冻干技术(真空冷冻干燥)的操作流程主要包括预冻、升华干燥、解析干燥三大阶段,具体步骤如下:
物料预处理
将待冻干物料(液体、悬浮液或固体)分装至专用容器(如西林瓶、托盘等),厚度均匀(一般≤10mm),避免过厚影响干燥效率34。
对热敏感物料可添加保护剂(蔗糖),防止冻干过程中结构破坏2。
设备检查与清洁
确保冻干机箱体、搁板、冷阱(捕水器)清洁无残留,密封圈完好5。
检查真空泵油位、制冷系统、加热系统及传感器是否正常5。
快速冻结物料
预冻温度:通常≤-40℃(工业机型可达-120℃)24。
预冻时间:2~4小时(依物料体积和热传导性调整)3。
将物料放入冻干机搁板或低温冰箱(-80℃以下)中预冻,使物料冻结形成稳定冰晶34。
关键参数:
避免冰晶融化
预冻后快速转移至冻干机腔体,避免回温导致冰晶融化3。
启动真空系统:
关闭箱门,启动真空泵,逐步抽真空至0.1~0.2mbar(过低真空可能导致热量不足)34。
控温加热:
隔板升温至-20℃~0℃(低于冰的升华温度但提供升华热)34。
通过电加热或循环介质(导热油/水)均匀传热,避免局部过热24。
冷阱捕水:
冷阱温度维持≤-40℃,捕获升华的水蒸气,防止水汽返回腔体35。
持续时间:数小时至数十小时,直至冰晶升华(肉眼观察无冰霜)3。
提高温度:隔板升温至25℃~50℃(病毒类产品需严格控制温度)34。
维持真空:继续抽真空,去除物料中残留的结合水3。
结束标志:样品温度接近隔板温度,且真空度稳定,表明水分已基本去除3。
回填气体
干燥完成后,缓慢充入氮气或干燥空气至常压,避免物料受潮或氧化35。
关机与清理
关闭真空泵、制冷系统和加热装置,切断电源。
清理冷阱中的霜冰(可通过升温或蒸汽化霜),清洁腔室和搁板35。
温度与真空度控制
初级干燥时,隔板温度需低于0℃,避免冰晶融化;二级干燥时逐步升温34。
冷阱温度必须始终低于物料温度,否则水蒸气无法凝结3。
防止污染
预冻后物料需快速转移,减少回温风险3。
使用防护罩隔离隔板与冷阱,避免交叉污染3。
设备维护
定期更换真空泵油,清理冷阱和排水管,检查密封性5。
避免频繁启停设备,减少机械磨损3。
物料类型 | 预冻温度 | 主干燥温度 | 真空度 | 备注 |
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蛋白质溶液 | -50℃~-80℃ | -20℃~0℃ | 0.1~0.2mbar | 添加蔗糖、保护结构 |
中草药提取物 | -40℃~-60℃ | 0℃~25℃ | 0.1~0.5mbar | 二次干燥需延长时间 |
细菌/病毒悬液 | -80℃以下 | ≤25℃ | 0.1mbar以下 | 严格控温,避免失活 |
通过以上流程,冻干技术可在低温、真空条件下实现物料的脱水,保留其活性成分和结构完整性。实际操作需根据物料特性和设备型号调整参数