发展中的真空冷冻干燥技术

后的发展前景。
真空冷冻干燥技术简称冻干技术是研究在真空低温环境下，被冻干物料内外传热传质过程特点和规律的科学。它是门跨学科的复杂技术。冻干技术的发展需要真空制冷加热液压自动控制等技术的支持；冻千技术的应用涉及到生物工程医药工程食品工程材料工程等领域。近些年来，冻干技术在高新技术领域中的应用倍受人们关注，这说明冻干技术的应用不但量大面广，而且进入了高精尖的行列。
1发展冻干技术的动力社会需要是技术发展的动力。冻干技术的社会需要不仅是长期的而且是的。
1.1食品工程民以食为天，人类要生存就离不开食品。冻干食品能大限度地保持新鲜食品原有的色味香形状和营养成分基本不变；能长期贮藏和远距离运输；便于携带和方便复水食用；可以制成功能食品保健食品供特殊人群食用。
21世纪人类的食品结构应该有所变化，以营养配餐为主，既要保证人类身体健康，又要防止营养过剩，吃得大腹便便。日本和欧洲各国正在开发新型方便食品，主要以冻干的海带粉天然水果粉麦芽糊精玉米胚芽燕麦胚芽鱼粉兔肉粉为主配制而成。蔬菜是人类生活中大营养宝库，冻干各种蔬菜粉，制成糕点饼千面条，特别是适合于不爱吃蔬菜的儿童牙口不好的老人病人等食用，以增加营养1.
1.2医药工程医药是人类健康的保障，只要有人类生存，医药工业的发展就会永无止境。冻干技术在医药工业中的应用相当广泛。
人或家畜家禽注射用的活性疫苗，要求清洁纯正不染菌，活性生命力强，活菌菌苗存活率在50以上，活毒疫苗毒力下降小于5.我国各大生物制品研究所和生产单位都使用冻干技术生产活菌菌苗，如卡介苗布氏菌苗流脑菌苗炭疽菌苗等；生产活毒疫苗，如预防麻疹流感黄热等疫苗；生物制品，如人白细胞干扰素胸腺肽乙肝面抗原诊断血球等。
生物制品冻干的主要目的是保持其活性，而药品采用冻干技术的好处更多。，药品不变质，适合于长期存放②容易实现定量准确③容易实现无菌化操作④药品损失浪费少⑤复水性能好，尤其是针剂，冻干的针剂，医护人员和患者再也不用手摇晃融化，而是水即溶。西药生产中的抗生素维生素荷尔蒙等都采用冻千法生产；中成药如人参鹿莺灵芝冬虫夏草等也采用冻干法生产。中药西制，将中药提取液制成片剂针剂，以解决吃中药难中在人体内吸收慢以致传统观念认为中药不治急病等问，也需要冻千技术。
1.3高新科技领域高新科技的发展是推动人类社会进步的动力。冻干技术在新科技领域中也占据了席之地。
菌种是从事微生物学和生命科学研究的基本材料，国民经济的许多领域都离不开菌种，菌种是国家的重要资源。菌种的生命活动周期很短，在传代过程中易发生变异甚至死，因此常常造成菌种的退化。采用冻千法可使菌种代谢暂时停止，不易发生变异，般可保存5年时间。
当代医学的发展，使得人体许多器官都能再植成活。但再植器官的来源短缺，供需之间时间差异较大。为解决这矛盾，人们开始研究离体器官保持活性的贮藏。冻干法贮藏人体器官是目前好贮藏时间长的种方法。冻千皮肤和骨骼，复水后再植已经获得成功23.东北大学与中国医科大学合作，冻干兔眼角膜，复水后再植成功4.人体其它器官，如肾脾肝胃等都有望通过冻干贮藏。
冻干构筑可生物降解聚合物支架是冻千技术在医学领域中应用的又重要新课。这种方法，解决了自体或异体组织器官移植或生物替代品治疗带来的许多问5.
纳米材料是21世纪在材料科学中倍受人类关注的高科技领域。冻干法制备纳米陶瓷等非金属材料使颗粒的粒径在100之间，制得的微粉非常纯净6.
2发展迅速的冻干设备2.1冻干设备的种类冻干设备的种类很多，按其用途功能等分类方法也很多，目前主要按其搁板面积分为大中小种类型。通常冻千面积小于1.5为小型，1.5，12至502之间为中型，大于50，为大型。按用途分为食品用和医药用两类。其所用材质设备功能技术参数和造价都不相同。
2.2冻干设备的性能指标几年前国家医药管理局发布过冷冻真空千燥机医药行业标准草案。2001年国家质量监督检验检疫总局和国家机械工业联合会批准食品冷冻干燥设备机械行业标准，圯汀102852001.这里介绍几项主要性能指标。
干燥箱空载漏气率医药用冻干机从33，始，食品用冻干机从103开始观测，观测0.5，静态漏气率不大于0.0251435.
干燥箱空载降温速率搁板温度201±21降至401的时间应不大于2.
⑦捕水器捕水能力应不小于10k以m2.
冻干机噪声声压级噪声小型冻干机应不大于8318，中型彡85 48，大型彡9048冻干机的控制系统应符合以下要求应能显各主要部件的工作状态显干燥箱内搁板和制品的温度真空度捕水器温度；应能进行参数设定修改和实时显；应能显断水断电超温超压报警。
冻千机的安全性能整机绝缘电阻应不小于lM.
医药用冻干机还要有自动加塞功能，加塞抽样合格率应大于99蒸汽消毒灭菌的蒸汽压为0.MPa，温度为12C，灭菌时间为20min；冻干箱内面保证能全部洗清，无死角积液。
2.3冻干设备的结构形式1小型实验用冻干机这种冻干机多用于基础实验，研制新药，研究食品或药品的冻干工艺，为大型冻干机提供合理的冻干曲线。
⑵医药用冻千机医药用冻干机必须执行GMP标准真空系统多采用罗茨旋片泵机组，罗茨泵入口侧与捕水器出口相连。制冷系统多采用双级或复叠式压缩机组。般有具备自动压塞在位清洗01蒸汽灭菌51等功能，清洗后用水环泵抽真空，蒸汽消毒灭菌时用气动插销多点锁紧箱门。有些医药冻干机还装有自动称量机构。
3食品用冻干机国内外各厂家或公司生产的食品用冻干机的结构差异较大，很难列举。这里以沈阳新阳速冻设备制造公司生产的乙，系列冻干设备为例。该系列产品的主要特点是，捕水器设在干燥箱内搁板的下部，分左右两个对称布置，由壳体盘管和共用中间隔板共用活动隔离门等组成。工作时两个捕水器交替捕水和融霜，捕水器上的活动隔离门按照融霜周期自动切换，切换动力来自于固定在箱壁上的液压筒。，加热系统除加热板总成之外，还包括热媒加热罐板式换热器气动调节阀循环泵及管道阀门液位计温度传感器等。全系统为定压闭式循环系统，由氮气加压，自动控制压力。可按程序控制器给出的温度要求，把热媒以高组系统两部分组成。分离器系统是冻干设备制冷系统的组成部分，它是由氨分离器氨泵捕水器和管路阀门等组成的封闭循环系统。分离器系统内贮存的氨制冷剂可以在系统临时故障时，维持千燥箱内真空达数分钟，增强系统工作可靠性。压缩机组系统是套标准的级冷凝式制冷机组，所不同的是低压循环桶由1设备特殊配制的氨分离器代替。氨分离器是乙，设备专用的具有特殊功能的容器。在分离器系统中，它贮存氨液和氦气并使氨液蒸发。氨分离器中氨液由大流量氨泵强制进入捕水器的盘管，以致在盘管内氨液没有相变产生。此时氨液作为载冷剂把冷堂传给盘管。当氨液经节流阀回到氨分离器时，由于低压膨胀，氨液大量蒸发，蒸发的氨气彼压缩机吸入，同时由于蒸发吸热而使氨液冷却。融霜系统由全不锈钢制内置蒸汽加热器的融霜罐排水泵及各种阀门液位计温度传感器等组成。当某捕水器转换成融霜状态时，融霜罐便与该捕水器相通，罐内热水在负压下形成蒸汽，使捕水器上的冰霜融化成水。由泵排出。
2.4冻干设备的控制系统近年来，冻干设备的自动化程度发展快，各厂家或公司生产的冻干设备都实现了全自动控制，控制方法大同小异，各有千秋。
果上位机放在环境较好的控制室中，可采用质量较好的商用甚至家用计算机下位机由可编程控制器，真空和制品电阻检测控制仪多路温度检测和控制仪电网检测仪蒸汽消毒专用仪等组成。上下位机之间采用工业尺5485串行总线连接，组成主从式多机网络。下位机各仪传感器可实现各种模拟信号的采集显，可独立实现部分控制功能，也可按上位机的指令控制。带485通讯接口的，作为上位机的各输入输出开关量信号的接口，本身具有独立的连凌保护和部分程控定时功能，可在应急状态下配合手操台实现应急操作。
目前，国产医药用冻干机可以实现以下功能记录并保存所有运行参数及冻干工艺曲线，打印所有运行参数，包括日期时间制品数量投料号及操作者；在程序连续运行过程中，可查询和显重要参数，查询及显故障点有故障自动检测系统，制冷系统可自动收液，这点在蒸汽消毒过程中尤为重要⑥能测量并计算箱体的泄漏量⑦能检测并计算箱内残余水分量，系统自动判断冻干结束。2给出的是上海远东制药机械总厂生产的，2乙系列冻干机食品用冻干机的控制系统发展也比较快，国内较先进的控制系统由仪控制柜电气控制柜及各种温度压力液位等测量元件气动电动等执行元件构成仪控制柜以智能控制仪和，可编程控制仪为核心，检测控制和管理整个工艺流程。可预置20条温度控制工艺曲线，满足不同产品冻干需要。配有温度压力和液位等报警系统，具有瞬时断电自动保护功能。配有笔录仪，可自动记录干燥过程参数。控制柜上有流程模拟显板，自动显工作过程。3为沈阳新阳速冻设备制造公司生产的，案列食品冻干机的模拟显屏。
妒孟，3发展不平衡的冻干工艺冻干工艺主要包括前处理预冻干燥和后处理。对某种物料都应该制定出合理的冻干工艺曲线，并给出冻千机的操作时序。
冻千工艺带有定的保密性，对冻干工艺的研究成果般不轻易公布。各行业之间冻千工艺研究发展不平衡，生物制品冻千工艺研究发展较快，食品冻干工艺研究不成熟。
3.1生物制品冻干工艺的研究我国有六大生物制品研究所，对很多种生物制品的冻干工艺早有研究，己经冻千成功大量的活菌活毒疫苗，工艺比较成熟。生物制品冻干工艺今后研究的重点应该是扩大冻干产品的品种，增加对离体生物组织保持活性的工艺研究；寻求新的更有效的成本低的冻干保护剂和填充剂；找出产品预冻时的佳温度和降温速率；给出佳干燥曲线。
对于同样的活菌或活毒疫苗，可以采用不同的保护剂和工艺过程而得到同样合乎要求的冻千产品，可谓各有绝活，但佳工艺只有种。预冻的温度和降温速率是影响生物制品冻干活性晶，好是实现玻璃化。冻千后定要检查生物制品的活性8.
3.2药品冻干工艺的研究药品冻干包括西药和中药两部分。西药冻干在国内己经开展起来了，较大型的制药厂都有冻干设备，很多针剂都采用了冻千工艺，提高了药品质量和贮存期限，给医患双方都带来了利益。
但目前冻干西药的品种不多，冻干产品价格高，冻干工艺不先进。中药冻干在国内还没有受到重视，目前只局限在人参鹿茸山药冬虫夏草等少量中药材的冻干，大量的中成药汤药都没有采用冻千工艺，与国外差距较大，日本几年前就，展了汉药西制，改变了中药加工方法，丢掉了煎制中药的药罐子，改变了中药不能制成针剂的传统，解决了中药不治急病的难。我国中药冻千工艺的研究很有潜力。
药品冻千工艺研究的重点应该是扩大冻干技术的应用面，增加冻干新品种；在保证冻干产品质量的前提下，研究如何提高冻千速率，缩短干燥时间，节约能源；研究冻干产品的添加剂；研究预冻温度速度干燥温度初压力，给出佳工艺曲线。
33食品冻干工艺的研究食品的种类繁多，冻干工艺研究任重道远。食品冻干后要求其色味香形状和营养成分基本不变。前几项指标好检查，后项检查比较难，到目前为止，还没到对冻干食品营养成分损失给出量的标准，般食品冻千加工厂都没有检测设备。在众多冻干食品中，只有大蒜的冻千工艺研究比较成熟，明确指出大蒜冻干的佳工艺参数因冻干机不同而异，对于热量从冷冻层传导的冻干设备，佳压力为6.73左右，佳料层厚度为1加热截止温度约为53，冷阱温度好为601左右。同时给出了脱水大蒜技术要求15，5560；19979.
食品冻干工艺的研究方向应该是佳冻干工艺曲线和冻干产品质量的检测方法与标准。
4发展缓慢的冻干理论冻干理论的研究应该包括部分内容被冻干物料在预冻和干燥过程中传热传质的理论研究；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研究；预冻过程中物料内水分国内有十几所高等院校和科研单位的硕士和博士研究生，研究过多种物料的冻干过程，建立过各种各样的数学模型，但是，都没有突破冰界面均匀后移的稳态模型准稳态模型和吸附解吸升华模型这种传统理论1.这些模型在研究过程中均假定被冻干物料外面的边界条件是固定不变的，多数假定为第类边界条件。忽略了物料外面温度压力气氛气流状态是非稳态到有文章发，这些参数对干燥特性是有影响的。在冻干领域里带相变的理论研究，至今没有到发出来的文章。
5发展冻干技术应采取的对策我国加入丁，组织之后，冻干技术与其它事业样，必然受到冲击，面临的是机遇和挑战并存。应该抓住机遇，迎接挑战，制订好切实可行的对策，积极发展自己的冻干事业。
5.1加入丁0之后的机遇机遇主要现在，加入界丁，之后，冻千产品的销路畅通了。我国地大物博，农副产品，畜牧产品，水产品山野森林产品等资源丰富，可以通过冻千方法加工贮运出口创汇的资源很多过去，冻干产品出口的渠道不畅通，冻千产品卖不出去，有好东西卖不上好价钱，农民丰产不丰收，造成资源浪费。以草莓为例，大量草莓上市，每公斤可卖5元钱，卖不出去只有烂掉；国际市场冻干草莓的价格是每公斤合人民币180元12，由于销路渠道不畅通，买卖双方联系不上，影响了我国冻干产品的发展。加入以丁，之后，这些问解决了，冻千产业有了发展的新机遇。
5.2加入，丁0之后遇到的挑战挑战主要现在，加入丁，之后，性能优良外观秀丽的冻干设备将冲入国内市场。有些外商会利用冻干设备的进口来控制我国冻干产品的出口。确切地说，某些外商可能联合起来，控制冻干市场，以国产冻千设备性能不好为借口，强行推销他们的冻干设备，不用他们设备生产将会涌入国内市场。冻千的药品和生物制品，国内的产量不大，品种不全。国外产品会利用这个机会拥而入，影响国内冻干事业的发展。
5.3加入丁0之后应采取的对策机遇和挑战对我国冻干技术的发展都是种考验，机遇不能错过，挑战必须而对。无论是机遇还是挑战都应该有我们自己的对策。
开拓冻干技术在高新科技领域中的应用。任何技术的发展都必须有用，必须对人类有贡献，冻干技术的发展也不例外，应该发挥其在生物工程材料工程和纳米科技领域中应用的优势，不断提高冻干技术的水平。
由于水平有限，文中不妥之处欢迎指正3徐成海等，迈向21世纪的真空冷冻千燥技术习，真空科学与技术，1999，奶1.19，增刊刘金刚，刘作斌著，低温医学M，人民卫生出版社，1993，9朱成修主编，现代骨科手术学，科学出版社，1997邹惠芬，角膜真空冷冻干燥过程传热传质的理论研究0，东北大学博士论文，2002，1唐新南，严斌等，真空冷冻干燥计算机控制系统，第8届全国干燥大会论文集，2002，10高福成主编，冻干食品，中国轻工业出版社，1998，5徐成海，邹惠芬等，真空冷冻干燥技术的现状和发展趋势刀，真空与低温，2000，4郑文利，真空冷冻干燥理论及实验研究，东北大学博士论文，1999，12孔凡真，浅谈如何判断食品冻干机质量，真空通讯习，2002，3