淺談冷凍干燥—Zirbus凍干機(jī)

    現(xiàn)代冷凍干燥技術(shù)起源于20世紀(jì)初，由前蘇聯(lián)科學(xué)家拉巴-斯塔羅仁茨基于1921年發(fā)明。該技術(shù)早期用于生物的脫水及制藥工業(yè)，第二次世界大戰(zhàn)后開(kāi)始用于食品工業(yè)。

    所有的生物體，無(wú)論是植物還是動(dòng)物，大部分是由水構(gòu)成的，水在維持生物體的構(gòu)造、機(jī)能方面起著重要的作用。有水，生物才有旺盛的生命力，一旦失水，生物形態(tài)就會(huì)潰糜，導(dǎo)致其機(jī)能降低，只要取出其水分或抑制生物體中的水的活動(dòng)即可。這種方法不僅對(duì)生物的生命活動(dòng)，而且對(duì)物質(zhì)的相關(guān)活性亦同樣適用。

    采用冷凍或干燥的方法長(zhǎng)期保存生物試樣，其根據(jù)來(lái)源于低溫或脫水狀態(tài)可抑制水的活動(dòng)。當(dāng)抑制了水的活動(dòng)時(shí)，生物試樣內(nèi)的所有化學(xué)反應(yīng)都趨于零的程度，物質(zhì)則可以保持不消耗。現(xiàn)在人們使用冷凍干燥法加工多種藥物，例如各種抗生素，疫苗，酶制劑，中藥注射劑，生物和基因工程產(chǎn)品等。

   如上圖，我們稱(chēng)之為水的三相圖。水在不同壓力和溫度下呈現(xiàn)的狀態(tài)是不同的，常見(jiàn)的水的狀態(tài)為氣態(tài)，液態(tài)，固態(tài)。三相圖中有些特殊點(diǎn)如水的三種狀態(tài)同時(shí)存在的點(diǎn)我們稱(chēng)之為三相點(diǎn)（Triple  Point）。三相點(diǎn)壓力610.5Pa，溫度0.01℃。以純水三相圖我們可知，當(dāng)壓力低于610.5Pa時(shí)，水只存在兩種狀態(tài)：固態(tài)和氣態(tài)。

    當(dāng)系統(tǒng)壓力低于610.5Pa時(shí)，給冰提供熱量時(shí)，冰能直接升華成氣態(tài)（發(fā)生于凍干倉(cāng)）；作為實(shí)驗(yàn)室型，可以選配加熱的隔板提高干燥效率或選擇不加熱隔板（從環(huán)境中吸收熱量或降低內(nèi)能）；大型生產(chǎn)型為了提率，則標(biāo)配隔板加熱。

    當(dāng)系統(tǒng)壓力低于610.5Pa時(shí)，給氣態(tài)水降溫時(shí)，氣態(tài)水直接凝華成固態(tài)（發(fā)生于冷凝器）。

    共晶點(diǎn)：以水為溶劑，當(dāng)在純水中加入溶質(zhì)后，整個(gè)體系——溶液的冰點(diǎn)會(huì)發(fā)生改變，直至這個(gè)溶液體系*被凍結(jié)的溫度我們稱(chēng)之為共晶點(diǎn)（Eutectic point）。如純水共晶點(diǎn)溫0℃，加入NaCl后配置成2%的NaCl溶液，則共晶點(diǎn)降為-29℃。下圖為ZIRBUS凍干機(jī)。