥是必不 可少的。
1.3 加热系统
▪ 加热系统对于不同的冻干机有不同的 加热方式。有的是利用直接电加热法； 有的则利用中间介质来进行加热，由 一台循环泵泵使中间介质不断循环。
▪ 加热系统的作用是对冻干箱内的产品 进行加热，以使产品内的水份不断升 华，并达到规定的残余水份要求。
1.4 控制系统
▪ 控制系统由各种控制开关，指示调节 仪表及一些自动装置等组成，它可以 较为简单，也可以很复杂。一般自动 化程度较高的冻干机则控制系统较为 复杂。
▪ 控制系统的功用是对冻干机进行手动 或自动控制，操纵机器正常运转，以 冻干出合乎要求的产品来。
2、冻干机的组成按结构分
▪ 由冻干箱或称干燥箱、冷凝器或称水 汽凝集器、冷冻机、真空泵和阀门、 电气控制元件等组成。
▪ 冷凝器的功用是把冻干箱内产品升华 出来的水蒸气冻结吸附在其金属表面 上。
四、共溶点及其测量方法
1.共熔点的概念
▪ 制品内的各种组份全部冻结成固体的 温度即为共熔点。
2、共熔点的意义
▪ 由于冷冻干燥是在真空状态下进行。只有 制品全部冻结后才能在真空下进行升华， 否则有部分液体存在时，在真空下不仅会 迅速蒸发，造成液体的浓缩使冻干制品的 体积缩小；而且溶解在水中的气体在真空 下会迅速冒出来，造成象液体沸腾的样子， 使冻干产品鼓泡，甚至冒出瓶外。
2.1 冻干箱
▪ 冻干箱是一个能够致冷到-40℃左右， 能够加热到+50℃左右的高低温箱， 也是一个能抽成真空的密闭容器。
▪ 它是冻干机的主要部分，需要冻干的 产品就放在箱内分层的金属板层上， 对产品进行冷冻，并在真空下加温， 使产品内的水份升华而干燥。
冷冻浓缩与冷冻干燥_PPT幻灯片
对液态物料，也可用真空喷雾冻结法进行预冻。
冻结技术必须具备的条件
1 应避免物料因冻结而引起破坏和损害； 2 确定低共熔温度以及防止冻结层熔解； 3 控制冻结过程的条件，使生成的纯冰晶的形状、大小、排列适当； 4 冻结体的形态要好。
（2）供热系统 供热系统主要提供冻结制品水分不断升华 所需的热量，其次是间歇性地提供低温凝结器（冷阱）积霜 熔化所需的熔解热。传热方式主要采用传导和辐射两种。工 厂常用喷射混合换热法。
冻干过程
上搁板
Q1
样品瓶
Q3 Q2
干燥层 升华界面 冻结层
下搁板
除自由水（游离水）
除束缚水（结合水）
冻结和干燥过程中物料的温度和含水量变化的示意图
共晶点、共熔点
共晶点是冷冻过程中全部结冰的温度点， 共熔点是升温过程中的开始融化温度点
W1 W2 a1 a2
A
b1
b2
H
B
E
We
共晶点和共熔点的测定方法主要有电阻测定法、热差分析测定法、低 温显微镜直接观察法和数字公式计算法
饱和蒸气压 Pa
10
2477.1
0 2500.8/2835
-10
2836.5
-20
2838.0
-30
2838.7
-40
2838.6
-50
2837.8
-60
2836.3
1228 611.2 259.9 103.3 38.0 12.8
3.9 1.08
一、冷冻干燥的原理
冷冻干燥：使含水物质温度降至冰点以下，再使由水凝 固的冰在较高真空度下直接升华而除去的干燥方法。 冷冻干燥具有如下特点： （1）冷冻干燥在低压低温下进行，可以保留新鲜食品的 色、香、味及维生素C等营养物质，特别适用于热敏性食 品以及易氧化食品的干燥； （2）由于物料中水分存在的空间在水分升华以后基本维 持不变，故干燥后制品不失原有的固体框架结构，保持 原有的形状；
冻结技术必须具备的条件
1 应避免物料因冻结而引起破坏和损害； 2 确定低共熔温度以及防止冻结层熔解； 3 控制冻结过程的条件，使生成的纯冰晶的形状、大小、排列适当； 4 冻结体的形态要好。
（2）供热系统 供热系统主要提供冻结制品水分不断升华 所需的热量，其次是间歇性地提供低温凝结器（冷阱）积霜 熔化所需的熔解热。传热方式主要采用传导和辐射两种。工 厂常用喷射混合换热法。
冻干过程
上搁板
Q1
样品瓶
Q3 Q2
干燥层 升华界面 冻结层
下搁板
除自由水（游离水）
除束缚水（结合水）
冻结和干燥过程中物料的温度和含水量变化的示意图
共晶点、共熔点
共晶点是冷冻过程中全部结冰的温度点， 共熔点是升温过程中的开始融化温度点
W1 W2 a1 a2
A
b1
b2
H
B
E
We
共晶点和共熔点的测定方法主要有电阻测定法、热差分析测定法、低 温显微镜直接观察法和数字公式计算法
饱和蒸气压 Pa
10
2477.1
0 2500.8/2835
-10
2836.5
-20
2838.0
-30
2838.7
-40
2838.6
-50
2837.8
-60
2836.3
1228 611.2 259.9 103.3 38.0 12.8
3.9 1.08
一、冷冻干燥的原理
冷冻干燥：使含水物质温度降至冰点以下，再使由水凝 固的冰在较高真空度下直接升华而除去的干燥方法。 冷冻干燥具有如下特点： （1）冷冻干燥在低压低温下进行，可以保留新鲜食品的 色、香、味及维生素C等营养物质，特别适用于热敏性食 品以及易氧化食品的干燥； （2）由于物料中水分存在的空间在水分升华以后基本维 持不变，故干燥后制品不失原有的固体框架结构，保持 原有的形状；
真空冷冻干燥技术精美PPT
2.原理
• 真空冷冻干燥基本原理是基于水的三种变化。水 （H2O）有三种相态，即固态、液态和气态，三相 态既可以相互转换也可以共存。
• 三相点所对应的温度为0.0098℃，水蒸气为610.5 （4.58mmHg），在这样的温度和水蒸气压下，水 、冰、水蒸气三者可共存且相互平衡。
• 只有在三相点以下，冰才能由固相直接转变为气 相，这个过程成为升华。在高真空状态下，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气被除去，从 而达到冷冻干燥的目的。
• 由于冷冻食品保持坚硬，逸出的水分留下 通道，冻干食品组织呈多孔状，因此与氧 气接触的机会增加，为防止其吸收大量水 分和氧气，可采用真空包装或充氮包装。
• 为保持干制食品含水在5%以下，包装内应 放入干燥剂以吸附微量水分。包装材料要 是在低温下进行（-40℃）， 且处于高真空状态，因此，特别适用 于热敏性高和极易氧化的物料的干燥 ，可以保留新鲜物料色、香、味及营 养成份不损失； • 干燥制品不 失原有的固 体骨架结构 ，保持物料 原有的形态 ；
3.流程
0
20
40
60
80 100
%
%
%
%
%
%
原料
前处理
预冻
脱水干燥
后处理
前处理
• 真空冷冻干燥食品的原料若按其组织形态 来分，可分为固态食品和液态食品。
• 对固态食品原料的预处理过程，包括选料 、清洗、切分、烫漂和装盘等。
• 其目的是清除杂物，易升华干燥。液态原 料一般采取真空低温浓缩或冷冻浓缩的方 法进行预处理。
干燥技术现状
• 30年来，我国实现了 许多干燥技术的工业 化。主要有：
• 喷雾干燥 • 流态化干燥 • 蒸汽回转干燥 • 真空干燥 • 气流干燥 • 冷冻干燥 • 微波干燥
冻干理论知识.优秀PPT资料
几种物质组成的混合溶液，在冻结过程中，开始时某些组分结晶析出， 使剩下的溶液浓度发生变化。
汽三相共逸存出的状瓶态外，称，为引三相起点药，其物温损度为失或使制品表面凹凸不平。由此可见，共溶点的温度是保证 由在于冻在 干药过产品程品冻中干，正中溶常要质求颗干更粒燥加之严间的格的最，“希液安望态全药桥品”的在已温冻被干冻度过成，程“中固只处态能于桥玻”比璃，它化两温颗低度粒，以间下的不。相能对位高置于已经共被溶固定点下温来，度并。且两颗粒之间不存在气液 界Ab面ou的t 4表～二面6、张ho力u升rs。华干燥（一次干燥）
一、预冻
预冻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发生。
溶液在冻结过程中，需过冷到冰点以下，其内产生晶核以后，自由水才开始以纯冰的 形式结晶，同时放出结晶热，使其温度上升到冰点，随着晶体的生长，溶液浓度增加， 当浓度到达共晶浓度，温度下降到共晶点以下时，溶液就全部冻结。
➢ 真空冷冻干燥法是液态→固态→气态的过程。在冻干过程中，溶质颗粒之间的“液态 桥”已被冻成“固态桥”，两颗粒间的相对位置已经被固定下来，并且两颗粒之间不 存在气液界面的表面张力。随着溶剂的不断升华，“固桥”不断减少，但两颗粒之间 的相对位置已不再发生变化，直至“固态桥”完全消失。
冷冻干燥的优点
和通常的干燥方法如晒干、烘干、煮干、喷雾干燥相比， 有以下优点： ➢ 它是在低温下干燥，不使蛋白质产生变性，使微生物之类失去生物活力。
水和溶液的性质
物质有固、液、汽三态。物质的状态与其温 度和压力有关。如图所示，水(H2O）的状态 平衡图。图中OA、OB、OC三条曲线分别表示 冰和水、水和水蒸汽、冰和水蒸汽两相共存 时其压力和温度之间的关系。分别称为溶化 线、沸腾线、升华线。此三条曲线将图面分 成I、II、III三个区域，分别称为固相区、 液相区和气相区。箭头1、2、3分别表示冰溶 化成水，水汽化成水蒸汽和冰升华成水蒸汽 的过程。曲线OB的顶端有一点K，其温度为 374℃，称为临界点。若水蒸汽的温度高于其 临界温度374℃时，无论怎样加大压力，水蒸 汽也不能变成水。三曲线的交点O，为固、液、 汽三相共存的状态，称为三相点，其温度为 0.01℃，压力为610Pa。在三相点以下，不存 在液相。若将冰面的压力保持低于610Pa，且 给冰加热，冰就会不经液相直接变成气相， 这一过程称为升华。
汽三相共逸存出的状瓶态外，称，为引三相起点药，其物温损度为失或使制品表面凹凸不平。由此可见，共溶点的温度是保证 由在于冻在 干药过产品程品冻中干，正中溶常要质求颗干更粒燥加之严间的格的最，“希液安望态全药桥品”的在已温冻被干冻度过成，程“中固只处态能于桥玻”比璃，它化两温颗低度粒，以间下的不。相能对位高置于已经共被溶固定点下温来，度并。且两颗粒之间不存在气液 界Ab面ou的t 4表～二面6、张ho力u升rs。华干燥（一次干燥）
一、预冻
预冻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发生。
溶液在冻结过程中，需过冷到冰点以下，其内产生晶核以后，自由水才开始以纯冰的 形式结晶，同时放出结晶热，使其温度上升到冰点，随着晶体的生长，溶液浓度增加， 当浓度到达共晶浓度，温度下降到共晶点以下时，溶液就全部冻结。
➢ 真空冷冻干燥法是液态→固态→气态的过程。在冻干过程中，溶质颗粒之间的“液态 桥”已被冻成“固态桥”，两颗粒间的相对位置已经被固定下来，并且两颗粒之间不 存在气液界面的表面张力。随着溶剂的不断升华，“固桥”不断减少，但两颗粒之间 的相对位置已不再发生变化，直至“固态桥”完全消失。
冷冻干燥的优点
和通常的干燥方法如晒干、烘干、煮干、喷雾干燥相比， 有以下优点： ➢ 它是在低温下干燥，不使蛋白质产生变性，使微生物之类失去生物活力。
水和溶液的性质
物质有固、液、汽三态。物质的状态与其温 度和压力有关。如图所示，水(H2O）的状态 平衡图。图中OA、OB、OC三条曲线分别表示 冰和水、水和水蒸汽、冰和水蒸汽两相共存 时其压力和温度之间的关系。分别称为溶化 线、沸腾线、升华线。此三条曲线将图面分 成I、II、III三个区域，分别称为固相区、 液相区和气相区。箭头1、2、3分别表示冰溶 化成水，水汽化成水蒸汽和冰升华成水蒸汽 的过程。曲线OB的顶端有一点K，其温度为 374℃，称为临界点。若水蒸汽的温度高于其 临界温度374℃时，无论怎样加大压力，水蒸 汽也不能变成水。三曲线的交点O，为固、液、 汽三相共存的状态，称为三相点，其温度为 0.01℃，压力为610Pa。在三相点以下，不存 在液相。若将冰面的压力保持低于610Pa，且 给冰加热，冰就会不经液相直接变成气相， 这一过程称为升华。
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