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              技術文章

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              凍干機的樣品為什么要預凍?

              時間:2020-11-11 點擊次數:99
                首先,了解下凍干機的工作原理,是將含水物質,先低溫凍結,使水轉變為冰,然后在較高真空下將冰轉變為汽態,升華出來,以去除水份而保存物質的方式。
                所謂預凍,就是把含有大量水分的產品凍結成固體的過程。
                預凍的目的有三個,其一,固定產品,如果產品沒能凍結成固體即直接抽真空,在真空制冷作用下,當真空抽到一定的時候,溶解在水中的空氣會“沸騰”起泡,產品從容器中逸出,到壓力低于6.11mbar時,產品則凍結成冰,但沒有固定的形狀,玻璃容器甚至還會破裂,凍干失敗。其二,形成有利于升華的結晶,已知凍干產品大都數是溶液,可能不止一種成分,有些還含有蛋白質、生物體等生物活性物質,在凍結時有可能會形成玻璃態,產品在干燥一段時間后,會形成上層的干燥層和下層的凍結層,凍結層的產品繼續干燥時,升華的氣流必需通過干燥層,由于玻璃態幾乎無間隙,升華氣流沒有通道,產品的繼續干燥將受到影響,干燥失敗。其三,保證所有產品獲得相同的細微結構,凍干時通常應把所有的產品冷凍到某一低溫,進箱溫度一般是5℃,并持續一段時間,確保所有產品達到同一溫度后再一起降溫預凍,使所有產品的冷凍工藝完全相同,防止造成產品結構不均顏色不一等情況。為使產品在真空下升華時不會鼓泡,預凍時溫度必須低于產品的共晶點溫度,一般應低于產品的共晶點溫度至少5℃。
                預凍階段是在常壓下進行的,預凍過程是一個液相轉化為固相的變化過程,同時也是一個放熱過程,產品的凍結過程需要克服凍結過程中產品釋放的熔化熱,產品的熱量(熔化熱)通過輻射、傳導、對流三種方式傳給板層,板層傳給硅油,硅油的熱量再由冷凍機帶走,因此預凍需要維持一定的時間,時間的長短與裝量及容器有關,也與產品的共晶點有關,共晶點低的產品,達到低溫所需時間較長,預凍時間一般為共晶點5℃之下持續2-3h。同時,為了改善板層與產品間的熱傳導,應盡量增加產品容器與板層的接觸面積,并減少傳遞層次。
                預凍階段的冷凍速率會影響冰晶尺寸的大小,因此也會影響干燥產品的質量。冷凍過程中,冰晶的數量和大小受兩個因素影響,即成核速率和晶體生長速率,而這二者都受溫度的影響。
                在0℃時晶體的生長速率增加,而成核速率卻很低,因此在0℃保持一段時間,將產生數量少而尺寸大的晶體,可理解為慢速預凍(見下圖左),但在0℃以下凍結時,將得到數量多且尺寸小的晶體,可理解為快速預凍(見下圖右)。冰晶的大小也影響干燥速率和干燥后產品的溶解速度和產品質量。大的冰晶利于升華,小的冰晶不利于升華;大的冰晶溶解慢,小的冰晶溶解快;冰晶越小干燥后越能反映產品的原來結構。
                對于細胞及一些生命體,冷凍干燥會產生一定的破壞作用,其作用機理目前尚不明確,一般認為是由機械效應和溶質效應引起的。機械效應是細胞內外冰晶生長而產生的機械應力引起的,特別是對有細胞膜這樣的生命體影響較大,一般冰晶越大,細胞膜越易破裂,從而造成細胞的死亡,冰晶小,細胞膜的損傷小。
                另一方面,產品冷凍時,隨著冰晶的生長,溶液逐漸的濃縮(即電解質的濃縮),已知蛋白質活性受電解質濃度的影響,電解質濃度的增加,將誘發蛋白質的變性,造成生命體的死亡。同時,電解質濃度增加也會引起細胞脫水而死亡。
                溶質效應在某一溫度范圍明顯,這個范圍在水的冰點和該液體的固化溫度之間,如果能以較高的降溫速率越過這一溫度范圍,則溶質效應產生的影響就能減小。因此,針對細胞及一些生命體的凍干,設臵合適的預凍參數(預凍時間、溫度等),對于保護其生命活性,具有較高的意義。

              廣州匯華生物科技有限公司(www.awaji-castle.com)凍干機廠家 技術支持:化工儀器網 管理登陸 GoogleSitemap

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