物料裝入凍干箱之后開始進行凍干。凍干過程中最重要的參數是物料的溫度和凍干箱內的壓力。凍干曲線就是凍干過程中無聊的溫度、壓力隨時間變化隨時間變化的曲線。實踐中凍干曲線常用隔板溫度(或箱內空間溫度)與時間的關系曲線來表示。為監測凍干過程的主要參數,一般凍干機均能自動記錄隔板溫度、物料溫度、水氣冷凝器溫度、凍干箱內壓力等參數與時間的關系曲線。
凍干曲線的形狀與產品性能、能裝多少、分裝容器種類、設備條件等許多因素有關系。即使是同一產品,生產廠家不同,凍干曲線也完全一樣。生產中應根據各自的組成部分,凍干工藝過程的主要參數如下。
一 預凍溫度
預凍溫度必須低于物料的共晶點(共熔點)溫度5-10℃。每種物料的共晶點溫度都需測量,一般為生物物料共晶點溫度在-30℃左右。
二 預凍時間
物料的結凍過程是一個放熱過程,需要一定的時間,達到規定的預凍溫度之后,還需要保持一定的時間。為使整箱全部結凍,一般在達到規定的預凍溫度后,還需要保持2h左右的時間。
三 預凍速率
緩慢凍結產生的冰晶較大,快速凍結產生的冰晶較小,對于生物細胞,緩冷對生命體型影響大,速冷影響小。從冰點到物質的共晶點溫度之間也需要快冷,否則容易使蛋白質變性,生命體死亡,被稱為溶質效應。結凍時形成的冰晶大小影響干燥速率和干燥后產品的溶解度。大冰晶利于升華,但干燥后溶解慢,小冰晶升華慢,干燥后溶解快,能反映出產品的原來結構。
因此,需要實驗一個合適的冷卻速率,使物料具有較高的存活率,較好的物理性和溶解度,且利于干燥過程中的升華。
四 升華階段物料的溫度
物料的生化過程是一個吸熱過程,1g冰變成1g蒸氣大約需要吸收2803J左右的熱量,因此升華過程中必須對物料的溫度不能超過共晶點溫度,如果升華過程中物料溫度低于共晶點太多,則升華速率降低,升華階段所需的時間就增加;如果物料溫度高于共晶點溫度,則物料會發生熔化干縮現象,因此要控制物料溫度接近共晶點溫度,但又低于共晶點溫度。
五 升華階段的隔板溫度
升華物料的熱量來源于隔板,因此控制隔板的溫度就能達到控制物料溫度的目的。隔板溫度是根據物料溫度、凍干箱壓力、冷凝器的溫度來決定的。如果升華過程中,物料的溫度低于共晶點額定和崩解溫度,凍干箱內的壓力低于真空報警規定的壓力,冷凝器溫度低于-40℃,則隔板面積可以繼續升高。如果隔板溫度升高到某一程度之后,物料溫度已接近共晶點溫度或崩解點溫度,或凍干箱內壓力已接近報警規定的壓力,或冷凝器的溫度回升到-40℃以上,則隔板的加熱器不可再繼續升高。
六 升華階段的壓力
升華階段凍干箱內的壓力應控制在一定范圍內。壓力太低對傳熱不利,當壓力低于10Pa時,氣體的對流傳熱效應,可以忽略不計;而壓力高于10Pa時,氣體對流傳熱明顯增加。在同樣隔板溫度下,壓力高于10Pa時,物料容易得到熱量,升華速率較高。當壓力太高時,物料傳質速率降低,升華減慢,消耗熱量減少,物料本身溫度升高,一旦高于共晶點溫度時,物料發生局部融化。生物制品凍干的質量要求嚴格,壓力宜低一些,一般在10-30Pa為宜。
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