純化產(chǎn)品的冷凍干燥保存
更新時間:2015-03-18 點擊次數(shù):2194
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(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,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(jìn)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(fù)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(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)品共熔點的測定:水溶液的冰點會低于溶媒的冰點(詳細(xì)原理請見物理化學(xué)),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(jìn)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(jìn)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(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、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(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進(jìn)行預(yù)凍。另一種方法是的旋凍器,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)凍時要注意的問題:1、預(yù)凍速率,應(yīng)根據(jù)產(chǎn)品選擇*速率;2、預(yù)凍的zui低溫度,應(yīng)低于共熔點溫度;3、預(yù)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(dá)到-40℃時,真空度達(dá)到100μHg)溶媒均已凍實(經(jīng)驗值: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*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。
*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(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)品共熔點的溫度,維持12h左右,使產(chǎn)品中大部分動結(jié)冰升華。
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zui高容許溫度(25~40℃),并在該溫度下一直維持到凍干結(jié)束。
6、zui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zui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(jìn)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(yù)凍速率
實驗室常用預(yù)凍溫度和裝箱時間來決定預(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zui低溫度:預(yù)凍zui低溫度低于產(chǎn)品共熔點的溫度。
C.預(yù)凍時間
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.冷凝器降溫的時間
要求在預(yù)凍結(jié)束抽真空的時候,冷凝器的溫度要到達(dá)-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(yù)凍結(jié)束時間
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(或真空度達(dá)到一定值時)停止隔板層的降溫。
F.抽真空時間
預(yù)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(jìn)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(dá)到zui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zui高許可溫度
升華過程中,加熱溫度可以略超過產(chǎn)品的zui高許可溫度,但在zui后階段隔板層溫度應(yīng)與產(chǎn)品zui高許可溫度一致。
G.凍干的時間:18~24h