2.2.3.4分形多孔介质中气体扩散方程通常流体的扩散满足Fick定律，固相中的扩散也常常沿袭出流体扩散过程的处理方法。但分形多孔介质中非均匀孔隙的复杂性，若仍沿用传统方法描述，将与实际情况相差太大。根据文献可知，若用ρ(r，t)表示扩散概率密度，在d维欧氏空间的一般扩散方程具有如下形式:若用M(r，t)表示时刻t，在r + dr之间的球壳中的扩散概率，用N(r，t)表示总的径向概率，也表示单位时间流过的物质流量，即通量。则概率守恒的连续方程可写为：在分形介质中:根据Fick扩散定律，在d维欧氏空间中，物质流与概率流之间满足如下关系：把式(2-100)中扩散系数D0用分形介质中的扩散系数代替！Ddf(r)，空间维数d用分形维数代替，从而给出了分形介质中质量流量与概率密度之间类似的关系式：把式(2-98)和式(2-100a)代人式(2-97)中，可得分形介质中的扩散方程:比较式(2-97)和式(2-101)，可以看出，分形介质中扩散方程和欧式空间扩散方程的区别在于，空间维数d用分形维数代替，扩散系数用分形多孔介质中的扩散系数，由于分形介质中的扩散系数不是常数，与扩散距离有关，扩散系数不能提到偏微分号外边。把式(2-96)代人式(2-101)中，可得分形多孔介质中的扩散方程为: 2.2.3.5冻干模型的建立模拟螺旋藻在如图2-23所示的小盘中的冻干过程，在建立热质耦合平衡方程时做了如下假设：① 升华界面厚度被认为是无穷小；② 假设只有水蒸气和惰性气体两种混合物流过已干层；③ 在升华界面处，水蒸气的分压和冰相平衡；④ 在已干层中气相和固相处于热平衡状态，且分形对传热的影响忽略不计；⑤ 冻结区被认为是均质的，热导率、密度、比热容均为常数，溶解气体忽略不计；⑥ 物料尺寸的变化忽略不计。下面所建的数学模型是在1998年Sheehan 建立的二维轴对称模型基础上建立的，只是水蒸气和惰性气体的质量流量根据分形多孔介质中的扩散方程进行修改，在修改的过程中将扩散系数改为分形多孔介质中的扩散系数,考虑到若将欧式空间的维数改为分形维数，方程的求解太困难，因为螺旋藻已干层分形维数为df= 1.7222，比较接近2， 所以仍沿用欧式空间的维数2，没做修改。(1)主干燥阶段数学模型   ①传质方程。已干层分形多孔介质中的传质连续方程如下：其中 ②传热方程。主干燥阶段已干层中热质耦合的能量平衡方程，其中传质相与分形指数有关：冻结层中能量平衡方程：(2)升华界面的轨迹   升华界面的移动根据升华界面处的热质耦合能量平衡的条件确定， 能量平衡条件为：其中(3)二次干燥阶段数学模型  传热能量平衡和传质连续方程：结合水的移除用方程(2-115)表示： 2.2.3.6初始条件和边界条件(1)主干燥阶段初始条件和边界条件也就是方程(2-103)～方程(2-109)的初始条件和边界条件。①初始条件。当t=0时，②边界条件。当t>0时：a.已干层（I区）的温度：q1为来自已干层顶部的热量q3为来自瓶壁的热，通过下式确定：b.冻结层（Ⅱ区）的温度：q2为来自搁板的热量:c.已干层中水蒸气和惰性气体的分压(I区)：(2)二次干燥阶段初始条件和边界条件 也就是式(2-60)～式(2-63)的初始条件和边界条件。①初始条件。式(2-112)～式(2-115) 的初始条件是主干燥阶段结束时的条件，即t=tz=z(t,r)=L时表示移动界面消失时的条件，通常情况也代表二次阶段的开始。②边界条件。当t≥tz=z(t,r)=L时,q1为来自已干层顶部的热量：q2为来自搁板的热量：热流q3为来自瓶壁的热，通过下式确定:已干层中水蒸气和性气体的分压:

2.2.3微纳尺度冻干过程的传热传质以往的研究大都是研究宏观参数，如压力、温度和物料的宏观尺寸等对冻干过程热传递的影响，物料微观结构的影响忽略不计或被简化，因此，只是对于均质的液态物料和结构单一固态物料比较适用。对于一般生物材料,冻干过程已干层多孔介质实际上不是均匀的，而是具有分形的特点。然而分形多孔介质中的扩散已不再满足欧式空间的Fick定律，扩散速率较欧式空间减慢了，扩散系数不是常数，与扩散距离还有关。已干层分形特征如何确定，以及怎么影响冻干过程热质传递，都是有待研究的问题。从考虑生物材料的微观结构出发，根据已干层的显微照片分析生物材料已干层多孔介质的分形特性，确定已干层多孔介质的分形维数和谱维数，推导分形多孔介质中气体扩散方程，然后在1998年Sheehan和Liapis提出的非稳态轴对称模型的基础上建立了考虑了已干层的分形特点的生物材料冻干过程热质传递的模型，即惰性气体和水蒸气在已干层中的连续方程采用的是分形多孔介质中的扩散方程，扩散系数随已干层厚度的增加呈指数下降。为了验证模型的正确性，以螺旋藻为研究对象，用Jacquin等的方法根据螺旋藻已干层的显微照片确定螺旋藻已干层分形维数，用张东晖等人的方法求分形多孔介质的谱维数。模型的求解借助Matlab和Fluent软件，模拟了螺旋藻的冻干过程。  2.2.3.1分型多孔介质中气体扩散方程的推导通常流体的扩散满足Fick定律，固相中的扩散也常常沿袭流体扩散过程的处理方法。如果气体的分子直径自由程远大于微孔直径，则分子对孔壁的碰撞要比分子之间的相互碰撞频繁得多。其微孔内的扩散阻力主要来自分子对孔壁的碰撞，这就是克努森扩散，传统的冻干模型已干层中水蒸气和惰性气体的扩散都是按传统的欧氏空间的克努森扩散处理的，但对于生物材料已干层中的孔隙一般都具有分形的特征，使气体在其中的扩散也具有分形的特点，下面从确定已干层分形特征入手，来推导已干层分形多孔介质中的气体扩散方程。  2.2.3.2已干层多孔介质结构特性生物材料冻干过程已干层多孔介质的结构特性是影响冻干过程传热传质的很重要的一个因素。当孔隙具有分形特点时, 多孔介质中的热质传递不仅与为孔隙率有关, 还与孔隙的大小和排列有关，与孔隙的分形维数和谱维数有关。（1）孔隙率的确定  与计算机所产生的图像不同，实验图噪声比较大，不便于直接利用软件对图像进行数字处理。在分析图像之前，需要恰当地处理图像，目的就是减少噪声，使图像主要信息表达更加清楚。利用 Matlab 图像处理把彩色图像转换为黑白图像（二值图)时，要给出黑与白的分界值， 即像素的颜色阈值，低于阈值的像素定义为白色，代表孔隙，否则为黑色，代表固体物料。转化工具为Mat-lab的im2bw命令。图2-18为螺旋藻已干层显微照片，当颜色阈值取0.35时，图2-18对应的二值图如图2-19所示，考虑到在显微镜下观测螺旋藻已干层结构时有一定的厚度，固体物料有重叠，为了使处理的图像更接近实际结构，这里阈值取偏小值0.35。在Matlab中二值图是用1和0的逻辑矩阵存储的，0为黑, 1为白，且很容易对矩阵进行各种运算。通过统计矩 0和1的数可得螺旋藻已干层孔隙率为0.83。   (2)分形维数的确定   多孔介质孔隙分形维数的计算用常规的盒子法，即用等分的正方形网格覆盖所读人的图像，网格单元的尺度为r。然后检测每个网格单元中0和1的值，统计标记为1的单元数N(r)。N(r)和1/r分别取成对数后，在以lnN(r)为Y轴坐标，以In(l/r)为X轴的坐标上产生一个点，从两个像素开始，以一个像素为步长逐步增加，对应每一个r值，重复上述过程，得到一系列这样的点，再根据这些点拟合成一直线，其斜率即为分形维数。为了减小计算量，取图2-18—小部分进行计算,选中的小图对应的二值图2-19所示。按这种方法计算的图2-20的所示多孔介质的分形维数的结果见图2-21,图中离散点用上述方法得到, 计算中,覆盖网格分别取5X5～14X14。回归直线方程为相关系数为0.99628，其斜率即孔隙分形维数df= l. 722。(3)谱维数的确定 Anderson等通过分形网格的模拟，得到时间t内，物质粒子所访问过的不同格子数Din(t)与谱维数d存在下述关系： 根据此式，就可以计算得到分形结构的谱维数d。具体过程为从分形结构中某一孔隙格子处发出一个物质粒子，物质粒子在分形结构中的孔隙中各自随机行走，计算时采用近似的蚂蚁行走模型。如果行走到的格子以前没有访问过，那么就在独立访问过的格子数总和中加1[Din(t)=Din(t)+1]; 如果行走到的格子以前访问过，那么就在访问过的格子数总和中加 1(Null=Null+1)；如果行走碰到分形结构的边界，那么行走终止，再在上面初始处发出一个物质粒子，由于是随机行走，此粒子的行走轨迹与刚才是不同的，最后对某时刻Din(t)求平均值，得到一组[Din(t),t]对应值，取对数坐标，可以看到两者是直线关系，由式(2-91)可知，直线的斜率就是d/2。谱维数与孔隙分形维数有很大关联，孔隙分形维数越小，意味着分形结构中孔隙的比例少，相同时间内，粒子行走越狭窄，重复过的弯路越多，其所经过的不同格子数越少，那么谱维数也就相应小一些。对于孔隙分形维数相同的分形结构，如果孔隙分布排列不一样，两者之间的谱维数值一定也会有差别。从图2-20分形多孔介质中孔隙部分任取一点，依次发出1000个物质粒子，覆盖网格重40x40,由上面的测定方法统计计算的结果见图2-22中的离散点，回归直线方程为：直线斜率为0.67405，从而可得孔隙的谱维数d=1.348。 2.2.3.3分型多孔介质中的扩散系数扩散系数的实质是单位时间粒子所传输的空间，在普通扩散过程中，随机行走的平均平方距离与时间成正比的关系：式中，r2(t)>为随机行走的平均平方距离。在分形多孔介质中，由张东晖等人的研究可知，平均平方距离和时间存在指数关系，α被称为与分形布朗运动相关联的行走维数，Orbach等发现由此也可看到：谱维数是分形介质静态结构和动态特性的一个中间桥梁。在处理具有分形特征介质的扩散系数时，一般都是在普通的扩散系数上加上分形特征的修正，由张东晖等人的模拟结果可知，分形多孔介质中的扩散系数已不是常数，而是随径向距离的增大而呈指数下降：式中，D。为欧氏空间的扩散系数；Ddf为分形结构中的扩散系数；r为扩散的距离；θ为分形指数，与多孔介质分形维数df和谱维数d有关，由张东晖等人的推导可知θ=2(df-d)/d。这实际表明：在分形结构中随着扩散径向距离的增大，扩散变得越来越困难，这是由于分形结构孔隙分布的不均匀性造成的。

2.2.2多孔介质的冻干理论1979年利亚皮斯(Liapis))和利奇菲尔德(Litchfield）等提出了冷冻干燥过程的升华-解析模型。该模型的思想是把已干层当做多孔介质，利用多孔介质内热质传递理论建立已干层内的热质传递模型。该模型的特点是：简化条件相对来说比较少，能较好地模拟冻干过程，与实际情况比较接近，但求解较困难，所需物性参数较多。近年来有不少学者在此基础又做了进一步改进，多数是为了提高药品的质量和干燥速率而建的模型。 2.2.2.1一维升华-解析模型一维升华-解析模型 (1979 年 Liapis 和 Litchfield 提出的)，在主干燥过程传热传质的物理模型如图2-12所示。已干区(I)和冻结区(II)非稳态能量传热平衡方程为：传质连续方程为：式中，Nt为总的质量流,kg/(m2•s) ；Cpg为气体的比热容，J/(kg•K)；ρIe为已干层的有效密度，kg/m3; cpIe为已干层有效比热容，J/(kg·K)；csw为结合水浓度，kg水/kg固体；ρI为已干层密度，kg/m3 ；ε为已干层的孔隙率(无量纲)；Mw为水蒸气分子量，kg/mol；Rg为理想气体常数，J/(mol·K)；pw为水蒸气分压，Pa；Nw为水蒸气质量流，kg/(m2·s)；Min为惰性气体分子量，kg/mol； Nin为惰性气体质量流，kg/(m2•s)；pin为惰性气体分压，Pa；κg为解析过程的内部传质系数，s-1； H(t)为t时刻移动冰界面的尺寸，m；△Hv为结合水解吸潜热，J/kg。该模型适合于可简化成平板状的物料，例如牛奶的冻干。2.2.2.2二维轴对称升华-解析模型二维轴对称解析升华模型( 1997 年Mascarenhas等人提出的) ，在主干燥过程传热传质的物理模型如图2-12所示。已干区(I)和冻结区(Ⅱ)非稳态传热能量平衡方程为：传质连续方程为：式中,κIe 为已干层有效热导率，W/ (K•m)；kⅡ为冻结层热导率，W/(K•m)；Cpw为水蒸气的质量浓度，kg/m3；cpin 为惰性气体的质量浓度，kg/m3；c*sw为结合水平衡浓度，kg水/kg固体；Ntx为x方向总的质量流，kg/(m2•s)；Nty为y方向总的质量流，kg/(m2·s)；其余符号同前。图中 2-13 中 qⅠ、qⅡ和qⅢ为来自不同方向的热流,W/m2。2.2.2.3多维动态模型实际为二维轴对称模型(1998年Shee- han和Liapis提出的)，干燥过程传热传质物理模型可简化成如图2-14所示。主干燥阶段在已干层和冻结层中传热能量平衡方程为:传质连续方程为：二次干燥阶段传热传质平衡方程为:式中，H(t, r)为半径为r时的H(t); Z为移动冰界面到达z处的值；Nt,z为z方向总的质量流，kg/(m2· s)；Nw,r和Nw，z分别为r和z方向水蒸气的质量流，kg/(m2· s)；Nin，r和Nin,z分为r和z方向惰性气体的质量流，kg/ (m2·s)；其余符号同前。上述模型只是对于单个小瓶来说，如果对排列在搁板上的多个小瓶来说，可以认为对小瓶的供热是排列位置的函数，同样可以使用。该模型的优点是能提供小瓶中已干层中结合水的浓度和温度的的浓度和温度的动力学行为的定量分布。2.2.2.4考虑瓶塞和考虑瓶塞和室壁温度影响的二维轴对称非稳态模型的物理模型如图2-15所示。数学模型与1998年Sheehan和Laps提出的多维动态模型相同，即与式（2-75)～式(2-82)相同，只是确定边界条件qⅠ、9Ⅱ、9Ⅲ时考虑了瓶塞和干燥室壁温度的影响。2.2.2.5考虑平底弯曲影响的二维轴对称非稳态模型2005年Suling Zhai等提出的考虑平底弯曲影响的二维轴对称非稳态模型的物理模型如图2-16所示。主干燥阶段传热能量平衡方程为传质连续方程为式中，ρg为玻璃瓶的密度，kg/m3,cpg为玻璃瓶的比热容，J/(kg·K)；Tg为玻璃瓶的温度，K；kg为玻璃瓶的热导率，W/(K·m),ρice为冰的密度，kg/m3,cpice为冰的比热容，J/(kg·K)，Tice为冰的温度，K；kice为冰的热导率，W/(K·m)；Mw为水蒸气分子量，kg/mol；Rg为理想气体常数，J/(mol·K)；ps和pc分别表示升华界面和冷凝器表面标准水蒸气压力，Pa；p为千燥室的内总压力，Pa；Nwt为水蒸气总的质量流，kg(m2·s)；k1和k2分别为体扩散和自扩散常数；h1和h2分别为扩散和对流传质系数，m/s。图2-16中,Cgap为玻璃瓶底的弯曲孔隙的高度，mm。2.2.2.6微波冻干一维圆柱坐标下的双升华面模型图2-17为简化的具有电介质核圆柱多孔介质微波冷冻干燥的双升华界面模型的一维圆柱坐标物理模型。对具有电介质核的多孔介质微波冷冻干燥过程，物料将被内外同时加热，因而可能产生2个升华界面。一方面，物料外层的冰吸收微波能而升华，形成第一升华界面；另一方面，由于电介质核较冰的损耗系数大，微波能主要被其吸收并传导至物料层使冰升华, 从而形成第二升华界面。因此, 多孔介质内部将出现2个干区、冰区和电介质核4 个区域 (见图2-17)。已干区传热能量平衡方程:传质连续方程：冻结区传热能量平衡方程：传质连续方程：式中,λ为热导率，W/(m•K)；I升华源强度，(kg·m3)/s；△Hs为升华潜热，J /kg；q为微波能吸收强度，J/(s·m3)，S为饱和度；其余符号同前。

 2.2真空干燥过程的传热传质冻干过程的传热传质应包括干燥过程中物料内水分的固气相变及物料内的传热传质；被冻干物料外、冻干机内非稳态温度场和稀薄气体流动的理论；捕水器内水蒸气的气-固相变理论等。目前，就第一部分内容国内外研究的较多，下面主要针对第一部分做一详细阐述。2.2.1传统的冻干理论传统的冻干理论都是基于l967年桑德尔(Sandal)和金(King)等提出的冷冻干燥冰界面均匀后移稳态模型(The Uniformly Retreating Iee Model简称URF模型)建立的一维稳态模型。该模型将被冻干物料分成已干层和冻结层，假设已干层和冻结层内都是均质的，其特点是：简单，所需参数少，求解容易，能较好地模拟形状单一、组织结构均匀的物料的升华干燥过程，应用也比较广泛，但不够精确，主要应用在对于质量要求不是很高的食品的冻干。2.2.1.1直角坐标系下的模型(1) 平板状物料 产品形状若可简化为一块无限宽、 厚度为d的平板, 主干燥阶段热质传递的物理模型可简化，如图2-7所示。传热能量平衡方程：传质连续方程:该模型适用于冻结成平板状的液状物料和片状固体物料。式中,TⅡ为冻结层的温度，K； aⅡe为冻结层的热扩散系数，m2/s；DIe为已干层的有效扩散系数 m2/s；cI为已干层内水蒸气的质量浓度，kg/m3。(2)散状颗粒状物料  产品若是散状颗粒状物料，主干燥阶段热质传递的物理模型可简化，如图2-8 所示。传热能量平衡方程：传质连续方程：式中，TⅠ为已干层的温度，K； aⅠe为已干层有效热扩散系数，m2/s；其余同上。该模型适用于散状颗粒状物料，例如冻结粒状咖啡萃取物的求解比较准确。2.2.1.2直角坐标系下的模型(1)圆柱体物料    产品形状可以简化成圆柱体的物料 ，主干燥阶段热质传递的物理模型可简化成如图2 -9所示。传热能量平衡方程：传质连续方程:该模型适合于可以简化成圆柱形状的物料的冻干，例如人参、骨骼、蒜薹等。(2)长颈瓶装液态物料   长颈瓶装液态物料在冷冻时高速旋转，使液态产品冻结在瓶壁上，主干燥阶段热质传递的物理模型可简化，如图2-10所示。传热能量平衡方程：传质连续方程：2.2.1.3球坐标系下的模型（1）球状物料   产品形状可简化为球体的物料，主干燥阶段热质传递的物理模型可简化，如图2-9所示，图中r和R表示球半径。传热能量平衡方程：传质连续方程：该模型适合于可简化成球状的物料，例如草莓、动物标本等。(2)球形长颈瓶装物料     球形长颈瓶装液态物料在冷冻时高速旋转，使液态产品冻结在瓶壁上，主干燥阶段热质传递的物理模型可简化，如图2-11所示。传热能量平衡方程：传质连续方程：

  2.1.3微尺度冻结过程的传热传质通常情况研究物料的冷冻过程(非抽真空自冻结) ，仅考虑热的传递，不考虑质的扩散。但实际上，对于生物材料来说，冰界面逼近细胞时，随着细胞外溶液中水分的凝固，细胞外溶液中溶质( 例如盐溶液中的NaCl)的浓度增加，使得细胞内外溶液通过細胞膜的滲透不平衡，从而引起细胞内外质的扩散，所以生物材料的冷冻过程，实际上是冰界面和细胞之间的耦合传热传质过程。低温贮藏是当前有效的保存生物活性的方法，研究冷冻过程热质传递机理的人较多，已深人到微尺度领域。这些人关心的是冷冻过程对生物的活性造成的影响，冷冻对细胞和生命体的破坏作用机理是非常复杂的，目前尚无统一的理论，但一般认为主要是由机械效应和溶质效应引起的。①机械损伤效应。机械损伤效应是细胞内外冰晶生长而产生的机械力量引起的。一般冰晶越大，细胞膜越易破裂，从而造成细胞死亡；冰晶小对细胞膜的损伤也小。冰晶是纯水物质，故生物细胞冷冻过程中，细胞内外的冰晶形成首先是从纯水开始，冰晶的生长逐步造成电解质的派缩。期间经历了纯水结冰、细胞质中盐浓度不断增高、胞内pH 值和离子强度改变、潜在的不利化学反应发生率提高的交化过程。在冷冻过程中，不希望形成大的冰晶，对细胞膜系统造成的机械损伤是直接损伤膜结构，从而影响细胞的生理、代谢功能的正常发挥。②溶质损伤效应。溶质损伤效应是由于水的冻结使细胞间隙内的液体逐渐浓缩，从而使电解质的浓度显著增加。细胞内的蛋白质对电解质极为敏感，尤其是在高浓度的电解质存在时，会引起蛋白质变性，丧失其功能，增加了细胞死亡的可能性。此外，细胞内电解质浓度增加还会导致细胞脱水死亡。间隙液体浓度越高，引起细胞的破坏就越严重。溶质损伤效应在冷冻的某一温度范围内最为明显。这个温度范围在水的冰点和该溶液的全部固化温度之间，若能以较高的速度越过这一温度范圃，溶质损伤效应所产生的不良后果就能大大减弱。另外，冷冻时，细胞内外形成冰晶的大小程度还会影响干燥的速率和干燥后产品的溶解速率。大的冰晶有利于千燥升华，小的冰晶则不然。但大的冰晶溶解慢，小的冰晶溶解快。冰晶越小，干燥后越能反映产品的原来结构。也就是说，避免体积过大的冰晶形成，是防止细胞损伤的关键所在。综上所述，冷冻对生物细胞的致死损伤，无论是机械性的，还是溶质性的损伤效应，最为常见的是导致膜系统直接损伤。从机理讲，膜系统的损伤取决于膜融合和从液晶相向凝胶相转变的严重程度。通常膜融合的结果导致异形混合物的出现，膜的相变直接造成膜的透性增加。无论哪种损伤形式均使细胞内的物质和细胞外水溶性物质无控制地进行双向交换，这是细胞营养代谢中最忌讳的物质交换方式。但这种形式又是生物细胞冷冻时最易发生的。动力学上，冰晶首先在细胞外形成，冰界面逼近细胞时，溶质（例如盐溶液中的 Nacl）残留在未冻结的细胞外溶液中。细胞外溶液中盐分的增加使得通过细胞膜的渗透不平衡。细胞通常情况通过以下两种方式之一克服其不平衡：①细胞内水分被运输到细胞外溶液申；②形成胞内冰，从而调节细胞内的渗透压。主要机理取决于冷却速度。在慢速冷却时，水有充足的时间溢出细胞，造成细胞严重脱水，阻止了冰晶的形成。另外，慢速冷冻过程引起的过渡收缩在快速复温或复水过程中会引起细胞结构的损伤。在快速冷却时，水分没有充足的时间逃离细胞，从而水分被捕集在细胞内。减小细胞膜的通透性和降低温度使水分子的迁移率降低可使捕集加重。在温度降低时，细胞内液过冷，捕集的水分冻结，从而形成胞内冰 。胞内冰对细胞器官和细胞膜产生不可逆物理化学破坏。因此存在一个可使细胞存活的最优冷却速度，确定最优速率对于低温贮藏和冻干保存非常关键。下面是2003年 Mao等人考感细胞和冰界面之问的耦合传热传质、膜的传输特性和凝固界面的移动过程的储况下，建立的红细胞冷冻过程冰界面与细胞之间相互作用的数学模型。物理模型如图 2-6所示。细胞内外的组分和温度场的扩散方程为：式中,c(NaCl)为盐溶液的浓度；T为温度；t为时间；α和D分别为热扩散系数和质扩散系数；下标1和s分别代表液相和固相。温度和浓度场的耦合在冰-溶液界面处通过边界条件确定。在此处由相图将边界处的温度和成分联系起来。相图是由经验公式确定的，考虑毛細管的影响后界面温度为：式中，c为盐的浓度，下标Li表示固体侧的；Tm为冰的熔点；κ为界面的曲率；L为熔化潜热；θ为界面与水平方向之间的角度。所采用的模拟晶体生长的模型考虑了表面张力的各向异性，例ysl(θ)=У0[115εcos（mθ］,其中ε为各向异性度；m为对称度；r0为冰水界面的表面张力。公式(2-46)中包含的常数bi(i=1～4) 来自组分的浓度和温度之间的液相关系曲线。此研究中采用一阶浓度依赖关系，即式(2-46)中右边液相曲线是线性的。在冰-溶液界面处传热传质平衡方程为式中，p为分配系数；VN为冰界面沿法线方向的移动速度；n为法线方向；k1为液体热导率；ks固体热导率。液相的热导率k1与水溶液中盐的浓度有关，且随着盐溶解的增加而减小。液相热导率随浓度场的变化可认为在浓度c(NaCl)=0和初始浓度c(NaCl)=c0之间呈线性变化而求得。細胞膜是区分细胞内外的边界，细胞内外两侧组分的平衡方程为：式中，下标e和i分别为细胞外介质和内介质。来自细胞的水流量根据渗透性由Darcy定律给出：式中，Lp为细胞膜对水的半透性，由压力确定，细胞膜允许水通过，但不允许盐通过。细胞膜对水的半透性Lp随温度的降低而减小，温度依赖关系符合阿伦尼乌斯(Aerhe-nius)形成：式中，Tg为参考温度；Lpg为温度为Tg时细胞膜对水的半透性；Ea为活化能：R为普适气体常数。式(2-44)、式(2-45)给出了红细胞冷冻过程中组分和热传输的微尺度模型。溶液中固相和液相区的溶质和温度场利用相变界面处组分和热平衡确定，即式(247)和式(248)。相图由式(2-46)确定，用来联系界面温度和组分浓度。计算中界面的厚度忽略不计，认为是无限薄的，物料特性的跃变，如质扩散系数、热扩散系数、溶质的分割系数都被准确地结合在一体。这种计算水溶液凝固方法耦合了单个细胞周围的传热传质。红细胞的物理模型是由半透膜包围的盐溶液组成。刚开始，整个细胞静止在等压盐溶液中，由公式(2-51)可知，水通过细胞膜的流量由膜的通透性和浓度差控制。通过膜的渗透量由文献[17]中sharp-interface方法获得。细胞内外的热质传递主要取决于固液边界和细胞膜处的边界条件。用式(2-51)可确定水通过细胞膜的传输速率，假定细胞内外溶液的组分混合均匀，细胞外液与冰界面平衡，则细胞外盐浓度的计算可用液体模型[基于式(2-46)]：c(NaCl)e=(T-b0)/b1,细胞内的浓度由公式c(NaCl)i=c0V0/V给出，其中c0和V0分别为等压条件下盐的浓度和细胞的体积。每一瞬时细胞的体积可通过求解微分方程(2-52)确定：利用上述模型可确定以不同速率和温度冷冻红细胞过程细胞内外的温度场合浓度场，以及细胞的体积与冰界面之间的相互作用关系。

1.5 真空冷冻干燥技术的发展趋势冻干加工成本虽然高，但产品的附加值也高。与其他高新技术一样，随着冻干技术的发展进步成本会有所降低，同时随着社会生活水平的提高，人们对高品质干燥产品需求越来越强烈，冻干产品在市场上的潜力巨大，冷冻干燥技术应用会越来越广泛。1.5.1 冻干机的发展趋势冻干机是实现真空冷冻干燥过程的主要设备，设计、制造冻干机涉及机械设计、机械制造、制冷、真空、液压、流体、电气、传热传质等诸多学科的知识。目前国内外冻干机的发展较快，设备功能已经比较完备，其发展趋势应该体现在三个方面。发展连续式的冻干设备  连续式冻干设备可以实现大规模生产，在短时间内能生产出大量产品，对于药品、血液制品的生产来说非常重要，特别适合有疫情发生或备战情况下，满足市场需求。连续式冻干设备可以节省冻干过程的辅助时间，节省人力，节省电能，实现节能、降耗、降低产品的生产成本和销售价格。进一步实现冻干设备的现代化  冻干设备的现代化，主要表现在程序化、自动化、可视化；安全性、可靠性、可以实现远程控制、故障诊断、设备维修。科研和实验用冻干机要求测试功能齐全，测试结果准确可信；生产用冻干机要求性能稳定，保证冻干产品质量。完善冻干设备的优化设计  冻干设备优化的目的一是节省冻干机的制造成本，包括节省材料、加工工时、装配工时、维修方便；二是提高设备性能，包括冻干箱内制冷、加热搁板的温度均匀性，冻干箱和捕水器（冷阱）内空间真空度的均匀性，捕水器内冷凝管外表面结霜的均匀性；三是冻干机整体结构紧凑、占地面积合理、外表美观大方。 1.5.2 冻干工艺的发展趋势冻干工艺是很复杂的技术，不同物料的冻干工艺有很大区别，生物产品冻干主要要求保持产品的活性；药品冻干主要要求保证化学成分稳定和保持纯洁性;食品冻干主要要求营养成分基本不变，并获得良好的口感和品相；纳米材料冻干除了保持材料的原有特性之外，还要求纳米颗粒的均匀性。到目前为止，对于同一种物料，不同生产厂家采用的冻干工艺也不完全相同，生产成本也有区别，采用的冻干保护剂、添加剂、赋形剂等也不一样，生产的产品质量也有区别。最近冻干工艺的研究还呈现出以下几方面趋势。冻干技术与其他技术联合  冻干技术与其他技术组合使用，是为了提高干燥效率，低加工成本。例如以高菜为试材，进行单一冷冻干燥和热风—真空冷冻联合干燥对比，究对产品品质和能耗的影响，结果表明，在产品无明显品质差异的前提下，先进行20h冷干燥再进行1h热风干燥的联合干燥工艺，比单一冷冻干燥工艺能耗降低约 30%。在保证品品质满足需求的前提下，热风、微波、超声、红外等技术与冷冻干燥技术联合使用，是缩短加工工期、降低加工成本的一个发展方向。物料预处理技术不断创新  冷冻干燥技术工期长、能耗高，其很大一部分原因是冻结物料中的冰升华过程耗时长、能耗高，升华干燥阶段消耗的能量往往占总能耗的45%或看更多。所以在进行冻干前，对物料预处理，降低物料中含水量、增大蒸发表面积、减小蒸发阻力的技术都成为人们热衷的手段，预处理技术也不断创新。包括：将物料改型（粉碎、切片、穿孔等），从而增大蒸发面积并缩小干燥阶段水分子在已干层的迁移路程；高压脉冲电场预处理物料，将果蔬细胞可逆击穿，从而增加细胞膜通透性，减小传质阻力，在物料组织结构不会被破坏的前提下，提高水分子升华速度；将生物组织物料浸入高浓度溶液中，利用细胞膜的半透性进行渗透脱水预处理，以减少冻干时物料中的水分含量，缩短干燥间。实践中可以根据不同的物料和对干燥产品品质的需求，选择合适的预处理方法。冻结和加热方式多样化  真空冷冻干燥技术主要由冻结物料和真空干燥（包括升华和解析干燥）两部分构成，前者需要通过制冷将物料冻结成固体，后者需要加热。冻干技术发展到今天，冻结方式早已不限于冻干箱内搁板制冷冻结和冷冻装置内制冷介质制冷冻结。根据物料的性质和冻干工艺对冻干速度的需求，还可以选择一些快速的冻结方式，如：喷雾冻结、液氮冻结、真空蒸发冻结等。同时加热方式也不限于冻干箱内下搁板传导加热的方式，上搁板辐射加热、微波和红外辐射加热等方式也常常被引入冻干技术中，更有循环压力法中的气体热交换加热方式。在实践中宜根据物料的性质、冻干工艺的要求以及冻干设备的性能，综合考虑选择合适的冻结方法和加热方式。1.5.3 冻干理论研究的发展趋势冷冻干燥过程包括冷冻、升华干燥和解吸干燥三个阶段，这三个阶段中每个阶段都包含复杂的传热传质过程。冻干理论研究实际上就是研究每个阶段的传热传质特性和控制、强化传热传质速率的方法。理论研究不仅可以指导工艺试验，优化冻干工艺，减少新产品的开发时间，而且还有助于提高产品质量，降低生产成本，改进冻干设备结构和性能。冻干过程传热传质理论研究发展趋势可以分为以下几个方面。（1）由稳态向非稳态方向发展  冻干过程中，干燥箱中升华界面处的固气相变和冷凝器上的气固相变都是非稳态温度场和流场，冻干机内气体和水蒸气的流动也是非稳态流动。假定它们是稳态过程建立的模型与实际情况可能会有很大的差别，要想建立精确的冻干模型，就必须考虑这些非稳态因素的影响。从国外研究进展可以看出，冻干模型已经由一维稳态向多维非稳态形式转化，较传统的稳态模型精确。但是这些模型还是假设物料内部是处于平衡状态的。所以这些模型对于描述液态产品和均质的、尺寸单一的固态产品是比较精确的，对于细胞结构复杂，形状尺寸复杂的生物材料来说，还是不适用的。目前研究生物材料冻干过程保存细胞活性传热传质理论的人不多，邹惠芬等建立的角膜在冻干过程的传热传质模型是二维非稳态模型，也是假定角膜内部是均质的，有均一的热导率、密度和比热容，表面和界面温度保持不变，没有考虑角膜尺寸的变化。因此，以后的研究应该尽可能向多维非稳态方向发展，应该考虑到温度场和流场的非稳态特性和相变问题，应使模型更精确，更符合实际情况。为解决这些问题，可将一些研究非稳态传热传质的先进理论引用到冻干过程的传热传质理论研究中来。比如：2003年Lin提出非平衡相变统一理论证明，传递到相变界面处的热量一部分作为相变潜热引起相变，一部分转变为水蒸气和干燥混合气体的动量和能量，在有些情况下，不用于相变的这部分热量显得非常重要。冻干过程中，升华界面和冷凝管上都有相变。要想建立准确的冻干模型，这些因素也应该考虑进去。另外，Bird等在20世纪60年代提出的直接模拟蒙特卡罗DSMC（direct simulation monte carlo）方法也是研究非稳态热质传递的一种方法，1998年Nance 等证明，该方法对于研究稀薄气体的流动传热问题是一种强有力的工具。2004年贺群武等用 DSMC方法在给定进出口压力边界条件下，计算研究了壁面温度与流体入口温度不同时，二维 Poiseume微通道内气体压力、温度和分子数密度分布规律。当壁面温度高于流体入口温度时，气体与壁面在通道进出口处均存在温差，但其发生机理不同；气体进入通道后压力迅速上升到达峰值，然后再沿程降低，沿程压力偏离线性分布最大值位于入口的x/L=0.05处；气体可压缩性与稀薄性均得到增强，但压力沿程分布非线性程度增加。冻干过程正是稀薄气体在各种通道内的流动传热问题，因此，可把DSMC法引用到冻干过程的研究中来，建立比较精确地描述冻干过程非稳态热质传递的模型。（2）由宏观向介观方向发展 在宏观领域与微观领域之间，存在着一个近年来才引起人们较大兴趣的介观领域。在这个领域里出现了许多奇异的崭新的物理性能。介观领域的传热无法用宏观领域的热力学定律描述，也不能用微观领域的统计热力学描述。微尺度效应很快深入到科学技术的各个领域，冻干领域当然也不例外，再加上冻干物料种类的不断增加，如人体组织器官需要保存保持活性，有必要研究细胞间的热质传递，冻干法制备金属化合物纳米粉、药用粉针制剂、粉雾吸入剂等，有必要研究冻干过程中微尺度热质传递。然而，目前已经建立的冻干模型大都是研究宏观参数及生物材料冻干过程中保持细胞活性传热传质模型的，还没有考虑生物材料细胞之间热质传递的复杂性以及生物细胞膜本身是半透膜这一特性，这很可能是保持细胞活性最关键的一个因素。不仅宏观参数会影响冻干过程的热质传递，产品的微观结构及微尺度下的超常传热传质也都有可能是影响冻干速率及冻干产品质量的重要因素。例如冻干生物材料（特别是要求保持生物细胞的活性时）冻结和干燥过程，生物体内已冻结层和未冻结层，已干层和未干层中的微尺度热质传递过程常常会涉及一系列复杂因素，如细胞液组分、溶液饱和度及DNA链长、蛋白质性能、细胞周期、细胞热耐受性、分子马达的热驱动、细胞膜的通透性等一系列化学和物理因素，这些因素都有可能影响细胞的活性。其中，最重要、也最易受到温度影响（损害）的部位是细胞膜，其典型厚度为10nm。细胞膜的功能是将细胞内、外环境分开，并调节细胞内外环境之间的物质运输。细胞的脂双层膜主要是一个半透膜，它含有离子通道及其他用以辅助细胞内外溶液输送的蛋白质。长期以来人们采用各种各样的途径，如低温扫描电镜、X射线衍射以及数学模拟等方法，对发生在细胞内外的传热传质进行了研究，但迄今对此机制的认识仍严重匮乏。目前重要的是，需要发展一定的工程方法来评价和检测细胞内物质和信息的传输过程，了解其传输机理，这样才有可能真正揭示冻干过程的传热传质机理，建立冻干过程微尺度生物传热传质模型，各种生物组织和器官的冻干就会比较容易。冻干产品在质量和数量上都将会有非常大的飞跃。要研究冻干过程微尺度生物传热传质应该试图从以下几方面着手∶     ①将先进的探索微观世界的透射电镜、扫描电镜和原子力显微镜应用到冻干过程监控中来；     ②从细胞和分子水平上揭示热损伤和冻伤的物理机制；     ③建立各类微尺度生物热参数的测量方法并实现其仪器化；     ④建立微尺度生物传热传质模型；     ⑤将上述微尺度传热传质模型与冻干过程的宏观热质传输模型结合，建立冻干过程（即低温低压条件下）微尺度传热传质模型。（3）由常规向超常规方向发展  刘登瀛等已用试验验证了在一定加热条件下多孔材料内存在非Fourier导热效应、非Fick扩散效应的存在，提出了对多数干燥过程均应考虑非Fourie效应，在冻干过程的升华干燥阶段，已干层中的热质传递正是多孔介质内的热质传递过程，但就目前建立的冻干模型而言还没有考虑产品内部结构的影响，更没有考虑产品内部超常热质传递。对于结构比较复杂的生物材料来说，其内部细胞与细胞之间的热质传递本身是微尺度热质传递过程，再加上又是在低温低压下，很可能存在一些奇异的非Fourier效应、非 Fick 效应等。若用常规的热质传递规律建立这些物料冻干过程的传热传质模型，很可能会与实际情况相差太远。因此，有必要研究冻干过程超常传热传质，建立冻干过程的超常传热传质模型，这样冻干生物材料保持细胞活性的研究才有一定的理论基础。（4）由分立向协同方向发展   冻干过程实际上是低温低压条件下传热传质耦合过程，是多种因素协同作用的结果。可是当前的研究者大都在研究某一因素，例如温度或压力对干燥过程的影响，或者研究它们的共同影响，却没有把各种因素协同起来研究，寻求最优的冻干工艺。过增元院士提出的传递过程强化和控制的新理论—场协同理论指出∶在任何传递过程中至少有一种物理场（强度量或强度量梯度）存在，另一方面，任何传递过程都不可能是孤立进行的，不论在体系内部还是在体系和外界之间，必同时伴有其他变化的发生。也是说一种场可能引起多种传递过程，反之多种场也可能引起同一种传递过程。例如，对流换热过程受温度场和质流场相互作用的影响，而在萃取分离过程中至少存在有化学势场、温度场、重力场和质流场之间的相互作用。因此，对于任何一个传递过程，无论在体系内还是体系外，都可以人为地安排若干种“场”来影响它。通过不同场之间的恰当配合和相互作用目的过程得到强化，称为"场协同"。冻干过程中至少存在有温度场、压力场、质流场之相互作用。1974年，Mellor 讨论了冻干过程中压力对热质传递的影响，认为压力的影是双重的，循环压力法可提高升华速率，这其实就是在用比较简单的方法寻求压力场、温子和质流场之间的协同，但没有建立描述这种过程的模型，无定量描述。利用场协同理论我压力场、温度场和质流场之间的更恰当的配合和相互作用，强化冻干过程中的热质传是。提高升华速率。四环福瑞科仪科技发展（北京）有限公司法人由原北京四环科学仪器厂有 限公司技术研发和管理负责人担任，是为客户提供专业真空冷冻干燥设备及解 决方案的服务供应商。我们秉承“以客户为中心，追求最高的客户满意度”的 服务理念，个性服务、创新设计、高效处理、可靠保障，可根据用户需求提供 和设计单个或多个符合 GMP 相关标准的冻干设备配套系统，如负压和无菌隔 离器、自动进出料及外置 CIP 等系统。 我们以共赢发展为本，技术服务为根，在臻于完善中与众不同，在持续发 展中追求卓越。授权唯一生产企业：四环科仪科技发展河北有限责任公司全国服务热线 :400-008-2009

1.3 真空冷冻干燥的基本工艺过程真空冷冻干燥过程主要分为冷冻、升华干燥和解析干燥三个阶段。真空冷冻干燥过程的第一步就是预冻结。预冻结是将物料中的自由水固化，使干燥后产品与干燥前有相同的形态，防止抽真空干燥时起泡、浓缩、收缩和溶质移动等不可逆变化产生，减少因温度下降引起的物质可溶性降低和生命特性的变化。冻结过程关键的技术参数是冻结速率、冻结温度和冻结时间，这些参数不仅影响干燥过程所需时间、能耗，还影响到产品的质量。升华干燥也称第一阶段干燥。是将冻结后的产品，通过抽真空使其冰晶直接升华成水蒸气逸出物料，从而使产品脱水干燥，升华干燥过程中还要不断加热，补充水蒸气所需的升华热。干燥是从物料外表面开始逐步向内推移的，冰晶升华后残留下的孔隙便成为升华水蒸气的逸出通道。已干燥层和冻结部分的分界面称为升华界面。当全部冰晶除去时，第一阶段干燥就完成了。解析干燥也称第二阶段干燥。在第一阶段干燥结束后，在干燥物质的毛细管壁和极性基团上还吸附有一部分水分，这些水分是未被冻结的。当它们达到一定含量，就为微生物的生长繁殖和某些化学反应提供了条件。实验证明∶即使是单分子层吸附下的低含水量，也可成为某些化合物的溶液，产生与水溶液相同的移动性和反应性。为了改善产品的贮存稳定性，延长其保存期，需要除去这些水分。这就是解析干燥的目的。由于吸附水的吸附能量高，如果不给它们提供足够高的能量，它们就不可能从吸附中解析出来。因此这个阶段产品的温度应足够高，只要控制在崩解温度以下即可。同时，为了使解析出来的水蒸气有足够高的推动力逸出产品，必须使产品内外形成较大的蒸汽压差，因此该阶段箱内必须是高真空。第二阶段干燥后，产品内残余水分的含量视产品种类和要求而定。目前终点判断方法有压力升高法、温度趋近法、称重法等。1.4 真空冷冻干燥技术的特点这里说的冷冻干燥技术的特点，是和普通干燥、真空干燥相比较而言的。冻干的特点可以用“高、低、贵、慢”四个字来概括。这里“高”是指干燥产品的品质高，质量好，“低”是指工艺温度低，“贵”是指工艺运行费用高，“慢”是指工艺运行时间长，处理量小，效率低。首先分析一下冻干技术的优点，就是品质高、温度低这两点。其实品质高就是源自干燥温度低。通常说，冻干作业直接带来的优点有∶物料中的蛋白质等热敏性物质不变性，生物物质不会失去生物活性。因此在生物组织、菌种保存、医药生产等领域得到广泛的应用。挥发性成分损失很小。适合一些化学品，药品和食品的干燥。没有变色变质、表面硬化干裂、溶质损失等现象，干燥产品质量佳、品相好。冻干作业温度低，将物料冻结成固体带来的优点有∶干燥产品能保持物料原有形状，疏松多孔，呈海绵状，具有良好的复水性能，适用于食品加工、湿文物修护、多孔材料制备和人工骨架以及生物标本的制作等。干燥产品能保持物料原有成分的均匀分布，粉体产品颗粒细小，比表面积大，化学活性强，适于制备粉体材料、电极材料等。以上我们说的是冻干技术的优点，下面分析冻干技术的缺点，就是“贵”和“慢”的问题。真空冷冻干燥的成本高是和其他干燥方式相比较而言，不仅比普通热风干燥、太阳能干等使用低成本热源的干燥形式“贵”，就是和常规的真空干燥相比也是更“贵”。以处理单脱水量来计算，冻干法是所有干燥技术中最“贵”最“慢”的。同时冷冻干燥的设备制造或采购的成本也高。“慢”是指工艺运行时间长，处理量小，效率低。冻干技术成本高、速度慢有这样几方面原因∶首先是升华干燥阶段的能耗高，普通干燥（包括真空干燥）只需提供湿相成分的液—汽相变潜热，比如由水变为水蒸气的汽化潜热（约2500kJ/kg），而冻干过程却需要提供湿相分的固-汽相变潜热，就是由冰变成水蒸气的升华热（高于2800kJ/kg），这实际上包括了由冰变水的融化热和由水变水蒸气的汽化热。这一过程还包括物料固相成分的升温显热，其量值取决于固相成分的热特性和冻结温度。同时，在真空条件下，把那么多的热量输送到物料的升华界面成本也是很高的。真空环境本身有绝热作用，在真空中的传热形式就非常受限。而更为困难的是要在小温差下传递热量，因为我们必须保证物料的冻结层部分不融化，已干层部分不过热，所以我们需要谨慎地控制供热过程，这样，“慢”就成了最明显的特征。我们这么说，还是在“传热控制”条件下的结论，也就是我们认为整个升华过程中物料水分排出非常及时，不受水分在已干层中的传质过程约束。反之，如果物料的冻干是“传质过程”控制，就是升华出来的水蒸气在物料已干层中的输运很困难，那么我们还不敢尽力地供热，要防止物料中升华出来的水蒸气因为积存而重新凝结成液态水，导致已干层物料发生崩塌。所以冻干的升华过程普遍很慢。与升华过程相对应的另一方面是冻结过程的能耗，这包括两个环节，首先是把常温物料冻结至湿相成分的共晶点温度以下，其次是把从物料中抽出的水蒸气凝结在冷凝器盘管上。前者的有用能耗包括湿相成分的降温显热、凝结相变潜热和固相成分的降温显热；后者的有用能耗则只有水蒸气的凝华潜热。这两个过程也需要较多的能耗。需要强调的是，制冷机组供应同样量值的冷量要比供热效率更低，尤其是冷凝器盘管，是整个系统的最低温度点，温度越低，制冷系数越小，能耗越高。冻干方法的这些缺点，决定了它早期主要用于不得不用、附加值高和有独特效果的物料干燥上。一般而言，如果采用其他干燥方法能够满足产品的性能要求，就不必采用冻干工艺了。冷冻干燥技术要想持续发展，需要尽力解决“慢”和“贵”的问题。四环福瑞科仪科技发展（北京）有限公司法人由原北京四环科学仪器厂有 限公司技术研发和管理负责人担任，是为客户提供专业真空冷冻干燥设备及解 决方案的服务供应商。我们秉承“以客户为中心，追求最高的客户满意度”的 服务理念，个性服务、创新设计、高效处理、可靠保障，可根据用户需求提供 和设计单个或多个符合 GMP 相关标准的冻干设备配套系统，如负压和无菌隔 离器、自动进出料及外置 CIP 等系统。 我们以共赢发展为本，技术服务为根，在臻于完善中与众不同，在持续发 展中追求卓越。授权唯一生产企业：四环科仪科技发展河北有限责任公司全国服务热线 :400-008-2009

1.2 冻干技术在国内的发展概况新中国成立前，我国的冻干技术与设备都是进口的，既没有从事冻干技术研究的大专院校和科研院所，也没有冻干设计人员和制造工厂。1951年在上海由葛学煊工程师最先设计成功冻干机，并于1953年由上海合众、五昌机器厂和上海医疗器械厂分工制造，20世纪 50年代共生产10套。当时由于质量差，能耗大，没有发展起来。直到1972年以后，由上海医用分析仪器厂、天津实验仪器厂、南京药机厂等，仿制了国外一批手动的中、小型冻干机。1975年，华中工学院林秀诚、赵鹤皋和湖北省生物药品厂共同研制成功冻干面积为37.4m²的大型冻干机，这是我国自主研制的第一台能在冻干机内加塞的冻干机。据不完全统计，到1985年，我国虽然已生产大约350台冻干机，但其性能和功能仍不能满足市场要求。我国冻干食品的发展起步较晚，20世纪 60年代后期才开始在北京、上海等地建起了一些试验性的冻干设备。1967 年，旅大冷冻食品厂制成一台日产500kg 的冻干装置。20世纪70年代中期上海梅林食品厂建立了年产300t 的冻干食品生产车间，但当时由于没有实行对外开放政策，冻干产品没有打入国际市场，最终因效益不佳而停产。进入20世纪80年代以后，冻干食品的生产在我国有了较大发展，青岛第二食品厂率先引进日本的冻干设备，成立大洋公司，生产冻干葱、姜片等产品，主要销往日本。紧接着，宁夏寒利冰食品有限公司引进丹麦 Atlas公司生产的冻干设备，相继生产出冻干蔬菜、水果、肉类及调味品等产品，产品主要用于出口创汇，取得了良好的经济效益。20世纪30年代，国内生物学家开始用盐水冷冻，吸水剂的办法，在蒸发皿内抽真空，东干菌种保存待用。20世纪50年代初期，哈尔滨、郑州和南昌等地的兽药厂开始生产畜用干疫苗，武汉、兰州等地生产人用冻干疫苗。此时对保存菌、毒种和疫苗生产用的保护剂进行了大量的实验研究工作。对细菌、病毒的特性，生长条件和培养年龄，细菌浓度、病毒滴度等进行了研究。到20世纪60年代之后，研究工作已经深入到真空度、冻干速度、干燥度、残余水分、保存条件等对产品质量的影响。到20世纪80年代，我国的六大生物制品究所和很多药厂都能大批量地生产多种病毒和疫苗，为我国人民的健康与畜牧业的发展做出了贡献。20世纪80年代初期，中国科技大学和天津石油化工公司利用冻干技术开发出新型高比面积钙钛矿型催化剂。我国是利用冻干技术制备纳米材料较早的国家之一。早在1988年租耀就在低温物理学报和硅酸盐通报上发表文章，讨论用冻干技术制备超细氧化物铁粉的方法。在高等教育方面，华中科技大学于1983年由导师陈志远开始招收攻读冷冻干燥研究方的硕士研究生，1985年由博士生导师程尚模开始招收冻干方向的博士研究生，1988年发表了冻干过程传热传质研究的博士论文。随后，上海理工大学华泽钊、华南理工大学陈焕东北农业大学王成芝、东北大学徐成海、浙江大学、西安交大、中国医科大学等几十所校相继培养出硕士、博士研究生。1990 年由华中理工大学出版社出版了赵鹤皋、林秀诚著的高等学校适用教材《冷冻干燥技术》一书，在高校中率先为本科生开设了冻干课程。目前在中国知网上能查到的题名中含有“冷冻干燥”或“冻干”词语的硕博论文有46多篇，关键词中有“冷冻干燥”"或“冻干”词语的硕博论文有730多篇。从20世纪末开始，每年都有一定数量的硕士、博士研究生开展冻干方面的研究或应用冻干技术，这些研究生为我们冻干领域输入了新鲜血液。他们攻读学位期间所积累的知识，对于冻干行业的普及宣传、应用推广、知识传承、技术发展都有重要意义和作用。除了硕博论文以外，在中国知网上，以“冷冻干燥”为主题，进行跨库检索可以看出，文献数量从20世纪末期的每年几百篇发展到现在的每年四五千篇，文献数量越来越多。国内冻干技术研究队伍的构成非常庞杂，涉及不同地域、行业或专业领域、人员等，冻干技术应用的领域和范围在继续扩大。国家对冷冻干燥方面的学术研究给予了大力支持，从1997年至2020年，国家自然科学基金项目中，题目含有“冷冻干燥”词语的有38项，含有“冻干”词语的有62项。冻干领域的书籍，在赵鹤皋编著出版的《冷冻干燥技术》之后，又陆续出版了几部，主要有：无锡轻工大学高福成主编的“现代食品丛书”中的分册《冻干食品》；华中科技大学赵鹤皋等人主编、2005年出版的《冷冻干燥技术与设备》；上海理工大学华泽钊撰写的、2006年出版的《冷冻干燥新技术》；上海交通大学孙企达编著、2006 年出版的《冷冻干燥超细粉体技术及应用》；东北大学徐成海组织翻译的、2005出版的《冷冻干燥》；刘军、彭润玲等编著、2015年出版的《冷冻真空干燥》。此外，在一些干燥相关的书籍中，也有关于真空冷冻干燥的章节，例如徐成海组织编写的《真空干燥》《真空干燥技术》《真空低温技术与设备》，以及由中国化工学会化学工程专业委员会组织编写的《现代干燥技术》中，也有专门的章节介绍冻干技术。国内专利的统计数据采用 ainpat 专利检索工具，统计的数据时间为从 1999～2020年，与冷冻干燥相关的发明专利共有1000多件。从数量上看，近些年中国“冻干”方面的专利申报比较火热，呈逐年上升的趋势，其中2018年单年新增与冻干相关的发明专利数量超过300项。四环福瑞科仪科技发展（北京）有限公司法人由原北京四环科学仪器厂有 限公司技术研发和管理负责人担任，是为客户提供专业真空冷冻干燥设备及解 决方案的服务供应商。我们秉承“以客户为中心，追求最高的客户满意度”的 服务理念，个性服务、创新设计、高效处理、可靠保障，可根据用户需求提供 和设计单个或多个符合 GMP 相关标准的冻干设备配套系统，如负压和无菌隔 离器、自动进出料及外置 CIP 等系统。 我们以共赢发展为本，技术服务为根，在臻于完善中与众不同，在持续发 展中追求卓越。授权唯一生产企业：四环科仪科技发展河北有限责任公司全国服务热线 :400-008-2009

真空冷冻干燥（简称冻干）是先将湿物料冻结到共晶点温度以下，使水分变成固态的冰，然后通过抽真空将物料中的水分由固态直接升华为气态而排出物料之外的一种干燥方法。真空冷冻干燥是一门古老的现代技术。说它古老是因为它的出现比较早，发展历史坎坷；说它现代是因为它在20世纪90年代开始，其应用进入了高科技领域；说它是现代技术是因为它从20世纪90年代开始，已加入现代高新技术领域的例列。人体各器官的保存和再植是现代医学研究的课题之一。营养保健食品是现代人们生活的追求。航天飞机用的超轻隔热陶瓷，是现代科学的热门话题之一。低温超导材料等纳米级超细微粉的制备等，都需要真空冷冻干燥技术与设备。1.1 冻干技术在国际上的发展概况真空冷冻干燥技术大约出现在1811年，当时用于生物体的脱水。1813年美国人W.H. 沃拉斯顿（Wollaston）发现水的饱和蒸气压与水的温度有关：在真空条件下，水容易汽化，水在汽化时将导致温度的降低。根据这一发现，沙克尔（Shackell）于1909 年试验用冷冻干燥的方法保存菌种、病毒和血清，取得较好的效果，使真空冷冻干燥技术得到了实际的应用。最早使用冻干法制作生物标本的人是阿特曼（Altmann）。他于1890年采用冻干法干燥生物体的器官和组织，制成既能保持原来生物的组织结构，又能长期贮藏的生物标本，供人们在显微镜下观察，以便于学习和研究。1900年Shackell开始用冻干法干燥血清和细菌，经9年的努力，于1909年获得成功，并且在 American Journal Physiology上发表了他的冻干实验报告。这是冻干技术应用发表最早的论文。1911年，D.L.Harris和L.F.Shackell把狂犬病脑组织冻干；1912年，Carrel 最先提出采用冻干技术保存器官组织，供外科移植用的设想；1921年，H.F.Swift提出了保存菌株用的标准冻干方法。第一台商业用冻干机的问世在1935年，W.J.Elser 等在冻干机上最先采用了低温冷阱，从而改变了用真空泵直接抽水蒸气的方法；首次在冻干机上采用主动加热的办法，使升华过程得到强化，干燥时间得到缩短，因而可用于生产。这时冻干产品扩展到药品，主要有培养基、荷尔蒙和维生素等。1940年冻干人血浆开始进入市场。1942年第二次世界大战期间，由于输血的需要，必须发展血液制品。同时，抗生素的需要量也急剧增加，促使冻干技术在医药工业中得到了迅速的发展。最早把冻干血浆、血清提供给临床使用的是美国宾州大学医学系的 E.W.Flosdorf 和S.Mudd。在1941年12月珍珠港事件爆发、美国参战之后的6个月，在纽约召开了 American Human Seium Association年会。基于因德军侵占使法国血库遭到破坏的事实，会上做出了冻干血浆紧急军用筹集的决议，促使美国红十字会实施这一计划，于1942年真空冷冻干燥技术应用在医药工业。1943年在英国和丹麦制成并开始使用大型食品冻干机。冷阱设在冻干箱内，是现在这种冻干设备的原型。1944年 Wyckoff 和Logcdin采用双管干冰阱，使捕水器温度降低，捕水效果更好，从而又开发出在外侧直接与多歧管连接的装置，成为现在歧管式冻干机最早的原型。用这种设备生产出冻干的盘尼西林和血浆。在日本，陆军军医中校内藤良一主持了所谓防疫研究。实际上是在冻干细菌，为细菌战做准备。在1939～1943 年间进行了免疫补体、血清、血浆、细菌、病毒等冻干研究，并于1943年将多歧管冻干机成功地改制成箱式冻干机。冻干法加工和贮藏食品很早就被人类所利用。古代斯堪的纳维亚人（Vikings）利用北冰洋干爽寒冷的空气生产一种脆鱼（Klip-fish），南美的古印第安人利用自然条件冻干生产一种称为Chuno 的马铃薯淀粉。对食品进行冻干研究始于1930年，Flosdorf在实验室里进行了食品的冻干实验。1934年，英国人Kidd利用热泵原理冻干食品，并且申报了专利。世界上最原始的食品冻干设备于1943年出现在丹麦。对食品冻干的系统研究始于20世纪50年代。其中规模最大的是英国食品部于1950～1960年提出在苏格兰 Aberdeen 试验工厂进行的研究，研究成果中最为著名的是加速冻干法（AFD）。20世纪60～70年代，国外对食品冻干的研究非常活跃，仅1966年，美国就公布了36项食品冻干专利。1985 年日本有25家公司生产冻干食品，其销售额达1700亿日元。1992年日本冻干食品的年生产量为7000t。冻干技术在材料科学中的应用是最近几十年的事情。从查到的资料看，最早发表文章的是Y.S.Kim 和F.R.Monforte，于1971年写出了用冻干法生产透光性氧化铝的文章。20世纪 90年代，随着纳米科技（NST）的迅速崛起，制备纳米级超细微粉的各种方法应运而生，冻干法也占得一席之地。随着冻干技术应用的推广，对冻干理论和工艺的研究也逐渐兴旺起来。1944年，弗洛斯道夫（Flosdorf）出版了世界上第一部有关冷冻干燥技术和理论的专著。1951年和1958年先后在伦敦召开了第一届和第二届以真空冷冻干燥为主题的专题讨论会。1963年，美国最先制定了GMP（Good Manu-factoring Practice）冻干药品的生产标准。1969年，世界各国纷纷制定GMP计划，国际贸易组织共同决定 GMP标准。有关描述真空冷冻干燥数学模型的研究方面，许多人提出了各种各样的理论。提出最早和应用最广的模型是桑德尔（Sandll）和金（King）的冰界面均匀向后移动模型（The Uni-formly Retreating Ice Front Model），简称URIF模型，属于稳态模型。其主要思想是热量通过干燥层和冷冻层传导到升华界面，冰升华得以进行，产生的水蒸气通过多孔的干燥层，在真空室内扩散，最后被真空泵抽到捕水器内被捕集。随着升华的进行，冰界面向冻结层均匀地退却，在其后产生多孔的干燥层。这种模型描述液态和固态物料的冻干过程是有效的。但是，实际的于燥过程是非稳态的。为更接近于实际情况，1968年，D.Z.Dyre 和J.E.Sunderland 又提出了准稳态模型。第三种模型是利奇菲尔德（Litchfield）和利亚皮斯（Liapis）于1979年提出来的，称为解吸—升华模型。在该模型中，认为冷冻层的冰升华和干燥层的吸附水解吸是同时进行的。前两种模型对于占物料含水量中75%～90%的自由水的升华是比较准确的。还有一部分结合水，它们以物理吸附和化学吸附的方式存在着。虽然它们的比例较小，但把它们从物料中移出需要很长的时间。在冻干过程中，冻干物料的温度不断升高，在冰升华的同时，干燥曾所吸附的水也会同时解吸。四环福瑞科仪科技发展（北京）有限公司法人由原北京四环科学仪器厂有 限公司技术研发和管理负责人担任，是为客户提供专业真空冷冻干燥设备及解 决方案的服务供应商。我们秉承“以客户为中心，追求最高的客户满意度”的 服务理念，个性服务、创新设计、高效处理、可靠保障，可根据用户需求提供 和设计单个或多个符合 GMP 相关标准的冻干设备配套系统，如负压和无菌隔 离器、自动进出料及外置 CIP 等系统。 我们以共赢发展为本，技术服务为根，在臻于完善中与众不同，在持续发 展中追求卓越。授权唯一生产企业：四环科仪科技发展河北有限责任公司

需要冻干的产品，一般是预先配制成水的溶液或悬浊液，因此它的冰点与水就不相同了，水在0℃时结冰，而海水却要在低于0℃的温度才能结冰，因为海水也是多种物质的水溶液。实验指出，溶液的冰点将低于溶媒的冰点。另外，溶液的结冰过程与纯液体也不一样，纯液体如水在0℃时结冰，水的温度并不下降，直到全部水结冰之后温度才下降，这说明纯液体有一个固定的结冰点。而溶液却不一样，它不是在某一固定温度完全凝结成固体，而是在某一温度时，晶体开始析出，随着温度的下降，晶体的数量不断增加，直到最后，溶液才全部凝结。这样，溶液并不是在某一固定温度时凝结。而是在某一温度范围内凝结。当冷却时开始析出晶体的温度称为溶液的冰点。而溶液全部凝结的温度叫做溶液的凝固点。凝固点就是融化的开始点（即熔点），对于溶液来说也就是溶质和溶媒共同熔化的点。所以又叫做共熔点或共晶点。可见溶液的冰点与共熔点是不相同的。共熔点才是溶液真正全部凝成固体的温度。显然共熔点的概念对于冷冻干燥是重要的。因为冻干产品可能有盐类、糖类、明胶、蛋白质、血球、组织、病毒、细菌等等的物质。因此它是一个复杂的液体，它的冻结过程肯定也是一个复杂的过程，与溶液相似，也有一个真正全部凝结成固体的温度，即共熔点。由于冷冻干燥是在真空状态下进行的。只有产品全部冻结后才能在真空下进行升华干燥，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产品的体积缩小；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。这是我们所不希望的。为此冻干产品在升华开始时必须要制冷到共熔点以下的温度，使冻干产品真正全部冻结。在冻结过程中，从外表的观察来确定产品是否完全冻结成固体是不可能的；靠测量温度也无法确定产品内部的结构状态。而随着产品结构发生变化时电性能的变化是极为有用的，特别是在冻结时电阻率的测量能使我们知道冻结是在进行还是已经完成了，全部冻结后电阻率将非常大，因此溶液是离子导电。冻结时离子将固定不能运动，因此电阻率明显增大。而有少量液体存在时电阻率将显著下降。因此测量产品的电阻率将能确定产品的共熔点。正规的共熔点测量法是将一对白金电极浸入液体产品之中，并在产品中插一支温度计，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熔点。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。也可用简单的方法来测量，用二根适当粗细而又互相绝缘的铜丝插入盛放产品的容器中，作为电极。在铜电极附近插入一支温度计，插入深度与电极差不多，把它们一起放入冻干箱内的观察窗孔附近，并用适当方法把它们固定好，然后与其他产品一起预冻，这时我们用万用表不断地测量在降温过程中的电阻数值，根据电阻数值的变化来确定共熔点。四环福瑞科仪科技发展（北京）有限公司法人由原北京四环科学仪器厂有 限公司技术研发和管理负责人担任，是为客户提供专业真空冷冻干燥设备及解 决方案的服务供应商。我们秉承“以客户为中心，追求最高的客户满意度”的 服务理念，个性服务、创新设计、高效处理、可靠保障，可根据用户需求提供 和设计单个或多个符合 GMP 相关标准的冻干设备配套系统，如负压和无菌隔 离器、自动进出料及外置 CIP 等系统。 我们以共赢发展为本，技术服务为根，在臻于完善中与众不同，在持续发 展中追求卓越。授权唯一生产企业：四环科仪科技发展河北有限责任公司全国服务热线 :400-008-2009

产品的冷冻干燥需要在一定装置中进行，这个装置叫做真空冷冻干燥机或冷冻干燥装置，简称冻干机。冻干机按系统分，由制冷系统、真空系统、加热系统和控制系统四个主要部分组成。按结构分，由冻干箱或称干燥箱、冷凝器或称水汽凝结器、制冷机、真空泵和阀门、电气控制元件等组成。冻干箱是一个能够制冷到-55℃左右，能够加热到+80℃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，使产品内的水分升华而干燥。冷凝器同样是一个真空密闭容器，在它的内部有一个较大表面积的金属吸附面，吸附面的温度能降到-40℃～-70℃以下，并且能维持这个低温范围。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。冻干箱、冷凝器、真空管道、阀门、真空泵等构成冻干机的真空系统。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迅速升华干燥是必不可少的。制冷系统由制冷机与冻干箱、冷凝器内部的管道等组成。制冷机可以是互相独立的二套或以上，也可以合用一套。制冷机的功用是对冻干箱和冷凝器进行制冷，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。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，由一台泵(或加一台备用泵)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，以使产品内的水分不断升华，并达到规定的残余含水量要求。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，以使冻干机生产出合乎要求的产品来。冷冻干燥的程序：1在冻干之前，把需要冻干的产品分装在合适的容器内，一般是玻璃模子瓶、玻璃管子瓶，装量要均匀，蒸发表面尽量大而厚度尽量薄一些；2然后放入与冻干箱板层尺寸相适应的金属盘内。对瓶装一般采用脱底盘，有利于热量的有效传递。3装箱之前，先将冻干箱进行空箱降温，然后将产品放入冻干箱内进行预冻；或者将产品放入冻干箱内板层上同时进行预冻；4抽真空之前要根据冷凝器制冷机的降温速度提前使冷凝器工作，抽真空时冷凝器至少应达到-40℃的温度；5待真空度达到一定数值后（通常应达到13Pa～26Pa内的真空度），或者有的冻干工艺要求达到所要求的真空度后继续抽真空1～2h以上；即可对箱内产品进行加热。一般加热分两步进行，第一步加温不使产品的温度超过共熔点或称共晶点的温度；待产品内水分基本干完后进行第二步加温，这时可迅速地使产品上升的规定的最高许可温度。在最高许可温度保持2h以上后，即可结束冻干。整个升华干燥的时间约12～24h左右有的甚至更长，与产品在每瓶内的装量，总装量，玻璃容器的形状、规格，产品的种类，冻干曲线及机器的性能等等有关。冻干结束后，要充入干燥无菌的空气进入干燥箱，然后尽快地进行加塞封口，以防重新吸收空气中的水分。在冻干过程中，把产品和板层的温度、冷凝器温度和真空度对照时间划成曲线，叫做冻干曲线。一般以温度为纵坐标，时间为横坐标。冻干不同的产品采用不同的冻干曲线。同一产品使用不同的冻干曲线时，产品的质量也不相同，冻干曲线还与冻干机的性能有关。因此不同的产品，不同的冻干机应用不同的冻干曲线。

在冻干粉针的生产过程中，经常会出现一些异常情况，影响产品质量。生产人员必须从产品的处方设计、生产工艺参数、生产环境的控制、操作员工的卫生情况等多方面进行有效控制，并对生产设备、洁净区环境、冻干曲线等进行有效验证，才能有效地避免冻干产品的异常现象，提高产品质量。1现象一：含水量超标冻干粉针剂质量标准中规定的含水量较低。造成其含水量超过标准的主要原因是：装入容器的药液过多，药液层过厚；干燥过程中供热不足，使其蒸发量减少；真空度不够，水蒸气不能顺利排出；冷凝室温度偏高，不能有效地将水蒸气捕集下来；冻干时间较短；真空干燥箱的空气湿度高；出箱时制品温度低于室温而出现制品吸湿等。措施：生产人员须针对不同原因采取相应的解决方法。如按药液体积调整西林瓶规格，减少装液厚度，一般应控制在10~15mm；加强热量供给，促进水分蒸发；检查真空度不高的原因，排除泄漏点或真空系统的异常；降低冷凝器温度在-60℃以下；重新试制冻干曲线，确保冻干制品含水量合格；对放入箱内的气体要进行除菌及脱水干燥处理，尤其是易吸潮的制品更要注意；制品出箱时的温度要略高于生产环境温度。2现象二：喷瓶喷瓶是由于预冻时温度没有达到制品共熔点以下，制品冻结不实；或升华干燥时升温过快，局部过热，部分制品溶化成液体，在高真空度条件下，少量液体从已干燥固体表面穿过孔隙喷出而形成。措施：为了防止喷瓶，应严格控制预冻温度在共熔点以10℃~20℃，并保持2小时以上，使药品冻实后再升温。同时升华干燥时的供热量要控制好，适当放慢升温速度，且控制温度不超过共熔点。这样可以克服喷瓶现象。3现象三：外观不合格冻干粉针的正常外观应是颜色均匀，孔隙致密，保持冻干前的体积、形状基本不变，形成块状或海绵状团块结构。但是，如果溶液重量浓度大于30%，则制品易出现萎缩、塌陷、不饱满的情况。另外，干燥时冻结的表面最先脱水形成结构致密的干燥外壳，下面升华的水蒸气从已干燥表层的分子之间的间隙逸出。这时如果溶液浓度太高，分子之间的间隙小、通气性差，水蒸气穿过阻力较大，大量水分子来不及逸出，在干燥层停滞时间长，使部分已干燥药物逐渐潮解，会使制品体积收缩，外形不饱满或塌陷。如果药液重量浓度低于4%，在抽真空时，药物会随水蒸气一起飞散；或在干燥后变成绒毛状的松散结构，在解除真空后，这种结构的物质会消散，使制品成空洞状。还有一种情况是药液浓度太低，使制品疏松易引湿，同时由于比表面积过大，使制品容易萎缩，干燥的成品机械强度过低，一经振动即分散成粉末而粘附于瓶壁。在冻干工艺方面，如果药液厚度大于20mm，干燥时间延长，也会造成产品外观不合格。另外，在开始冻结时降温速度快，使制品形成细结晶，密度大，升华受到阻力较大，水分不易蒸发掉，制品会逐渐潮解致使体积收缩而造成外形不饱满或形成团状。如果冻结速度过慢，冰晶成长时间较长，则易发生浓缩，致使药物与溶剂分离、成品结构不均匀。措施：合理设计冻干溶液的配方。一般重量浓度在4%~25%之间为宜，最佳浓度在10%~15%。若浓度低于4%，可适当添加赋形剂(如甘露醇、右旋糖酐、乳糖等)。若浓度较高时，则必须控制冻干制品厚度，或降低浓度，改用大的容器灌装药液。冻干过程中降温速度应控制在每小时降低5℃~6℃。在一期升华干燥阶段，制品温度应低于共熔点，升温不宜快，控制在每小时5℃左右。如果加热过快，在制品有大量水分时，温度超过其共熔点，就会导致制品溶化，外观出现缺陷。在二期升华阶段，虽然此时制品中含水量已较低，升温速度可以适当提高，但要将温度控制在安全温度以下，否则会有结块。另外，制品包装的气密性不好，在有效期内也会出现外观不合格甚至内在质量不合格。4现象四：制品冷爆脱底其主要原因是预冻阶段没有将制品冻结实。如果在制品尚没有完全冻结实的情况下，系统就开始对箱体抽真空，这样当压力达到某一数值时，尚没有冻结好的部分就开始蒸发沸腾，产生放热现象，而其本身温度急剧下降，到达共晶点温度时，产品冻结，随之开始出现爆瓶脱底现象。随着压力的继续下降，温度也相应下降。一般冻干机的真空泵能达到0.1帕以下，这就是说箱内的药品温度达到-60℃左右。由于西林瓶底与下部的板层没有以上的蒸发冷冻特性，故在短时间内西林瓶承受不了如此大的温度差而导致西林瓶冷爆脱底。措施：解决冷爆脱底问题需要生产人员严格执行预冻参数，确认将制品冻结实后再抽真空。四环冻干四环福瑞科仪科技发展（北京）有限公司法人由原北京四环科学仪器厂有 限公司技术研发和管理负责人担任，是为客户提供专业真空冷冻干燥设备及解 决方案的服务供应商。我们秉承“以客户为中心，追求最高的客户满意度”的 服务理念，个性服务、创新设计、高效处理、可靠保障，可根据用户需求提供 和设计单个或多个符合 GMP 相关标准的冻干设备配套系统，如负压和无菌隔 离器、自动进出料及外置 CIP 等系统。 我们以共赢发展为本，技术服务为根，在臻于完善中与众不同，在持续发 展中追求卓越。

辅料因素 1、适当减少赋形剂的用量，原来有一个品种小试时也出现这种情况，后来将辅料调整后就没有了。裂瓶和浓度没有直接关系，可以加点辅料试试，加点甘露醇和盐类赋形剂调整一下，最好不要那种粘性很强的敷料。 2、物料性质引起裂瓶：研究报道，当冻甘露醇时有时会出现裂瓶，发现因为甘露醇在冷冻过程中与水形成氢键，升温过程中当达到一定温度时（并未融化），氢键突然断裂，引起体积突然膨大，以致裂瓶，而山梨醇及乳糖就不会出现这种情况。解决办法和措施：1、一般来说如果固形物浓度高，刚性强（如含较高浓度的甘露醇），则在预冻过程中可能出现碎瓶情况。如果制品中用的赋形剂是甘露醇的话，可以考虑在预冻的过程中增加退火的步骤。这样处理对甘露醇作为赋形剂的冻干产品影响还是比较大的；甘露醇使用量大了就容易掉底，爆瓶的问题，必须考虑调整冻干曲线，生产中常遇到过类似问题，关键是甘露醇在升华时体积突然膨胀造成瓶掉底，如在预冻时延长2小时左右，使之冻的更结实一些，在升温时温度度变化不大，体积就不会突然变化太大，我就是只改了预冻，问题就解决了。2、某药不含赋形剂，规格大，而其它品种相同条件并未出现碎瓶，说明该药结晶性强，刚性强。对于这样的主药，是容易出现碎瓶的。建议改变预冻条件（起始温度、降温速度，最低温度、保持时间、是否退火等）。尽量减小溶液的过冷度，避免溶液瞬间冻结。另外预冻最低温度不必太低，以免因冰与瓶子的热膨胀系数差别，冰体积膨胀使瓶子的破碎。冻干工艺因素1、冻干曲线有关，预冻过快等，样品冻结时，体积迅速膨胀，会对瓶体产生一定的膨胀力，一般常发生在预冻阶段，是裂瓶的主要原因。2、升温过快，药液厚度也比较厚，冻结后，冰柱后，冰又是热的不良导体，容易导致瓶底与瓶身产生大的温差，温差大，瓶体各部位受力差异不同，导致玻瓶冷爆脱底，这是掉底的主要原因。3、预冻不彻底也是掉底的原因之一：如果在制品尚没有完全冻结实的情况下，系统就开始对箱体抽真空，这样当压力达到某一数值时，尚没有冻结好的部分就开始蒸发沸腾，产生放热现象，而其本身温度急剧下降，到达共晶点温度时，产品冻结，随之开始出现爆瓶脱底现象。随着压力的继续下降，温度也相应下降。一般冻干机的真空泵能达到0.1毫米以下，这就是说箱内的药品温度达到-40℃左右。由于西林瓶底与下部的板层没有以上的蒸发冷冻特性，故在短时间内西林瓶承受不了如此大的温度差而导致西林瓶冷爆脱底。    解决办法和措施：1、注意预冻、升华时的曲线不要太陡，时间要相对长一些，减少对瓶子的热胀冷缩影响。 2、预冻时产生的掉底现象，可采用慢冻的方式，使其药品的晶型变化，冻出来的产品才会不掉底，我们在生产时也发生过这种情况，利用此方式解决此问题。3、冻干周期是和样品的共熔点温度、装量、总的固体含量比例、药品柱型高度、升华速率、样品空间结构特点等因素以及冻干各个参数的确定和调节有密切的关系。冻干机选择四环福瑞科仪科技发展（北京）有限公司法人由原北京四环科学仪器厂有 限公司技术研发和管理负责人担任，是为客户提供专业真空冷冻干燥设备及解 决方案的服务供应商。我们秉承“以客户为中心，追求最高的客户满意度”的 服务理念，个性服务、创新设计、高效处理、可靠保障，可根据用户需求提供 和设计单个或多个符合 GMP 相关标准的冻干设备配套系统，如负压和无菌隔 离器、自动进出料及外置 CIP 等系统。我们以共赢发展为本，技术服务为根，在臻于完善中与众不同，在持续发 展中追求卓越。

很多生产冻干制剂的人员都会遇到产品掉底、裂瓶的问题，这个问题也是冻干产品生产时常遇到的问题，有的产品出现的多，有的产品出现的少一些，掉底，裂瓶又是生产过程中比较头疼的问题，会造成产品瓶子表面的药粉污染，还会影响下游轧盖的顺畅性。瓶子质量因素 1、瓶子质量是受玻璃材质的影响，我们常用玻璃材质是硼硅玻璃(冻干剂不宜用钠钙玻璃）即硅酸盐中加入三氧化二硼的含量不同而已（低、中、高）。含硼量高膨胀系数低，反之则高。我们需要的是膨胀系数低。因为，按热涨冷缩的原理，瓶子在冷冻情况下是收缩的，而水冻成冰的的体积是增大的。这只是炸瓶的一个方面，但问题并不是这么简单，进口瓶比国产瓶要好得多。(低硼硅玻璃含三氧化二硼为5%-8%，中硼硅玻璃8-12%，国外早已淘汰了低硼硅玻璃容器，目前只有中国和印度在用)。一般硼硅玻璃的密度比钠钙玻璃小，硼硅玻璃耐冷热冲击比钠钙玻璃（钢化的除外）好，硼硅玻璃冷热冲击一般都在100 ℃到200 ℃左右，钠钙玻璃一般在80℃左右。一般硼硅玻璃的密度比钠钙玻璃小，硼硅玻璃耐冷热冲击比钠钙玻璃（钢化的除外）好，硼硅玻璃冷热冲击一般都在100 ℃到200 ℃左右，钠钙玻璃一般在80℃左右。目前国产的管制抗生素瓶冻到零下50度就会出现较多的掉底瓶子。 2、预冻温度太低，目前国产的管制抗生素瓶冻到零下50度就会出现较多的掉底瓶子。3、升温过程中隔板与制品温差过大，也会引起裂瓶。解决办法和措施：1、选择适合的瓶子，可以进行试制分析，可以选数家的一起试验，找出质量好的。裂瓶、掉底是否与瓶子有关，如有关联，可以考虑将管制瓶改为进口瓶等。2、检查你的瓶子质量是否合格（用偏光镜检查一下应力，出现紫色过多的瓶子不要用）。产品灌装量、样品厚度因素如果是以预冻的时候碎裂为主，多数是装量多、样品厚、预冻速度快。瓶子为什么会碎裂，掉底、裂瓶主要与瓶身上下温度不匀有关，当瓶身、瓶底温度差超过15~20度时就可能出现是温度玻璃材质承受了过大的应力所致。缩小瓶子底部和上部的温差，缩小应力就可以避免碎裂。建议在预冻时先将温度降低到共晶点以上某一值，保持一段时间，使瓶身上下温度均匀，在同一温度下降温；或者减慢降温速率。    解决办法和措施：1、“慢降速冻法”，即板层温度降至样品共熔点附近时，保持一段时间（2小时左右即可），使药液温度尽量接近板层温度，再迅速降温至共熔点以下10℃，此时药液迅速冻结并放热，保持一段时间，使样品温度接近板层温度，再降温至最终预冻温度（此时降温速度不宜过快，尽量减小样品温度与板层温度的差值），并保持3~5小时，让所有制品温度和导热油温度相同，再开始抽真空，这样可能会减少（完全不出现裂瓶、碎瓶很难，毕竟瓶子的摆放和质量都会出现问题）掉底和裂瓶的现象。    2、最终预冻温度：这也可能会导致裂瓶。一般为-40℃，可适当调高或降低。我以前做过一个品种，采用上述“慢降速冻法”后还是裂瓶不少，后来观察到，当样品温度降至-35℃以下时，就接连的裂瓶。后来将最终预冻温度由-40℃调高至-30℃，效果比较理想，几乎没有裂瓶。这是小试结果，可能试验用小冻干跟车间大冻干机冻干效率有所差别，还需进一步验证。在车间进行大生产验证时，虽然采用“慢降速冻法”，但考虑到成本等因素，还是保守的将最终预冻温度定为-40℃,结果成品裂瓶率已大大减小，降至1.5%以内。冻干机选择四环福瑞科仪科技发展（北京）有限公司法人由原北京四环科学仪器厂有 限公司技术研发和管理负责人担任，是为客户提供专业真空冷冻干燥设备及解 决方案的服务供应商。我们秉承“以客户为中心，追求最高的客户满意度”的 服务理念，个性服务、创新设计、高效处理、可靠保障，可根据用户需求提供 和设计单个或多个符合 GMP 相关标准的冻干设备配套系统，如负压和无菌隔 离器、自动进出料及外置 CIP 等系统。我们以共赢发展为本，技术服务为根，在臻于完善中与众不同，在持续发 展中追求卓越。

FD技术在我国食品行业中的应用——我国FD产品的类型蔬菜类香菜、卷心菜、香葱、青葱、菠菜、子苏、山药、西兰花、胡萝卜、甘薯等。调味类各种蔬菜鸡蛋汤块、各种海鲜汤块、果酱、汤料等。水果类香蕉、草莓、菠萝、苹果、荔枝、龙眼、梨等。肉类叉烧肉、牛肉、羊肉、虾仁、甲鱼、鱿鱼等。食品类方便面、方便粥、即食兰州拉面、即食羊肉泡馍、即食馄饨、军用食品、宠物食品等。微粒类蒜粉胶囊、婴儿奶粉、冰淇淋粉、各种水果粉等。菌类松茸、蘑菇、银耳、香茹等。——FD技术也可用于各种菌种的保存例如，嗜酸乳杆菌具有保健作用，近年来关于这方面的研究越来越多。活菌剂在消费之前应当维持较高的活菌水平，而当前的许多产品都不能有效防止活菌数的衰减，如何提高活菌量并延长活菌保藏期，已成为研究开发活菌制剂产品的技术关键。通过FD技术生产活菌制剂是多种保藏方法中较为理想的一种。——脱水蔬菜脱水蔬菜是近几年国际上比较流行的畅销食品，是将鲜菜(含水率80%-95%)加工成干品（含水率达5%~8%）以达到高度保鲜（保营养成分70%，保色70%，还可保持其风味及良好的适口性）和方便贮藏与运输的精制菜。脱水蔬菜的加工方法有常压热风干燥、真空干燥及真空冷冻干燥法3种。其中，常压热风干燥法较为多用，但其干制品的质量（保鲜度及复水性）远不如真空干燥和真空冷冻干燥，而且随着人们生活水平的提高，消费者对食品的营养性及方便性提出了更高的要求，所以，FD技术已经逐渐被人们了解和认可，在未来的脱水蔬菜加工中，FD技术有逐渐取代常压热风干燥的趋势。——FD汤块FD汤块也是近几年方便食品中一支不可低估的新生力量。在目前的方便食品行列中，方便面占据了市场的大部分份额，它以方便性吸引着各个阶层的消费者。但是，方便面的营养性却远不如它的方便性，这让许多人在享受方便之余，想到了它在营养方面的缺陷。FD汤块既可单独成为一种方便食品，也可以与方便面一起搭配食用。FD汤块是将鲜汤通过FD技术制成的一种方便汤块，食用时只需加入适量的热水，即可得到营养丰富的美味鲜汤。FD汤块中含有蔬菜、鸡蛋、瘦肉、粉丝等，比方便面的营养丰富多了，可以作为早餐，还可以作为午餐和晚餐的配餐，既营养又方便，特别适合儿童和老年人食用。因为其质轻且方便贮运，更适合外出旅游时食用，携带方便、即冲即食、营养全面，是方便食品中正在日益发展壮大的一类食品。近几年，FD方便面也出现在市场上，它一改我国传统方便面的油炸工艺，采用FD技术对面条进行脱水干燥，既避免了因为油炸而带来的对营养的破坏和损失，又保留了面条的原汁原味，可以说是一种绿色食品，方便面面条不经过油炸，保质期相对延长，复水性也较好，一上市就受到消费者的广泛关注。——FD牛奶牛奶是我们家庭生活中非常重要的营养食品，可为人体提供丰富的钙质和蛋白质，但考虑到牛奶保质期短及运输困难等问题，我国一些FD厂家开始了对FD牛奶的研究。经过多年努力，FD牛奶也已成为一个大胆的尝试。FD牛奶是将250 mL的液态奶制成1个樟脑球大小的奶球，这种奶球经过开水冲泡复原后，即可得到1杯奶香醇厚的鲜牛奶。据悉，世界上仅有法国涉足这一发明，目前还处在试验阶段。——FD技术干制海鲜的大胆尝试海参属于低脂肪、高蛋白食物，营养价值极高，但普通的干制方法使海参的复水性受到一定的限制，而且使海参的营养成分也有一定的损失，而通过FD技术处理后，就可将海参的营养成分几乎全部保留下来，食用后可最大程度地被人体吸收，达到其他方法干制海参所无法比拟的效果。目前，已经有的FD海鲜类产品有FD海参、FD鱿鱼和FD蛤蜊等。FD产品技术支持四环福瑞科仪科技发展（北京）有限公司法人由原北京四环科学仪器厂有 限公司技术研发和管理负责人担任，是为客户提供专业真空冷冻干燥设备及解 决方案的服务供应商。我们秉承“以客户为中心，追求最高的客户满意度”的 服务理念，个性服务、创新设计、高效处理、可靠保障，可根据用户需求提供 和设计单个或多个符合 GMP 相关标准的冻干设备配套系统，如负压和无菌隔 离器、自动进出料及外置 CIP 等系统。

真空冷冻干燥(Freeze Dried，简称FD)技术起始于20世纪初期。20世纪40年代，FD技术首先由俄罗斯科学家在实验室进行试验并获得成功。在二战期间，利用FD技术把血浆脱水，使其轻便且易携带，需要时注入生理盐水，便可把细胞激活。二战结束后，FD技术被用于医药、生物、航天、航空事业；20世纪60年代，美国将应用该技术生产的冻干食品作为宇航员的太空食品；20世纪70年代，随着工业化进程的加快，日本消化吸收了美国的FD科技成果，并对其进行深入研究，使FD技术及其设备在食品加工领域的应用取得了进一步的发展，从此，FD产品及设备进入了工业化生产时代，主要用于医药、饮料、食品，以及对农副产品的低温脱水干燥；我国在解放前就已经开始使用冷冻干燥法制造疫苗，但数量极少，解放后我国的冷冻干燥事业得到了迅速发展，1952年起开始在兽医界应用，并在国内制造了一批中型冷冻干燥机，现在我国所有的省、市、自治区均有不同型号的冷冻干燥机。FD技术原理自然界中，水有3种物理形态：固相、液相和气相。当压力降到646.6 Pa，温度低于0℃以下时，水即由固态冰不经过液相，直接升华为水气。FD食品就是利用升华原理，将含有水分的物料在预备冻结后，置于真空罐中，通过热媒辐射加热，将物料脱水干燥。FD技术在不破坏物质原有物理化学结构的基础上，通过升华将物质脱水干燥，能够在很大程度上使一些对热敏感且易挥发损失的成分得到保存，所以，经FD技术处理过的食品，内在营养成分的保存率可达到96%以上，而且食物含有的极轻芳香油也会被保留在食物的表面而不损失。与经过加热处理而脱水的食品相比，FD产品的最大优点就是能够保持食物原有的外形、颜色、营养成分基本不变，有时甚至会使一些产品的味道和香味得到增强，改善了食品的风味，增加了食品的适口性，而且FD产品不需要冷藏就可以长期保存。FD产品的生产工艺下面以FD大蒜粉的生产工艺为例，简述FD产品的一般生产工艺过程。 大蒜是百合科葱属植物，广泛分布于世界各地，我国也有普遍种植，大蒜是深受国人喜欢的香辛类蔬菜之一，具有较高的营养价值，其中，所含的Ge和Se是人体抗肿瘤不可缺少的元素。大蒜中的一种配糖体，能有效消除血管上沉积的脂肪，具有降血脂和抗血管硬化的作用。大蒜中主要的功能性成分蒜素是一种广谱抗生素，对多种细菌和真菌都有极强的杀灭作用，但是大蒜素的性质极不稳定，遇热易被破坏，遇碱易失效。在0-50℃下，温度越高，其含量的下降越快；在0℃以下，大蒜素含量下降平缓，pH值为3.0-5.0时最为稳定。综合考虑大蒜的性质，为了能较大程度地保留大蒜中的有效成分，通过冷冻干燥，即FD技术处理大蒜是一种效果较好的方法。——工艺过程大蒜一凉水清洗一凉水浸泡一搓去外皮一切片一酸浸泡一沥水一装盘一预冻一真空干燥一出料一粗粉碎—包装一产品。——工艺参数大蒜切片的厚度为1.5-2.0 mm，装盘厚度在1 cm左右，预冻温度应低于共晶点5-8℃，后期处理在25℃以下进行，以免大蒜粉吸湿膨胀发黏，影响产品品质。——冷冻干燥过程冷冻干燥过程通常分为升华干燥和解析干燥2个干燥阶段。升华阶段由于水分较多，一般取最大加热功率，当物料上部温度达到加热板温度时，该阶段终止。在解析干燥阶段，由于升华结束，真空度有一定提高，所以应当控制加热功率，即降低加热板温度，保证干食品的温度低于最高允许温度，该阶段以物料达到设定值为终点，合理设置升华、解析干燥的时间是保证产品品质和节能的重要方面。大蒜粉的最佳冷冻干燥过程如下：预冻至-35℃，待加热板升温到60℃以后，保持8.5 h，再降温至40℃，保持4-5 h，全过程保持最高真空度。试验证明，如大蒜这种经加热处理而极易被破坏营养成分的食品，最适合用FD技术进行加工。FD产品技术支持四环福瑞科仪科技发展（北京）有限公司法人由原北京四环科学仪器厂有 限公司技术研发和管理负责人担任，是为客户提供专业真空冷冻干燥设备及解 决方案的服务供应商。我们秉承“以客户为中心，追求最高的客户满意度”的 服务理念，个性服务、创新设计、高效处理、可靠保障，可根据用户需求提供 和设计单个或多个符合 GMP 相关标准的冻干设备配套系统，如负压和无菌隔 离器、自动进出料及外置 CIP 等系统。

《关于开展第三次全国土壤普查的通知》时隔40年，第三次土壤普查启动。国务院日前印发《关于开展第三次全国土壤普查的通知》，决定自2022年起至2025年用4年时间，遵循全面性、科学性、专业性原则，全面查明查清我国土壤类型及分布规律、土壤资源现状及变化趋势，真实准确掌握土壤质量、性状和利用状况等基础数据。 普查对象为全国耕地、园地、林地、草地等农用地和部分未利用地的土壤。其中，林地、草地重点调查与食物生产相关的土地，未利用地重点调查与可开垦耕地资源相关的土地，如盐碱地等。普查内容主要包括四个方面：立地条件普查，包括地形地貌、水文地质等；性状普查，包括有机质、酸碱度、养分情况以及颜色、质地等物理、化学性状；类型普查，包括不同成土母质、不同气候条件、不同地形地貌、不同利用状况下土壤类型的核实与补充完善等；利用状况普查，包括灌排设施情况、植物生长情况、种植制度等基础信息，以及肥料、农药、农膜等投入品使用情况。冷冻干燥技术在土壤冻干中的应用真空环境下，水分子直接由固态变成气态，对待测样品的化学性质、物理性质及生物活性无影响，有效避免汞等挥发性物质损失。经冷冻干燥处理后，土壤样品含水率低，一般可低于5%，极限可达到0.01%，有利于后续处理和分析。对于土壤类冻干后，土壤样品呈现酥脆多孔的特性，便于使用专用研磨仪进行研磨。冷冻干燥可无人值守，连续运转，干燥效率高，效率可达自然风干燥、晾干及烘干效率的几倍。上样量大，一台专业型设备一天可制备上百个土壤样本，一台设备即可满足样本前处理的需要。冷冻干燥法采用冻干瓶的方式可避免不同批次及同批次的交叉污染。方便快捷，对于半挥发性有机物检测，专用的土壤冻干瓶即可用于采样，也可用于冻干，还可以用来封存样本。四环土壤冻干机的特点控制软件系统为安卓系统，冻干过程均有可编程程序自动控制，可实时切换为人工操作，实现冻干过程全程参数控制，在运行过程中系统自动监控检测并记录储存相关数据，可储存多个固定或自定义程序，储存程序≥ 100，每个程序步骤≥ 36，实现三级管理，可通过标配远程系统进行监控和检测维护，支持大数据和智慧实验室建设，审计追踪；连续记录实时数据，绘制冻干曲线，每分钟存储一次数据（数据存储记录间隔时间可调），具备 USB 数据存储串口；控制系统人机界面设备符合 NEMA（国际电气制造业协会）防护规定和欧洲 CE 电气认证标准；系统配有各种传感器，实时记录显示真空度、冷阱温度、物料温度、搁板温度，运行错误报警，可在运行过程中温度和压力出现异常时即时信息报警并主动保护运行，灯光报警（选配）；冻干腔体内部圆角、表面粗糙度、搁板平整度、腔体内部材料均符合或高于国家相关标准；物料原位冻干，冷阱腔体、物料盘架为卫生级不锈钢材料，冷阱内无盘管，搁板可以拆卸，光洁耐腐蚀且易清洁，根据物料容器高度需求通过调整搁板层数自由调整搁板间距，冻干使用面积任意组配（最大有效冻干面积 0.83m2 ）；物料搁板具有程序梯度电加热功能，特殊航空加热膜，运用 PLD控制，内置过热保护，安全可靠；（LGJ-35C/50C/80C 除外）冷阱外置提高设备的捕水能力，减少冻干过程中冷阱温度对物料的干扰，保证物料冻干质量一致性，提高冻干效率，降低能源损耗；采用进口压缩机单机混合制冷技术，国际标准绿色环保冷媒，制冷迅速，冷阱温度低，捕水能力强；具有自动化霜功能；选配 UPS 不间断电源；自动复压掺气系统：减少样品二次污染，可定量（选配）回填氮气或惰性气体；提供洁净室安装解决方案；真空度全程自动控制，可选配真空度调节功能；选配共晶点共熔点测试功能，更好的优化样品升华工艺；选配上位机控制。达标冷阱温度： ≤ -70℃ （空载，环境温度 ≤ 30℃）极限冷阱温度： ≤ -75℃ （空载，环境温度 ≤ 25℃）达标预冻室温度： ≤ -55℃ （空载，环境温度 ≤ 30℃）极限预冻室温度： ≤ -61℃ （空载，环境温度 ≤ 25℃）达标真空度： ≤ 5Pa（空载）极限真空度： ≤ 1Pa（空载）预冻室降温速率：20℃降至 -40℃≤ 60min（空载）冷阱降温速率：20℃降至 -40℃≤ 20min（空载）真空抽气速率：标准大气压降至 5Pa ≤ 15min（空载）搁板控温范围：-40℃～ +70℃ （LGJ-35C/50C/80C 除外）电源要求：AC380V 50Hz 三相五线制 或 AC220V 50Hz 总功率：4000W适用环境：≤ 30℃四环土壤冻干机关于四环冻干四环福瑞科仪科技发展（北京）有限公司法人由原北京四环科学仪器厂有 限公司技术研发和管理负责人担任，是为客户提供专业真空冷冻干燥设备及解 决方案的服务供应商。我们秉承“以客户为中心，追求最高的客户满意度”的 服务理念，个性服务、创新设计、高效处理、可靠保障，可根据用户需求提供 和设计单个或多个符合 GMP 相关标准的冻干设备配套系统，如负压和无菌隔 离器、自动进出料及外置 CIP 等系统。 我们以共赢发展为本，技术服务为根，在臻于完善中与众不同，在持续发 展中追求卓越。 个性服务：专业沟通，科学分析，根据用户需求和物料 特性提供精准设备方案。创新设计：需求牵引，高端配置，结构紧凑，操作维护简单。高效处理：数字全程控制，实现系统优化，物料冻干高效。技术保障：快捷高品质的全寿命质量周期服务，保障产 品稳定可靠安全运行。

真空冷冻干燥技术优点(1) 对热敏性物质特别适用，因为冷冻干燥在低温下进行。如蛋白质、微生物之类不会发生变性或失去生物活力。(2) 在低温干燥时，物质中的一些挥发性成分损失小，适合一些化学产品、药品和食品的干燥等。(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状。(4) 在冻结的状态后干燥机体几乎不变，保持了原来的结构。不会发生浓缩现象。(5) 干燥后的物质疏松多孔，呈海绵状，加水后溶解速度完全，几乎立即恢复原状。(6) 在真空条件下进行，氧气极少，因此一些易氧化的物质得到保护。(7) 物质可长期保存不导致变质。真空冷冻干燥技术食品的特点在真空冷冻干燥过程下，果蔬中的水会迅速形成冰晶的形态，避免了果蔬内部水向其表面毛细流动迁移而导致可溶性物质和营养物流失。其不破坏组织结构，复水性极好，最大限度地保持原有的色、香、味。冷冻干燥后的果蔬可使一些热敏性或极易氧化氮的物质损失大大的减少，保存了物质中的维生素、蛋白质、碳水化合物等营养成分，在国外研究资料表明，保存1-2年的冷冻干燥食品的营养可以完全代替新鲜食品。在包装上，真空冷冻干燥食品均可采用真空包装或冲氮包装，避光保存。由于含水量很少，运输、销售时不用低温保藏，并且保存期限长。脱水彻底后，重量减轻，方便运输，可在常温下保管。是一种家用方便的食品。在食品上的应用20世纪50年代，食品冷冻干燥已从实验研究应用到小规模生产，随着技术的不断突破，又向规模工业化发展。近年人们越来越注重加工食品的方便、营养保健和高品质，因此对冻干食品的需求不断增加。几乎所有的食品原料，果蔬、肉禽、蛋等都可以进行真空冷冻干燥加工。真空冷冻干燥的食品有以下几种类:蔬菜类:葱、蒜、蘑菇、香菜、芦笋、胡萝卜、黄花菜、豌豆、洋葱等。水果类:香蕉、苹果、草莓、哈密瓜、菠萝等。肉禽类:猪肉、牛肉、羊肉、鸡肉等。保健类:人参、鹿茸、蜂王浆、蜂蜜、花粉、蟹粉等。食品冷冻干燥技术的发展趋势进入21世纪以后，随着人们环保意识、健康意识的不断增强，生活节奏的不断加快，人们对科学加工的食品产生了更高的认识、提出了更多的要求，这将大大推动食品真空冷冻干燥技术的进一步发展。关于四环四环福瑞科仪科技发展（北京）有限公司法人由原北京四环科学仪器厂有 限公司技术研发和管理负责人担任，是为客户提供专业真空冷冻干燥设备及解 决方案的服务供应商。我们秉承“以客户为中心，追求最高的客户满意度”的 服务理念，个性服务、创新设计、高效处理、可靠保障，可根据用户需求提供 和设计单个或多个符合 GMP 相关标准的冻干设备配套系统，如负压和无菌隔 离器、自动进出料及外置 CIP 等系统。我们以共赢发展为本，技术服务为根，在臻于完善中与众不同，在持续发 展中追求卓越。

前言冷冻干燥过程是通过调节冻干机的板层控制温度，将物料真空冷冻到共晶点温度以下，在保证物料中水分完全冻结成小冰晶的情况下，对冷阱进行降温，当降至适当温度时，使用真空泵对箱体抽真空，使箱体内部维持较低的真空度，这一过程使物料中的水分由固态冰直接升华成气态水蒸气。然后再用真空系统的捕水器将水蒸气冷凝，降低物料中的水分含量，从而获得干燥脱水制品的高新干燥技术。真空冷冻干燥技术也会用在食品方面，冻干食品被认为是高档的脱水食品，占方便食品的比例越来越大，并广泛应用到食品工业的各个领域。同时，该技术的冷冻干燥产品能够很好地吻合“绿色食品”、“保健食品”、“方便食品”、三大食品的发展趋势，因此冷冻干燥食品逐渐取得人们关注。真空冷冻干燥技术的原理真空冷冻干燥基本原理是基于水的三种变化，即固态、液态和气态，三相态既可以相互转换也可以共存。是把物料预先快速冻结，使物料中的水分变成固态的冰，然后在适当的真空度下，将物料中的水分从固态升华成为气态，再以解析干燥除去部分结合水，从而达到低温脱水干燥的目的。冷冻干燥过程分为预冻、升华干燥、解析干燥3个过程。从图1的带箭头的线可以清楚地看出:(1) 当压力高于610.5pa时，从固态冰开始，水等压加热升温的结果是先经过液态再达到气态。(2) 当压力低于610.5pa时，水从固态冰加热升温的结果是直接由固态转化为气态。这样可将物料先冷冻，然后在真空状态下对其加热。使物料中的水分由固态冰直接转化为水蒸气蒸发出来，达到干燥的目的。这就是真空冷冻干燥的基本原理。真空冷冻干燥加工工艺与特点不同产品，由于其品种、成分、含水量、共晶点和崩解温度等的差异，所需要的冻干工艺也不同。同一种样品，使用不同的冻干机或同一冻干机不同的装机容量，其冻干工艺也是有差别的。3.1真空冻干食品生产工艺的过程真空冻干食品生产工艺共分四个步骤，即前处理、速冻、升华干燥和后处理，这四步生产流程，可由相应设备组成的生产线来完成。3.1.1 前处理即对需要干燥食品的预处理，包括选料、清洗、切分、漂烫、杀菌等。3.1.2速冻将经过前处理的物料进行迅速降温冻结，冻结的越快，物料中冰结晶越小，对物料结构组织破坏越小，且冻结时间短，蛋白质在凝聚和浓缩作用下，不会发生质变。3.1.3 升华干燥将速冻后的食品送入真空升华干燥仓进行干燥，要求真空度要很快达到升华压力，并及时供给升华热，来维持升华温度不变。3.1.4后处理即对干燥后的物品进行挑选、计量、包装。产品介绍关于四环冻干机四环福瑞科仪科技发展（北京）有限公司法人由原北京四环科学仪器厂有 限公司技术研发和管理负责人担任，是为客户提供专业真空冷冻干燥设备及解 决方案的服务供应商。我们秉承“以客户为中心，追求最高的客户满意度”的 服务理念，个性服务、创新设计、高效处理、可靠保障，可根据用户需求提供 和设计单个或多个符合 gmp 相关标准的冻干设备配套系统，如负压和无菌隔 离器、自动进出料及外置 cip 等系统。我们以共赢发展为本，技术服务为根，在臻于完善中与众不同，在持续发 展中追求卓越。

药品冷冻干燥原理原理:指把药品溶液在低温下冻结，然后在真空条件下升华干燥，除去冰晶，待升华结束后再进行解吸干燥，除去部分结合水的干燥方法。该过程主要可分为:药品准备、预冻、一次干燥(升华干燥 )和二次干燥(解吸干燥)、密封保存等五个步骤。药品按上述方法冻干后，可在室温下避光长期贮存，需要使用时，加蒸馏水或生理盐水制成悬浮液，即可恢复到冻干前的状态。技术优势与其它干燥方法相比，药品冷冻干燥法具有非常突出的优点和特点:药液在冻结前分装，剂量准确；在低温下干燥，能使被干燥药品中的热敏物质保留下来；在低压下干燥，被干燥药品不易氧化变质，同时能因缺氧而灭菌或抑制某些细菌的活力;冻结时被干燥药品可形成“骨架”，干燥后能保持原形，形成多孔结构而且颜色基本不变;复水性好，冻干药品可迅速吸水还原成冻干前的状态;脱水彻底，适合长途运输和长期保存。冻干工艺曲线影响因素冻干曲线设计（预冻过程）冻干曲线设计（升华干燥）冻干曲线设计（解析干燥）四环冻干产品系列关于四环冻干四环福瑞科仪科技发展（北京）有限公司法人由原北京四环科学仪器厂有 限公司技术研发和管理负责人担任，是为客户提供专业真空冷冻干燥设备及解 决方案的服务供应商。我们秉承“以客户为中心，追求最高的客户满意度”的 服务理念，个性服务、创新设计、高效处理、可靠保障，可根据用户需求提供 和设计单个或多个符合 GMP 相关标准的冻干设备配套系统，如负压和无菌隔 离器、自动进出料及外置 CIP 等系统。 我们以共赢发展为本，技术服务为根，在臻于完善中与众不同，在持续发 展中追求卓越。 个性服务：专业沟通，科学分析，根据用户需求和物料 特性提供精准设备方案。创新设计：需求牵引，高端配置，结构紧凑，操作维护简单。高效处理：数字全程控制，实现系统优化，物料冻干高效。技术保障：快捷高品质的全寿命质量周期服务，保障产 品稳定可靠安全运行。

药品生产中冷冻干燥技术1产品的预冻技术药品在进行冷冻干燥处理之前需要进行预冻处理，预冻的目的是将药品的形态保持在最终成品的形态，如圆形固态药品会将药液放入模具中进行预冻处理，在正式冷冻干燥过程中药品将一直保持这种形态直到最终成品。预冻的温度。由于药液是一种混合物，所以其冻结时所需的温度不同于水的温度，温度过高药品仍保持着液体的形态，温度过低则会导致药品冻裂等情况，无论是哪种都不利于继续干燥处理。在预冻结束之后才会进行真空处理，而之后药品维持固态才能抽取空气,否则会在药液中产生气泡造成药液浪费。预冻时间。由于药液属于混合物，其导热性能分布不均，存在传热滞后性是十分正常的，为了保证这个药品的温度一致，预冻的时间要足够充分，时间过短内部药品仍处于液态，无法满足后续的加工要求。而且时间的长短是根据产品内制剂的容量多少，板层大小、传热载体自身的性能来决定，通常情况下大约 2个小时就能够彻底冻结。预计冻结的真空度。在药品和隔板直接接触的表面会出现温度差，虽然数值上差距并不大，但是对于药品的质量影响却很大，因为温度差异会引起压力的变化，药品容易出现裂缝等问题。2产品的生化干燥技术升华过程药品中的水直接转化为气态，此过程需要吸收热量，实验证明热量供应的方式会影响到升华的效果。目前干燥技术的供热方式主要有三种，分别为热传导、热辐射和热对流，这三种形式能够提供较为稳定的热量。升华干燥时的温度。温度应该控制在药品融化温以下，过高温度会让药品变为液态形式或是固体形状发生变化，为了保证升华效果就必须严格控制温度，高温也容易造成药品出现裂缝。升华干燥时的真空度。真空度直接关系到空气压强大小，由于升华速率和压强有着联系，将真空度控制在一定的范围内能够加速升华的效果。3产品的解析干燥技术解析干燥是进一步除去产品中吸附的水分﹐使含水量符合工艺要求的过程该阶段的最高温度视产品性质及成品要求的含水量而定。结语解析干燥是进一步除去产品中吸附的水分﹐使含水量符合工艺要求的过程该阶段的最高温度视产品性质及成品要求的含水量而定。产品的解析干燥技术四环福瑞科仪科技发展北京有限公司制造的LGJ-20G/30G/40G系列制药冻干机，作为直接与药品生产接触的设备，制药装备制造具有十分严格的生产工艺标准与规范，较其他设备的自动化升级更具难度，该系列冻干机整机通过CE认证。控制软件系统为 LINUX 系统，冻干过程均有可编程程序自动控制，可实时切换为人工操作，实现冻干过程全程参数控制， 在运行过程中系统自动监控检测并记录储存相关数据，可通过标配远程系统进行监控和检测维护，支持大数据和智慧实验室建设，选配数字密码签名，审计追踪。全国服务热线 400-008-2009

药品产业的产品质量直接关系到病人的生命健康，如何快速生产出质量合格，药效高的药品是对于制药企业的要求，现代制药过程中使用冷冻干燥技术实现对药品的干燥和提纯，以其精确度和高效性而被企业所青睐，下文进行具体的分析。冷冻干燥技术基本原理研究冷冻干燥的主要目的是通过升华的方式直接取出药品中的水分，因为液态水会对药品的质量造成很大的影响，尤其是一些颗粒药物，有液态水的存在会对药效产生很大的干扰。利用冷冻干燥技术直接将成品中的水分去除十分便捷，更不会对药物本身的质量产生影响，是制药过程中使用较为广泛的技术。如果压力超过了610.5Pa的时候，从固态冰开始，水等压加热升温的结果都是历经液态之后才会进入气态。当压力小于610.5Pa的时候，固态冰加热升温的结果就是从固态直接变成气态。针对上述情况，我们可以先将物料进行冷冻处理，之后在真空环境中对其进行加热，使固态并直接以水蒸气的形式散发出来，以达到干燥的目的。药品冷冻干燥技术及其技术优势分析所谓的冷冻干燥工艺的原理就是对已经过简单干燥工艺的药液进行低温处理，让药液内部的水分结冰，然后将冻结的药液放置于真空条件下热处理，因此使得药液中结冰的水直接升华为气体排出，至此药液变成最干燥状态。对于药品进行冻干，通过其操作过程不难发现对于药品的成分控制极具优势，通过控制压力和温度来制作不同成分的药品，由于数控的精确性保证了药品的质量，在制药中被广泛使用。采用此方法具有以下几个方面的特征:可以克服采用最终灭菌方法生产的无菌液体注射剂的不稳定问题，冻干药品具有极好的药物稳定性;药品的最终状态是固体粉末，这样使药品有效的避免被水溶解;降低有些药品在热处理过程的敏感度;冻干药品在医护人员使用时，由于环境温度增高，更加易溶解;冻干药品在优良的制造工艺特点下很难受到外界微粒的感染。在进行药品冻干这项工作前﹐应该将药液依照一定的分量均匀放置在适当容器中，而容器的首选即玻璃瓶亦或是安瓿，确保表面不同时厚度薄，之后搁置于冻干箱开始作业。冻干工艺过程大致可以分为预冻结、一次干燥和二次干燥，大约需要15到24h才能冻干产品，同时干燥时间容易受到多方因素的影响，比如每个瓶子的装量以及瓶子的形状、规格等。预冻也就是冷冻制品冷冻的过程。预冻不但可以保证物质性质，还可使冻后产品仍有正常的结构。分析干燥情况可以看出，其直接和冻结相互关联，而冻结则是由于受到一定的脱水气速度灯箱，影响到冻干产品质量。在相关的冻干中，第一步进行液体冷冻，在此基础上，根据质量要求标准，将其溶液进行分离处理，主要包括溶质、冰晶两部分。第二步是将需要进行冷冻处理的物品装入特定的容器中，为了提升工作效率最好选用容积较大的容器，也就是制品的表面更大一些，厚度降低些。因为通过冷藏而形成的冰晶在形状、尺寸、分布等问题都会对干燥制品的活性、构造、颜色以及溶解性等层面产生影响，所以，采用何种程序、制品的结晶状态和速度的快慢会直接影响到其整体的质量。冻结共组结束之后，务必要达到标准要求后方能进入升华环节，通常情况下，一次干燥是以搁板、产品温度以及内部压力之间的固有联系为特征的。对药品的冷冻需要依靠隔板来传递温度,隔板上的温度就是药品的温度，在记性降温的过程中，对于温度的检测主要对象就是隔板，精确温度才能保证药品干燥的程度，关系到最终药品的质量。关键点还在于内部的压力，对于压力的控制也应该保证精确。四环福瑞科仪科技发展北京有限公司制造的LGJ-20G/30G/40G系列制药冻干机，作为直接与药品生产接触的设备，制药装备制造具有十分严格的生产工艺标准与规范，较其他设备的自动化升级更具难度，该系列冻干机整机通过CE认证。控制软件系统为 LINUX 系统，冻干过程均有可编程程序自动控制，可实时切换为人工操作，实现冻干过程全程参数控制， 在运行过程中系统自动监控检测并记录储存相关数据，可通过标配远程系统进行监控和检测维护，支持大数据和智慧实验室建设，选配数字密码签名，审计追踪。全国服务热线 400-008-2009

#01退火工艺参数的设计：依据预冻过程和退火的原理可知，退火涉及三个关键工艺参数:退火温度，退火维持时间，退火后降温时间。根据热力学原理，退火温度应高于最大浓缩液玻璃化转变温度(temperature of vitreoustransformation) Tg’，因为只有高于此温度时，已固化的非晶相才会回复成溶液状态，促进非晶态溶液中的水和其他物质重新结晶。有的文献认为应小于或等于共熔温度，因为在此温度才更有利于重结晶，而有的重结晶现象可以直接在热分析图谱中直接看到。因此DSC热分析是研究退火条件的重要手段。甘露醇/蛋白溶液DSC分析曲线退火维持时间，应该由溶质的结晶性质，退火的温度和装载高度等诸多因素决定，因此目前还没有合适的数学模型。#02退火的意义：退火能够促进结晶增长，扩大升华孔道，减小升华阻力，缩短冻干时间，并且容易获得优雅的外观。有实验研究表明，2%甘露醇冻干后的横截面，在-3℃退火4小时后，孔径由原来90μm变成了120m孔，初次干燥时间由1030min减小到790min。(以下两组照片能明显看出不同预冻速率冻干后粉饼区别)初次冻结过程由于成核温度的差异产生不同的晶粒形态和大小，从而使升华干燥不均匀，退火过程中的重结晶可减小这种差异，使产品更加均一。退火过程能够释放出非晶态中可结晶物，提高非晶相Tg’，如甘氨酸和蔗糖(1:1）配方在-20°℃下退火，可使甘氨酸结晶析出，产品的Tg’由-44℃升高至-33℃，而且充足的结晶性骨架可以保证粉饼即使在高于Tg’的温度进行初次干燥，依然能维持良好的外观，这样就能大大提高允许的干燥温度，缩短冻干周期。退火过程能够释放出非晶态中的水分，使其重结晶，而使解析干燥变得容易。同时使冻干粉Tg升高，从而提高稳定性。但是需要注意的是，退火过程会造成冷冻浓缩液相分离，浓缩液中蛋白质在固液界面处可能发生变性。总结应用QbD的理念，在设计冻干工艺过程中，预冻阶段是否退火及退火工艺参数的是必须要考虑的内容，可以通过溶质的性质，装填体积等信息及DSC热分析，电镜扫描等检测结果进行综合考虑。一个经过良好设计的退火工艺不仅能大大缩短冻干周期，而且能够提高冻干粉的稳定性。四环冻干机四环福瑞科仪科技发展（北京）有限公司法人由原北京四环科学仪器厂有 限公司技术研发和管理负责人担任，是为客户提供专业真空冷冻干燥设备及解 决方案的服务供应商。我们秉承“以客户为中心，追求最高的客户满意度”的 服务理念，个性服务、创新设计、高效处理、可靠保障，可根据用户需求提供 和设计单个或多个符合 GMP 相关标准的冻干设备配套系统，如负压和无菌隔 离器、自动进出料及外置 CIP 等系统。 我们以共赢发展为本，技术服务为根，在臻于完善中与众不同，在持续发 展中追求卓越。

前言冷冻干燥工艺三个步骤：预冻—次干燥二次干燥其中预冻阶段除了将液体冻结为固体，还有将溶质与溶液通过相变进行分离的作用，因此一个好的预冻工艺不仅决定了后续步骤中干燥的效率，也会影响产品的关键质量属性（如：产品的水分，复溶速率等）。而在预冻工艺的设计中，退火是优化冻干工艺非常重要的一个手段。#01预冻过程介绍：在退火程序开始前，溶液已经经历了一次预冻过程被冻结成固体，此时固体的组成对研究退火工艺至关重要。可以通过二元相图进行简要的描述预冻过程。阶段一：(A→B→C→D)溶液从室温A开始降温，到达冰点B，由于无晶核存在，不发生结晶，从而形成过冷溶液，当到达C点时，形成晶核，发生结晶，整个溶液温度会回到冰点D点让水继续结晶。阶段二：(D→Te)随着水结晶增多，未冻结相溶质浓度增大，当到达共晶点Te时，理论上会形成共晶体，但是实际上会有部分溶液无法形成共晶（根据溶质性质，形成共晶的比例会不同)阶段三：(Te→E→Tg’）非晶态溶液继续降温形成过饱和溶液，最终在Tg’点完全固化，形成玻璃体，同时玻璃体中也会包含部分未来得及结晶的水分子即结合水。阶段四:(Tg’→F）进一步降温，这时结晶相和非晶相比例不会改变，此时形成了一个即有水的冰晶，共晶体，玻璃体的混合物。以上的四个阶段都是理想的状况，而实际的预冻过程会更加复杂，预冻速率的加快会加重这种复杂程度，首先有部分水分子没有来得及按照理想状况形成晶格，而被包裹进非晶相溶液中；其次结晶快速生长会将非均相溶液分散隔绝开，不同区域内溶质浓度、性质区别也很大，如表面富集现象。#02退火的原理：退火程序是将已冻结样品由温度F点升高到一定温度维持，再降低到F点冻结的过程。从动力学角度来看，退火过程遵循吉布斯-居里-乌洛普的表面能理论：晶体的平衡形状应该是使晶体单位体积具有最小的总表面积自由能，简单来说就是表面积；体积比值趋向于最小化，即小的体积变成大体积，片状变成球状或圆柱状。从热力学角度来看，退火过程中存在两个变化，非晶态物质在高于Tg’时粘度会随温度升高而降低，从而发生流动、聚合；晶态的物质，小的冰晶分子会向大的冰晶迁移。四环冻干机四环福瑞科仪科技发展（北京）有限公司法人由原北京四环科学仪器厂有 限公司技术研发和管理负责人担任，是为客户提供专业真空冷冻干燥设备及解 决方案的服务供应商。我们秉承“以客户为中心，追求最高的客户满意度”的 服务理念，个性服务、创新设计、高效处理、可靠保障，可根据用户需求提供 和设计单个或多个符合 GMP 相关标准的冻干设备配套系统，如负压和无菌隔 离器、自动进出料及外置 CIP 等系统。 我们以共赢发展为本，技术服务为根，在臻于完善中与众不同，在持续发 展中追求卓越。

　冻干机具有原位冷冻干燥的功能，消除了从预冷冻到干燥的人工干预。与传统的钟罩式冷冻干燥机相比，它更先进、更有优势。冻干机采用PLC控制系统，一键启动，智能控制，省时省力省心！过程可以设置，控制模式可以从真空模式切换到程序模式。适用于各种产品的冷冻干燥，可用于家庭、实验室和食品厂的产品研发。　　在冻干机操作中，如何快速的把物料冷冻干燥（简称：冻干），最为关键的环节就要了解物料的特性、共熔点（或共晶点）温度。如果能够在物料温度上升到共熔点之前把大部分的水分抽去，那么成功冻干该物料也就不远了。　　所谓共熔点，就是物料里的溶液全部凝结的温度。通常我们可以在预冻阶段通过冻干机观察窗来观察物料性状的变化来获得。当物料开始结冰的时候，浸入物料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，我们录得的温度就大致接近于共熔点（或共晶点）温度。　　在共熔点（或共晶点）之前除去90%以上的水分的过程称为一次干燥期。判断一次干燥结束的时间也是比较重要的。过早或过晚判断，都会造成冻感、干品质的降低或能量和时间的消耗。最直观的方法，是根据物料的形状来判断。一次干燥后期，大部分水分被抽去。就好象随着洪水退去，墙面的水线不断下降一样，我们可以观测到物料上面也有一条水线不断下降，直至消失。水线消失，也就意味着一次干燥即将结束了。第二种方法，可以根据箱内压力的变化趋势来加以判断，当大部分被除去以后，箱内的压力将不断下降，直至呈现线形。第三种方法，可以根据物料温度的变化来判断。当大部分被抽去以后，我们会发现，物料的温度与搁板的温度会越来越接近。　　为了缩短干燥时间，除了可在预冻阶段的晶形做文章以外，还可以在升华阶段适当地掺入气体，使真空值在一定范围内波动（一般不宜超过30Pa）。这种办法使热传递方式不再是靠热传导来主打，还增强了热对流的方式，加快了水分解析的速度，每每奏效。

      目前，人们对保存和延长食品保质期的需求越来越明显。工艺要适度，食品的成分不要改变或破坏，不要添加任何添加剂。因此，为了满足这些要求，真空冷冻干燥逐渐成为一种优秀的保鲜方法。　　由于牛的体温是摄氏39度左右，所以活性免冻干机疫球蛋白在这一温度线下才能有效保存。超过40度的温度，牛初乳当中的活性免疫球蛋白就开始失去活性。所以在生产牛初乳过程中温度的控制就成了关键所在。牛奶冻干粉、冻干牛初乳等冻干奶制品才会保持美的活性。尤其牛初乳天然含有大量具不同生理活性的营养组分，是自然界免疫因子为富集的食品资源之一。　　由于马奶品质优良，营养价值丰富，正越来越受大众欢迎。它尤其易于消化，脂肪含量低，且矿物质和酶含量丰富。特别是其具有较高含量的同工酶和乳铁蛋白，非常适合用于医疗行业。这些酶类是抑菌抗菌的，所以也被称为天然抗生素。例如，马奶被推荐用于过敏、 湿疹、克隆氏病、代谢紊乱的治疗，及改善免疫系统，对治疗进行辅助支持。它不仅冻干机可作为食品，也可用于化妆品中。马奶是名副其实的青春之泉：内含有的各类蛋白质、氨基酸、脂类和矿物质，对于缓解干燥、脱水和紧皱的肌肤具有非常理想的效果。　　食品冻干机主要功能：　　1.隔板预冻功能。　　2.可充氮气或者惰性气体进行干燥后的保存。　　3.采用压缩机，高效稳定、噪音低。　　4.采用优质真空泵，抽速大、噪音低。　　5.冻干自动控制系统：可程序化编程，从冻干到除霜均程序化控制。　　6.板层：采用焊接工艺，板层无泄漏。　　7.冻干终点测试系统：可在解析干燥阶段结束后自动进行冻干终点测试，确保物质含水率到达标准要求。

冻干新工艺正在逐步推广，新工艺实现了液体产品自动分装，自动加塞，冻干结束后在冻干箱内机械压塞，然后出箱压铝帽。该方法提高了冻干产品的质量，减轻了工人的劳动强度，也改进了产品的包装。      由于自动加塞和床塞实现了机械化操作，为了使机械操作能顺利进行，减少塞子与机械、塞子与瓶子的摩擦力，减少压塞的总力，需要对橡皮塞预先进行硅化处理。      橡皮塞的硅化处理方法各厂各不相同，至今没有统一规定，而且基本上是采用干式硅化处理方法。干式的缺点是硅油涂布不均匀，塞子的一些凹陷部分不易涂布到硅油。现在介绍一种湿式硅化处理橡皮塞的方法，整个处理方法如下:      关于硅化剂应采用医药用硅油，其运动粘度为350厘米左右。      由于橡皮塞在制造和运输之中会沾染一些尘土和颗粒，因此要用洗涤剂对塞子进行清洗，以去除尘土和颗粒，然后用清水冲去洗涤剂，再用蒸倔水（去离子水）冲洗。      洗净的塞子放入清洁的不锈钢容器内，用注射用水浸没塞子，水面约高出塞子平面25毫米左右，然后根据塞子的数量滴入水中一定量硅油，硅油将浮于水面，不断搅拌塞子，硅油将会均匀地涂布到所有塞子的全部表面，然后把水放掉。也可用2-5%浓度的硅油乳化液浸泡进行硅化处理，这样就不需要进行搅拌。      把硅化的塞子进行干燥处理，可用空气干燥或真空干燥法，然后进行高压消毒，而不要用干热消毒法，消毒后的塞子便可直接使用。     四环福瑞科仪科技发展（北京）有限公司法人由原北京四环科学仪器厂有限公司技术研发和管理负责人担任，是为客户提供专业真空冷冻干燥设备及解 决方案的服务供应商。我们秉承“以客户为中心，追求最高的客户满意度”的 服务理念，个性服务、创新设计、高效处理、可靠保障，可根据用户需求提供和设计单个或多个符合GMP相关标准的冻干设备配套系统，如负压和无菌隔离器、自动进出料及外置CIP等系统。     我们以共赢发展为本，技术服务为根，在臻于完善中与众不同，在持续发展中追求卓越。 

夏季实验室安全知识1.实验室内必须存放一定数量的消防器材，消防器材必须放置在便于取用的明显位置，指定专人管理，全体人员要爱护消防器材，并且按要求定期检查更换。⒉.实验室内存放的一切易燃、易爆物品(如，氢气、氢气、氧气等)必须与火源、电源保持一定距离，不得随意堆放。使用和储存易燃、易爆物品的实验室，严禁烟火。3.不得乱接乱拉电线，不得超负荷用电，实验室内不得有裸露的电线头，严禁用金属丝代替保险丝;电源开关箱内不得堆放物品。4.电器设备和线路、插头插座应经常检查，保持完好状态，发现可能引起火花、短路、发热和绝缘破损、老化等情况必须通知电工进行修理。电加热器、电烤箱等设备应做到人走电断。5.使用电烙铁，要放在非燃隔热的支架上，周围不应堆放可燃物，用后立即拨下电源插头。6.可燃性气体钢瓶与助燃气体钢瓶不得混合放置，各种钢瓶不得靠近热源、明火，要有防晒措施，禁止碰撞与敲击，保持油漆标志完好，专瓶专用。使用的可燃性气瓶，一般应放置室外阴凉和空气流通的地方，用管道通入室内，氢、氧和乙炔不能混放一处，要与使用的火源保持10m以上的距离。所有钢瓶都必须有固定装置固定，以防倾倒。7.实验室内未经批准、备案，不得使用大功率用电设备，以免超出用电负荷。8.严禁在楼内走廊上堆放物品，保证消防通畅通。