純化產(chǎn)品的冷凍干燥保存

純化產(chǎn)品的冷凍干燥保存

一、冷凍干燥的原理、優(yōu)點

冷凍干燥就是把含有大量水份物質(zhì)預先凍結(jié)成固體，然后在真空條件下適當加熱使水蒸氣直接從固體中升華出來，而物質(zhì)本身留在凍結(jié)時的冰架子中，因此干燥后的產(chǎn)品體積幾乎不變。整個干燥是在較低的溫度下進行的。

冷凍干燥的優(yōu)點：
1.低溫冷凍干燥對許多熱敏性物質(zhì)特別使用。如蛋白質(zhì)、微生物等不會發(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，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.低溫冷凍干燥過程中，可以有效抑制微生物的生長和酶的作用。
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，可迅速恢復原來的形狀。
6.真空干燥時基本不含氧氣，因此一些易氧化的物質(zhì)得到保護。
7.低溫冷凍干燥可排除95%以上的水份，干燥后的產(chǎn)品能長期保存不變質(zhì)。

二、冷凍干燥的操作程序

1、準備工作
產(chǎn)品共熔點的測定：水溶液的冰點會低于溶媒的冰點（詳細原理請見物理化學），冷卻溶媒液開始析出晶體的溫度稱為冰點，全部凝結(jié)的溫度叫做溶液的凝固點。反之，加熱凝固的溶媒時，凝固點就是溶化的開始點，所以凝固點又叫共熔點。測定共熔點的必要性：一方面，由于冷凍干燥是在真空狀態(tài)下進行，所以要求含有產(chǎn)品的溶媒液全部凍結(jié)后方可在真空下進行升華，否則未凍結(jié)的部分液體會在真空下迅速蒸發(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，使凍干產(chǎn)品冒泡，甚至被帶出瓶外。為此凍結(jié)的溶媒在升華開始時必須冷卻到共熔點以下的溫度，才能使干產(chǎn)品真正凍結(jié)。另一方面，低溫加熱升華時不得超過共熔點的溫度，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，可以說共熔點的測定是實驗成敗的關(guān)鍵。實驗室常用測共熔點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、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、長安瓶和園安瓶等），各容器在分裝之前要求清洗干凈并進行滅菌處理。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、預凍的方法：1、箱內(nèi)預凍法：直接把產(chǎn)品放置在凍干機凍干箱內(nèi)的多層隔板上進行冷凍；2、箱外預凍法：一種方法是低溫冰箱或酒精加干冰來進行預凍。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)再進凍干箱；3、特殊預凍法，離心式預凍法，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、預凍時要注意的問題：1、預凍速率，應(yīng)根據(jù)產(chǎn)品選擇最優(yōu)速率；2、預凍的最低溫度，應(yīng)低于共熔點溫度；3、預凍時間，應(yīng)恰好在抽真空之前（因此要提前使冷凝器工作，達到－40℃時，真空度達到100μHg）溶媒均已凍實（經(jīng)驗值：一般預凍達到規(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)接近于共熔點的溫度，但又不能超過共熔點的溫度。
第一階段使溶媒內(nèi)凍結(jié)冰大部分升華，因此也稱該過程為升華干燥階段。升華是一個吸熱的過程，因此必須對產(chǎn)品低溫加熱，但絕不能超過共熔點的溫度。如果加熱的溫度低于共熔點的溫度過多，則升華的速率降低而延長了升華階段的時間。
影響升華干燥階段的因素：1、產(chǎn)品的本身，共熔點較高的產(chǎn)品易干燥，升華時間短；2、產(chǎn)品的分裝厚度,正常的升華速率大約每小時產(chǎn)品下降1mm的厚度；3、凍干機本身的性能，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)品共熔點的溫度，維持12h左右，使產(chǎn)品中大部分動結(jié)冰升華。（實驗室常用的方法即過夜處理，因此實驗前要預計實驗進程）

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)品的溫度達到最高許可的溫度，并在這個溫度保存2h以上。凍干結(jié)束后，要把產(chǎn)品放入無菌干燥箱，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)，凍干曲線和時序就是進行冷凍干燥過程控制的基本依據(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）和時間的關(guān)系曲線。凍干時序是在凍干過程中，各設(shè)備起閉運行的情況。
制定凍干曲線和時間需要確定下列數(shù)據(jù)：
A．預凍速率
實驗室常用預凍溫度和裝箱時間來決定預凍速率。要求預凍速率快，則凍干箱先降至較低溫度，然后再裝箱；要求預凍速率慢，則產(chǎn)品裝箱之后再讓凍干箱降溫。
B．預凍的最低溫度：預凍最低溫度低于產(chǎn)品共熔點的溫度。
C．預凍時間
一般要求在樣品溫度到達預訂溫度之后再保持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．冷凝器降溫的時間
要求在預凍結(jié)束抽真空的時候，冷凝器的溫度要到達－40℃以下。冷凝器的降溫通常從開始一直持續(xù)到凍干結(jié)束為止，溫度始終應(yīng)在－40℃以下。
E．預凍結(jié)束時間
預凍結(jié)束就是停止凍干箱隔板層的降溫，通常在抽真空時（或真空度達到一定值時）停止隔板層的降溫。
F．抽真空時間
預凍結(jié)束即開始抽真空，直至干燥結(jié)束
G．真空控制時間
真空控制目的是為了改進凍干箱的熱量傳遞，通常在第二階段干燥時使用，待產(chǎn)品溫度達到最高許可溫度后停止使用，繼續(xù)恢復高真空狀態(tài)。
H．產(chǎn)品加熱的最高許可溫度
升華過程中，加熱溫度可以略超過產(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．凍干的時間：18～24h