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純化產(chǎn)品的冷凍干燥保存

一、冷凍干燥的原理、優(yōu)點(diǎn)

冷凍干燥就是把含有大量水份物質(zhì)預先凍結成固體，然后在真空條件下適當加熱使水蒸氣直接從固體中升華出來(lái)，而物質(zhì)本身留在凍結時(shí)的冰架子中，因此干燥后的產(chǎn)品體積幾乎不變。整個(gè)干燥是在較低的溫度下進(jìn)行的。

冷凍干燥的優(yōu)點(diǎn)：
1.低溫冷凍干燥對許多熱敏性物質(zhì)特別使用。如蛋白質(zhì)、微生物等不會(huì )發(fā)生變性或失活，廣泛的應用于醫藥工業(yè)。
2.低溫冷凍干燥時(shí)，產(chǎn)品揮發(fā)性成份損失小，因而應用于食品、藥品和化工產(chǎn)品等。
3.低溫冷凍干燥過(guò)程中，可以有效抑制微生物的生長(cháng)和酶的作用。
4.低溫冷凍干燥基本保證了產(chǎn)品的原有的結構，不會(huì )發(fā)生濃縮現象。
5.干燥后的產(chǎn)品疏松多孔呈海綿狀，加水后溶解，可迅速恢復原來(lái)的形狀。
6.真空干燥時(shí)基本不含氧氣，因此一些易氧化的物質(zhì)得到保護。
7.低溫冷凍干燥可排除95%以上的水份，干燥后的產(chǎn)品能長(cháng)期保存不變質(zhì)。

二、冷凍干燥的操作程序

1、準備工作 
產(chǎn)品共熔點(diǎn)的測定：水溶液的冰點(diǎn)會(huì )低于溶媒的冰點(diǎn)（詳細原理請見(jiàn)物理化學(xué)），冷卻溶媒液開(kāi)始析出晶體的溫度稱(chēng)為冰點(diǎn)，全部凝結的溫度叫做溶液的凝固點(diǎn)。反之，加熱凝固的溶媒時(shí)，凝固點(diǎn)就是溶化的開(kāi)始點(diǎn)，所以凝固點(diǎn)又叫共熔點(diǎn)。測定共熔點(diǎn)的必要性：一方面，由于冷凍干燥是在真空狀態(tài)下進(jìn)行，所以要求含有產(chǎn)品的溶媒液全部?jì)鼋Y后方可在真空下進(jìn)行升華，否則未凍結的部分液體會(huì )在真空下迅速蒸發(fā)，造成溶媒的濃縮而使干產(chǎn)品的體積縮小，而且溶解在水中的氣體在真空下迅速冒出來(lái)，使凍干產(chǎn)品冒泡，甚至被帶出瓶外。為此凍結的溶媒在升華開(kāi)始時(shí)必須冷卻到共熔點(diǎn)以下的溫度，才能使干產(chǎn)品真正凍結。另一方面，低溫加熱升華時(shí)不得超過(guò)共熔點(diǎn)的溫度，否則產(chǎn)品發(fā)生溶化，干燥后的產(chǎn)品將發(fā)生體積縮小，出現氣泡，顏色加深，溶解困難等現象。因此，可以說(shuō)共熔點(diǎn)的測定是實(shí)驗成敗的關(guān)鍵。實(shí)驗室常用測共熔點(diǎn)的方法有惠斯頓電橋法、臨界電阻法、差式熱分析法和低溫顯微鏡直接觀(guān)察法。

2、產(chǎn)品的預凍
a、需凍干的產(chǎn)品要配制成一定濃度的液體，一般在4～25%為宜。
b、產(chǎn)品的分裝：散裝和瓶裝。散裝可采用金屬盤(pán)、飯盒或玻璃器皿；瓶裝采用玻璃瓶（如：血漿瓶、疫苗瓶和青霉素小瓶等）和安瓶（如平底安瓶、長(cháng)安瓶和園安瓶等），各容器在分裝之前要求清洗干凈并進(jìn)行滅菌處理。產(chǎn)品的分裝的要求：一般厚度不大于15cm,表面積盡可能大，這樣有利于升華。
c、預凍的方法：1、箱內預凍法：直接把產(chǎn)品放置在凍干機凍干箱內的多層隔板上進(jìn)行冷凍；2、箱外預凍法：一種方法是低溫冰箱或酒精加干冰來(lái)進(jìn)行預凍。另一種方法是的旋凍器，可把大瓶的產(chǎn)品邊旋轉邊冷凍成殼狀結構再進(jìn)凍干箱；3、特殊預凍法，離心式預凍法，利用在真空下液體迅速蒸發(fā)，吸收本身的熱量而凍結，一般800轉/min。
d、預凍時(shí)要注意的問(wèn)題：1、預凍速率，應根據產(chǎn)品選擇*速率；2、預凍的zui低溫度，應低于共熔點(diǎn)溫度；3、預凍時(shí)間，應恰好在抽真空之前（因此要提前使冷凝器工作，達到－40℃時(shí)，真空度達到100μHg）溶媒均已凍實(shí)（經(jīng)驗值：一般預凍達到規定的溫度后，再保存1－2h就可以抽真空升華）。

3、產(chǎn)品*階段的干燥
升華干燥階段加熱的溫度應接近于共熔點(diǎn)的溫度，但又不能超過(guò)共熔點(diǎn)的溫度。
*階段使溶媒內凍結冰大部分升華，因此也稱(chēng)該過(guò)程為升華干燥階段。升華是一個(gè)吸熱的過(guò)程，因此必須對產(chǎn)品低溫加熱，但絕不能超過(guò)共熔點(diǎn)的溫度。如果加熱的溫度低于共熔點(diǎn)的溫度過(guò)多，則升華的速率降低而延長(cháng)了升華階段的時(shí)間。
影響升華干燥階段的因素：1、產(chǎn)品的本身，共熔點(diǎn)較高的產(chǎn)品易干燥，升華時(shí)間短；2、產(chǎn)品的分裝厚度,正常的升華速率大約每小時(shí)產(chǎn)品下降1mm的厚度；3、凍干機本身的性能，真空性能、冷凝器的溫度和效能。

4、維持階段
使得凍干箱加熱隔板的溫度接近于產(chǎn)品共熔點(diǎn)的溫度，維持12h左右，使產(chǎn)品中大部分動(dòng)結冰升華。
5、產(chǎn)品第二階段的干燥
一旦產(chǎn)品內凍結的冰大部分（約90％冰已升華）升華完畢，產(chǎn)品的干燥進(jìn)入第二階段，即解吸干燥階段。
解吸干燥階段，可以迅速使產(chǎn)品產(chǎn)品的溫度上升到該產(chǎn)品的zui高容許溫度（25～40℃），并在該溫度下一直維持到凍干結束。

6、zui后維持階段即凍干結束
怎樣判斷凍干結束？產(chǎn)品的溫度達到zui高許可的溫度，并在這個(gè)溫度保存2h以上。凍干結束后，要把產(chǎn)品放入無(wú)菌干燥箱，然后盡快加塞封口，以防止重新吸收空氣的水份。

三、凍干曲線(xiàn)的制作和時(shí)序的制定

生物制品的冷凍干燥產(chǎn)品常需要一定的物理形態(tài)，如均勻的顏色、符合要求的含水量、良好的溶解性、高的存活率和較長(cháng)的保存期。因此要優(yōu)化各干燥步驟的參數，凍干曲線(xiàn)和時(shí)序就是進(jìn)行冷凍干燥過(guò)程控制的基本依據。
凍干曲線(xiàn)是凍干箱隔板層的溫度（干燥中產(chǎn)品溫度受隔板層溫度控制）和時(shí)間的關(guān)系曲線(xiàn)。凍干時(shí)序是在凍干過(guò)程中，各設備起閉運行的情況。
制定凍干曲線(xiàn)和時(shí)間需要確定下列數據：
A．預凍速率
實(shí)驗室常用預凍溫度和裝箱時(shí)間來(lái)決定預凍速率。要求預凍速率快，則凍干箱先降至較低溫度，然后再裝箱；要求預凍速率慢，則產(chǎn)品裝箱之后再讓凍干箱降溫。
B．預凍的zui低溫度：預凍zui低溫度低于產(chǎn)品共熔點(diǎn)的溫度。
C．預凍時(shí)間
一般要求在樣品溫度到達預訂溫度之后再保持1～2h。注意：一般不贊成直接把溶媒直接放在冷凍箱的隔板層上干燥。
D．冷凝器降溫的時(shí)間
要求在預凍結束抽真空的時(shí)候，冷凝器的溫度要到達－40℃以下。冷凝器的降溫通常從開(kāi)始一直持續到凍干結束為止，溫度始終應在－40℃以下。
E．預凍結束時(shí)間
預凍結束就是停止凍干箱隔板層的降溫，通常在抽真空時(shí)（或真空度達到一定值時(shí)）停止隔板層的降溫。
F．抽真空時(shí)間
預凍結束即開(kāi)始抽真空，直至干燥結束
G．真空控制時(shí)間
真空控制目的是為了改進(jìn)凍干箱的熱量傳遞，通常在第二階段干燥時(shí)使用，待產(chǎn)品溫度達到zui高許可溫度后停止使用，繼續恢復高真空狀態(tài)。
H．產(chǎn)品加熱的zui高許可溫度
升華過(guò)程中，加熱溫度可以略超過(guò)產(chǎn)品的zui高許可溫度，但在zui后階段隔板層溫度應與產(chǎn)品zui高許可溫度一致。
G．凍干的時(shí)間：18～24h