冷冻干燥技术.doc

绪论
冷冻干燥是将含水物质,先冻结成固态,而后使其中的水分从固态升华成气态,以除去水分而保存物质的方法。
这种干燥方法与通常的晒干、烘干、煮干、喷雾干燥及真空干燥相比有许多突出的优点,如:
(1)它是在低温下干燥,不使蛋白质、微生物之类产生变性或失去生物活力。这对于那些热敏性物质,如疫苗、菌类、毒种、血液制品等的干燥保存特别适用。
(2)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损失很小,是化学制品、药品和食品的优质干燥方法。
(3)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。
(4)干燥后体积、形状基本不变,物质呈海棉状,无干缩;复水时,与水的接触面大,能迅速还原成原来的性状。
(5)因系真空下干燥,氧气极少,使易氧化的物质得到了保护。
(6)能除去物质中95~99%的水分,制品的保存期长。
总之,冷冻干燥是一种优质的干燥方法。但是它需要比较昂贵的专用设备,干燥过程中的耗能较大,因此加工成本高,目前主要应用在以下一些方面:
(1)生物制品、药品方面:如抗菌素、抗***、诊断用品和疫苗等。
(2)微生物和藻类方面:如酵母、酵素、原生物、微细藻类等。
(3)生物标本、活组织方面:如制作各种动植物标本,干燥保存用于动物异种移植或同种移植的皮层、角膜、骨骼、主动脉、心瓣膜等边缘组织。
(4)制作用于光学显微镜、电子扫描和投射显微镜的小组织片。
(5)食品的干燥:如咖啡、茶叶、鱼肉蛋类、海藻、水果、蔬菜、调料、豆腐、方便食品等。
(6)高级营养品及中草药方面:如蜂王浆、蜂蜜、花粉、中草药制剂等。
(7)其他:如化工中的催化剂,冻干后可提高催化效率5-20倍;将植物叶子、土壤冻干后保存,用以研究土壤、肥料、气候对植物生长的影响及生长因子的作用;潮湿的木制文物、淹坏的书籍稿件等用冻干法干燥,能最大限度的保持原状等。
冷冻干燥能保存食物很早就为人们所知。古代北欧的海盗利用干寒空气的自然条件来干燥和保存食物,就是其中一列。但是,将冷冻干燥作为科学技术还是近百年来的事。1890年啊特曼(Altmann)在制作标本时,为了防止标本中的物质在有机溶剂中溶解,造成不可逆损失,改变过去用有机溶剂脱水的方法,采用冷冻干燥法冻干各种器官和组织。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。
1909年谢盖尔(Shackell)将冻干引入细菌学和血清学领域。他采用了盐水预冻,在真空状态下,用硫酸做吸水剂,对补体、抗***、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。
1912年卡瑞尔(Carrel)首先提出用冻干技术为外科移植保存组织。
1935年第一台商用冻干机问世。1940年冻干人血浆开始投入市场。第二次世界大战中,由于需要大量的冻干人血浆和青霉素,因而冻干在医药、血液制品等方面的应用得到迅速的发展。艾尔塞(Elser)、沸烙斯道夫(Flosdorf)、格雷夫斯(Greaves)和他们的同事们,一方面进行冻干基础理论的研究,一方面进行装置大型化、现代化的改进,使冻干技术从实验室阶段向工业生产和产品商品化发展。战后,冻干法又迅速扩展到各种疫苗、药品等领域。
1930年沸烙斯道夫进行了食品冻干的试验,1949年他在著作中展望了冻干在食品和其他疏松材料方面应用的前景。二次世界大战后,英国食品部在啊伯丁(Aberdeen)的试验工厂也进行了食品冻干的研究。他们在综合了当时的一些研究成果的基础上,于1961年公布了试验成果,证明冻干法用于食品加工是一种能获得优质食品的方法。随后在美、日、英、加等国相继建立起冻干食品的工厂,到1965年全球已有食品冻干工厂50多家,后来随着越南战争的需要,美国军需定货增多,加之冻干工艺的改进,生产成本的降低,在日、美等国食品冻干的发展就更为迅速。现在冻干食品除在宇宙航行、军队、登山、航海、探险等特殊场合受到欢迎外,在一般民用食品中也确立了稳定的地位。1985年仅日本就有25家公司生产冻干食品,其总销售额为1700亿日元。
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年沸烙斯道夫出版了他的世界上第一本有关冻干技术及理论的专著。1951年和1958年先后在英国伦敦召开了第一界和第二界以冻干为主题的专题讨论会。后来国际制冷学会将冷冻干燥列为C1委员会的学术内容之一。
经过约半个世纪的发展,冻干设备和技术已趋于完善。现代先进的冻干设备不仅能能满足各种冻干工艺加工的要求,在操作控制上已成功地采用了电子计算机全自动控制;在工艺上发明了为改善加热条件,缩短冻干周期的循环压力法,调压升华法和监控干燥结束的压力检查法;在医药品冻干中,可在真空条件下对小瓶自动加塞,对安瓶的自动溶封等。