真空冷冻干燥原理
真空冷冻干燥（简称冻干）是将含水物质先冻结成固态，然后使其中的水份从固态升华成气态，从而除去水份而保存物质的方法。
1.冻干的优点：
冻干与通常的晒干、煮干、喷雾干燥及真空干燥相比有如下突出的优点。
a.冻干是在低温下干燥的，不会使蛋白质产生变性，但可使微生物等失去生物活力。这对于那些热稳定性能差的生物活性制品、生物化学类制品、基因工程类制品和血液制品等的干燥保存特别适用。
b.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和芳香成分损失很小，因此是化学制品、药品和食品的优质干燥方法。
c..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，从而能最好地保持物质原来的性状。
d.干燥后体积、形状基本不变，物质呈海绵状，无干缩，复水时与水的接触面大，能迅速还成原来的形状。
e.因一般是在真空下干燥，故氧气极少，使易氧化的物质得到了保护。
f.能除去物质中95％～99.5％的水分，制品的保存期长。
2.冻干的应用
冻干是一种优质的干燥方法。但是它需要比较昂贵的专用设备，干燥过程中的能耗较大，因此加工成本较高，目前主要应用在以下几个方面。
a.生物制品、药品方面：如抗菌素、抗毒素、诊断用品和疫苗的保存。
c.生物标本、生物组织方面：如制作各种动植物标本，干燥保存用于动物异种或同种移植的皮肤、骨骼、主动脉、心瓣膜等边缘组织。
d.制作用于光学显微镜、电子扫描和透射显微镜的小组织片。
e.食品的干燥方面：如咖啡、茶叶、肉鱼蛋类、海藻、水果、蔬菜、调料、豆腐、方便食品等。
f.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。
g.超细微粉的制备方面：如制取Al2O3、ZrO2、TiO2、Ba2Cu3O7～8、Ba2Ti9O20等超细微粉。
h.其他方面：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、土壤冻干保存，用以研究土壤、肥料、气候对植物生长的影响及因子的作用；潮湿的木制文物、淹坏的书籍稿件等用冻干法干燥，能最大限度地保持原状等。
3.冷冻干燥的基本过程如下：
a.制品的制备（前处理）：如药物的培养、灭菌、分装、洗瓶、半加塞等，食品原料的挑选、清洗、切分、灭酶、分装等。
b.制品的冻结（预冻）：将制品冻结成固态。
c.第一阶段干燥（升华干燥）：将制品中的冰晶以升华方式除去。
d.第二阶段干燥（解吸干燥）：将残留于制品的水分在较高温度下蒸发一部分，使残余水分达到预定要求。
e.密封包装：已干制品一般应在真空或充惰性气体条件下密封包装，以利于储存。
4.制品冷冻的物理基础
物质有固、液、气三态。物质的状态与其温度和压力有关。(图1）示出了水（H2O）的状态平衡
。图中OL、OK、OS三条曲线分别表示冰和水、水和水蒸气、冰和水蒸气两相共存时其压力和温度之间的关系，分别称为熔化线、沸腾线和升华线。此三条曲线将图面分成固相区、液相区和气相区。箭头分别表示冰融化成水，水蒸发成水蒸气和冰升华成水蒸气的过程。曲线OK的在顶端点K，其温度为374℃，称为临界点。当水蒸气的温度高于其临界温度374℃时，无论怎样加大压力，水蒸气也不能变成水。三曲线的交点O为固、液、气三相共存的状态，称为三相点，其温度为0.01℃，压力为610.5Pa以下，且给冰加热，则冰就会不经液相直接变成气相，这一过程称为升华。
5.冻干制品溶液的共熔点和共晶点
一般来说，冻干药品的溶液是主要功能组分（如细菌等药用成分）、多种添加组分（抗冻剂、抗氧化剂、填充剂等）和蒸馏水混合而成的胶体悬浮液。它与一般能互溶的溶液不完全相同，具有一系列的低共熔点温度。对于冻干加工来说，需要确定一个较高的操作温度，当在该温度以上时，产品中存在已溶化的液体；而在该温度以下时，产品将全部冻结，这个温度即为冻干产品的共熔点温度。一些产品的共熔点温度列于(表1中)。与此相仿，制品溶液在降温冻结过程中，亦有一系列的共晶温度，其中温度最低的共晶点温度称为该溶液的共晶点温度。一些物质的共晶点温度列于(表2)中。
溶液名称 | 摩尔溶解度（30℃ ） | 观察共溶温度/℃ | 计算温度/℃ |
甲基芬尼磷酸盐 | 1.95 | -4.29 | -3.97 |
吩妥胺磷酸盐 | 0.12 | -0.75 | -0.88 |
甘露醇 | 1.0 | -2.24 |
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乳糖 | 0.6 | -5.4 |
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氯化钠 | 6.21 | -21.6 | -24.00 |
氯化钾 | 4.97 | -11.1 | -12.66 |
溴化钾 | 5.93 | -12.9 | -13.26 |
甘油水 | - | -46.5 |
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二甲亚砜水 | - | -73 |
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(表1)一些饱和溶液的共熔点温度
升华干燥
升华干燥是将冻结后的产品置于密闭的真空容器中加热，其冰晶就会升华成水蒸气逸出而使产品脱水干燥。干燥是从外表面开始，逐步向内推移的，冰晶升华后残留下的。
物质名称 | 共晶点/℃ | 物质名称 | 共晶点/℃ |
纯水 | 0 | 2％明胶10％葡萄糖溶液 | -32 |
0.85％氯化钠溶液 | -22 | 2％明胶10％蔗糖溶液 | -19 |
10％蔗糖溶液 | -26 | 马血清 | -35 |
10％葡萄糖溶液 | -27 | 一般生物制品 | -30 |
脱脂牛奶 | -26 | 菠菜 | -6 |
人参 | -25 | 甘油水 | -46.5 |
(表2)一些物质的共晶点温度
