純化產品的冷凍干燥保存

純化產品的冷凍干燥保存

一、冷凍干燥的原理、優點

冷凍干燥就是把含有大量水份物質預先凍結成固體，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，而物質本身留在凍結時的冰架子中，因此干燥后的產品體積幾乎不變。整個干燥是在較低的溫度下進行的。

冷凍干燥的優點：

1. 低溫冷凍干燥對許多熱敏性物質特別使用。如蛋白質、微生物等不會發生變性或失活，廣泛的應用于醫藥工業。

2.低溫冷凍干燥時，產品揮發性成份損失小，因而應用于食品、藥品和化工產品等。

3.低溫冷凍干燥過程中，可以有效抑制微生物的生長和酶的作用。

4.低溫冷凍干燥基本保證了產品的原有的結構，不會發生濃縮現象。

5.干燥后的產品疏松多孔呈海綿狀，加水后溶解，可迅速恢復原來的形狀。

6.真空干燥時基本不含氧氣，因此一些易氧化的物質得到保護。

7.低溫冷凍干燥可排除95%以上的水份，干燥后的產品能長期保存不變質。

二、冷凍干燥的操作程序

1、準備工作

產品共熔點的測定：水溶液的冰點會低于溶媒的冰點（詳細原理請見物理化學），冷卻溶媒液開始析出晶體的溫度稱為冰點，全部凝結的溫度叫做溶液的凝固點。反之，加熱凝固的溶媒時，凝固點就是溶化的開始點，所以凝固點又叫共熔點。測定共熔點的必要性：一方面，由于冷凍干燥是在真空狀態下進行，所以要求含有產品的溶媒液全部凍結后方可在真空下進行升華，否則未凍結的部分液體會在真空下迅速蒸發，造成溶媒的濃縮而使干產品的體積縮小，而且溶解在水中的氣體在真空下迅速冒出來，使凍干產品冒泡，甚至被帶出瓶外。為此凍結的溶媒在升華開始時必須冷卻到共熔點以下的溫度，才能使干產品真正凍結。另一方面，低溫加熱升華時不得超過共熔點的溫度，否則產品發生溶化，干燥后的產品將發生體積縮小，出現氣泡，顏色加深，溶解困難等現象。因此，可以說共熔點的測定是實驗成敗的關鍵。實驗室常用測共熔點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察法。

2、產品的預凍

a、需凍干的產品要配制成一定濃度的液體，一般在4～25%為宜。

b、產品的分裝：散裝和瓶裝。散裝可采用金屬盤、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、長安瓶和園安瓶等），各容器在分裝之前要求清洗干凈并進行滅菌處理。產品的分裝的要求：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：直接把產品放置在凍干機凍干箱內的多層隔板上進行冷凍；2、箱外預凍法：一種方法是低溫冰箱或酒精加干冰來進行預凍。另一種方法是專用的旋凍器，可把大瓶的產品邊旋轉邊冷凍成殼狀結構再進凍干箱；3、特殊預凍法，離心式預凍法，利用在真空下液體迅速蒸發，吸收本身的熱量而凍結，一般800轉/min。

d、預凍時要注意的問題：1、預凍速率，應根據產品選擇最優速率；2、預凍的最低溫度，應低于共熔點溫度；3、預凍時間，應恰好在抽真空之前（因此要提前使冷凝器工作，達到－40℃時，真空度達到100μHg）溶媒均已凍實（經驗值：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、產品第一階段的干燥

升華干燥階段加熱的溫度應接近于共熔點的溫度，但又不能超過共熔點的溫度。

第一階段使溶媒內凍結冰大部分升華，因此也稱該過程為升華干燥階段。升華是一個吸熱的過程，因此必須對產品低溫加熱，但絕不能超過共熔點的溫度。如果加熱的溫度低于共熔點的溫度過多，則升華的速率降低而延長了升華階段的時間。

影響升華干燥階段的因素：1、產品的本身，共熔點較高的產品易干燥，升華時間短；2、產品的分裝厚度,正常的升華速率大約每小時產品下降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品共熔點的溫度，維持12h左右，使產品中大部分動結冰升華。（實驗室常用的方法即過夜處理，因此實驗前要預計實驗進程）

5、產品第二階段的干燥

一旦產品內凍結的冰大部分（約90％冰已升華）升華完畢，產品的干燥進入第二階段，即解吸干燥階段。

解吸干燥階段，可以迅速使產品產品的溫度上升到該產品的最高容許溫度（25～40℃），并在該溫度下一直維持到凍干結束。

6、最后維持階段即凍干結束

怎樣判斷凍干結束？產品的溫度達到最高許可的溫度，并在這個溫度保存2h以上。凍干結束后，要把產品放入無菌干燥箱，然后盡快加塞封口，以防止重新吸收空氣的水份。

三、凍干曲線的制作和時序的制定

生物制品的冷凍干燥產品常需要一定的物理形態，如均勻的顏色、符合要求的含水量、良好的溶解性、高的存活率和較長的保存期。因此要優化各干燥步驟的參數，凍干曲線和時序就是進行冷凍干燥過程控制的基本依據。

凍干曲線是凍干箱隔板層的溫度（干燥中產品溫度受隔板層溫度控制）和時間的關系曲線。凍干時序是在凍干過程中，各設備起閉運行的情況。

制定凍干曲線和時間需要確定下列數據：

A．預凍速率

實驗室常用預凍溫度和裝箱時間來決定預凍速率。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，則產品裝箱之后再讓凍干箱降溫。

B．預凍的最低溫度：預凍最低溫度低于產品共熔點的溫度。

C．預凍時間

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．冷凝器降溫的時間

要求在預凍結束抽真空的時候，冷凝器的溫度要到達－40℃以下。冷凝器的降溫通常從開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（或真空度達到一定值時）停止隔板層的降溫。

F．抽真空時間

預凍結束即開始抽真空，直至干燥結束

G．真空控制時間

真空控制目的是為了改進凍干箱的熱量傳遞，通常在第二階段干燥時使用，待產品溫度達到最高許可溫度后停止使用，繼續恢復高真空狀態。

H．產品加熱的最高許可溫度

升華過程中，加熱溫度可以略超過產品的最高許可溫度，但在最后階段隔板層溫度應與產品最高許可溫度一致。

G．凍干的時間：18～24h