純化產(chǎn)品的冷凍干燥保存
一、冷凍干燥的原理、優(yōu)點(diǎn)
冷凍干燥就是把含有大量水份物質(zhì)預(yù)先凍結(jié)成固體，然后在真空條件下適當(dāng)加熱使水蒸氣直接從固體中升華出來(lái)，而物質(zhì)本身留在凍結(jié)時(shí)的冰架子中，因此干燥后的產(chǎn)品體積幾乎不變。整個(gè)干燥是在較低的溫度下進(jìn)行的。
冷凍干燥的優(yōu)點(diǎn)：
1.低溫冷凍干燥對(duì)許多熱敏性物質(zhì)特別使用。如蛋白質(zhì)、微生物等不會(huì)發(fā)生變性或失活，廣泛的應(yīng)用于醫(yī)藥工業(yè)。
2.低溫冷凍干燥時(shí)，產(chǎn)品揮發(fā)性成份損失小，因而應(yīng)用于食品、藥品和化工產(chǎn)品等。
3.低溫冷凍干燥過(guò)程中，可以有效抑制微生物的生長(zhǎng)和酶的作用。
4.低溫冷凍干燥基本保證了產(chǎn)品的原有的結(jié)構(gòu)，不會(huì)發(fā)生濃縮現(xiàn)象。
5.干燥后的產(chǎn)品疏松多孔呈海綿狀，加水后溶解，可迅速恢復(fù)原來(lái)的形狀。
6.真空干燥時(shí)基本不含氧氣，因此一些易氧化的物質(zhì)得到保護(hù)。
7.低溫冷凍干燥可排除95%以上的水份，干燥后的產(chǎn)品能長(zhǎng)期保存不變質(zhì)。
二、冷凍干燥的操作程序
1、準(zhǔn)備工作
產(chǎn)品共熔點(diǎn)的測(cè)定：水溶液的冰點(diǎn)會(huì)低于溶媒的冰點(diǎn)(詳細(xì)原理請(qǐng)見(jiàn)物理化學(xué))，冷卻溶媒液開(kāi)始析出晶體的溫度稱為冰點(diǎn)，全部凝結(jié)的溫度叫做溶液的凝固點(diǎn)。反之，加熱凝固的溶媒時(shí)，凝固點(diǎn)就是溶化的開(kāi)始點(diǎn)，所以凝固點(diǎn)又叫共熔點(diǎn)。測(cè)定共熔點(diǎn)的必要性：一方面，由于冷凍干燥是在真空狀態(tài)下進(jìn)行，所以要求含有產(chǎn)品的溶媒液全部?jī)鼋Y(jié)后方可在真空下進(jìn)行升華，否則未凍結(jié)的部分液體會(huì)在真空下迅速蒸發(fā)，造成溶媒的濃縮而使干產(chǎn)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(lái)，使凍干產(chǎn)品冒泡，甚至被帶出瓶外。為此凍結(jié)的溶媒在升華開(kāi)始時(shí)必須冷卻到共熔點(diǎn)以下的溫度，才能使干產(chǎn)品真正凍結(jié)。另一方面，低溫加熱升華時(shí)不得超過(guò)共熔點(diǎn)的溫度，否則產(chǎn)品發(fā)生溶化，干燥后的產(chǎn)品將發(fā)生體積縮小，出現(xiàn)氣泡，顏色加深，溶解困難等現(xiàn)象。因此，可以說(shuō)共熔點(diǎn)的測(cè)定是實(shí)驗(yàn)成敗的關(guān)鍵。實(shí)驗(yàn)室常用測(cè)共熔點(diǎn)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(chǎn)品的預(yù)凍
a、需凍干的產(chǎn)品要配制成一定濃度的液體，一般在4～25%為宜。
b、產(chǎn)品的分裝：散裝和瓶裝。散裝可采用金屬盤(pán)、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(zhǎng)安瓶和園安瓶等)，各容器在分裝之前要求清洗干凈并進(jìn)行滅菌處理。產(chǎn)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(yù)凍的方法：1、箱內(nèi)預(yù)凍法：直接把產(chǎn)品放置在凍干機(jī)凍干箱內(nèi)的多層隔板上進(jìn)行冷凍;2、箱外預(yù)凍法：一種方法是低溫冰箱或酒精加干冰來(lái)進(jìn)行預(yù)凍。另一種方法是專用的旋凍器，可把大瓶的產(chǎn)品邊旋轉(zhuǎn)邊冷凍成殼狀結(jié)構(gòu)再進(jìn)凍干箱;3、特殊預(yù)凍法，離心式預(yù)凍法，利用在真空下液體迅速蒸發(fā)，吸收本身的熱量而凍結(jié)，一般800轉(zhuǎn)/min。
d、預(yù)凍時(shí)要注意的問(wèn)題：1、預(yù)凍速率，應(yīng)根據(jù)產(chǎn)品選擇最優(yōu)速率;2、預(yù)凍的最低溫度，應(yīng)低于共熔點(diǎn)溫度;3、預(yù)凍時(shí)間，應(yīng)恰好在抽真空之前(因此要提前使冷凝器工作，達(dá)到-40℃時(shí)，真空度達(dá)到100μHg)溶媒均已凍實(shí)(經(jīng)驗(yàn)值：一般預(yù)凍達(dá)到規(guī)定的溫度后，再保存1-2h就可以抽真空升華)。
3、產(chǎn)品第一階段的干燥
升華干燥階段加熱的溫度應(yīng)接近于共熔點(diǎn)的溫度，但又不能超過(guò)共熔點(diǎn)的溫度。
第一階段使溶媒內(nèi)凍結(jié)冰大部分升華，因此也稱該過(guò)程為升華干燥階段。升華是一個(gè)吸熱的過(guò)程，因此必須對(duì)產(chǎn)品低溫加熱，但絕不能超過(guò)共熔點(diǎn)的溫度。如果加熱的溫度低于共熔點(diǎn)的溫度過(guò)多，則升華的速率降低而延長(zhǎng)了升華階段的時(shí)間。
影響升華干燥階段的因素：1、產(chǎn)品的本身，共熔點(diǎn)較高的產(chǎn)品易干燥，升華時(shí)間短;2、產(chǎn)品的分裝厚度,正常的升華速率大約每小時(shí)產(chǎn)品下降1mm的厚度;3、凍干機(jī)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(chǎn)品共熔點(diǎn)的溫度，維持12h左右，使產(chǎn)品中大部分動(dòng)結(jié)冰升華。(實(shí)驗(yàn)室常用的方法即處理，因此實(shí)驗(yàn)前要預(yù)計(jì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)程)
5、產(chǎn)品第二階段的干燥
一旦產(chǎn)品內(nèi)凍結(jié)的冰大部分(約90%冰已升華)升華完畢，產(chǎn)品的干燥進(jìn)入第二階段，即解吸干燥階段。
解吸干燥階段，可以迅速使產(chǎn)品產(chǎn)品的溫度上升到該產(chǎn)品的最高容許溫度(25～40℃)，并在該溫度下一直維持到凍干結(jié)束。
6、最后維持階段即凍干結(jié)束
怎樣判斷凍干結(jié)束?產(chǎn)品的溫度達(dá)到最高許可的溫度，并在這個(gè)溫度保存2h以上。凍干結(jié)束后，要把產(chǎn)品放入無(wú)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(shí)序的制定
生物制品的冷凍干燥產(chǎn)品常需要一定的物理形態(tài)，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(zhǎng)的保存期。因此要優(yōu)化各干燥步驟的參數(shù)，凍干曲線和時(shí)序就是進(jìn)行冷凍干燥過(guò)程控制的基本依據(jù)。
凍干曲線是凍干箱隔板層的溫度(干燥中產(chǎn)品溫度受隔板層溫度控制)和時(shí)間的關(guān)系曲線。凍干時(shí)序是在凍干過(guò)程中，各設(shè)備起閉運(yùn)行的情況。
制定凍干曲線和時(shí)間需要確定下列數(shù)據(jù)：
A.預(yù)凍速率
實(shí)驗(yàn)室常用預(yù)凍溫度和裝箱時(shí)間來(lái)決定預(yù)凍速率。要求預(yù)凍速率快，則凍干箱先降至較低溫度，然后再裝箱;要求預(yù)凍速率慢，則產(chǎn)品裝箱之后再讓凍干箱降溫。
B.預(yù)凍的最低溫度：預(yù)凍最低溫度低于產(chǎn)品共熔點(diǎn)的溫度。
C.預(yù)凍時(shí)間
一般要求在樣品溫度到達(dá)預(yù)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(shí)間
要求在預(yù)凍結(jié)束抽真空的時(shí)候，冷凝器的溫度要到達(dá)-40℃以下。冷凝器的降溫通常從開(kāi)始一直持續(xù)到凍干結(jié)束為止，溫度始終應(yīng)在-40℃以下。
E.預(yù)凍結(jié)束時(shí)間
預(yù)凍結(jié)束就是停止凍干箱隔板層的降溫，通常在抽真空時(shí)(或真空度達(dá)到一定值時(shí))停止隔板層的降溫。
F.抽真空時(shí)間
預(yù)凍結(jié)束即開(kāi)始抽真空，直至干燥結(jié)束
G.真空控制時(shí)間
真空控制目的是為了改進(jìn)凍干箱的熱量傳遞，通常在第二階段干燥時(shí)使用，待產(chǎn)品溫度達(dá)到最高許可溫度后停止使用，繼續(xù)恢復(fù)高真空狀態(tài)。
H.產(chǎn)品加熱的最高許可溫度
升華過(guò)程中，加熱溫度可以略超過(guò)產(chǎn)品的最高許可溫度，但在最后階段隔板層溫度應(yīng)與產(chǎn)品最高許可溫度一致。
G.凍干的時(shí)間：18～24h
