凍結乾燥技術

凍結乾燥技術は、物質が腐敗したり劣化したりしないようにする方法の1つであり、水分を多く含む物質を事前に冷却して固体に凍結し、真空条件下で固体水を直接昇華させ、物質自体を凍結したままにします。棚氷なので、乾燥後も体積は変わりません。昇華時に固体水が熱を吸収し、製品自体の温度が低下して昇華速度が遅くなります。昇華速度を上げて乾燥時間を短縮するには、製品を適切に加熱する必要があります。全体の乾燥は低温で行われます。

利点 1.凍結乾燥は低温で行われるため、多くの熱に敏感な物質に特に適しています。たとえば、タンパク質や微生物は変性したり、生物学的活力を失ったりすることはありません。したがって、医学で広く使用されています2.低温で乾燥すると、物質中の揮発性成分の損失が少なく、一部の化学製品、医薬品、食品の乾燥に適しています。3.凍結乾燥プロセスでは、微生物の成長と酵素の作用が進まないため、元の特性を維持できます。4.凍結状態で乾燥するため、体積はほとんど変化せず、元の構造が維持され、濃縮現象は発生しません。5.乾燥した物質は、水を加えるとすぐに完全に溶解し、ほぼすぐに元の特性に戻ります。6.乾燥は真空下で行われるため、酸素が非常に少ないため、酸化しやすい物質が保護されます。7.乾燥により、95〜99%以上の水分が除去されるため、乾燥後の製品は劣化することなく長期間保存できます。したがって、凍結乾燥は、製薬業界、食品業界、科学研究、その他の分野で広く使用されています。製品の凍結乾燥は、凍結乾燥機と呼ばれる特定の装置で実行する必要があります。凍結乾燥機は、システムによって分けられ、冷凍システム、真空システム、加熱システム、および制御システムの4つの主要部分で構成されています。構造によると、凍結乾燥ボックスまたは乾燥ボックス、コンデンサーまたは水蒸気凝集器、冷凍機、真空ポンプおよびバルブ、電気制御要素などで構成されています。凍結乾燥ボックスは、約-40°Cまで冷却し、約+50°Cまで加熱できる高温および低温ボックスであり、真空に抽出できる密閉容器でもあります。凍結乾燥機の主要部分であり、凍結乾燥が必要な製品は、ボックス内の層状の金属板層に配置され、製品を凍結し、真空下で加熱して、製品内の水分を昇華させて乾燥させます。コンデンサーも真空密閉容器であり、内部に大きな表面積の金属吸着面があり、吸着面の温度を-40℃未満に下げることができ、この低温を一定に維持することができます。コンデンサーの機能は、凍結乾燥ボックス内の製品から昇華した水蒸気を金属表面に凍結吸着することです。凍結乾燥ボックス、コンデンサー、真空パイプ、バルブ、および真空ポンプは、凍結乾燥機の真空システムを構成します。真空システムにはガス漏れがない必要があり、真空ポンプは真空システムが真空を確立するための重要なコンポーネントです。真空システムは、製品の急速な昇華と乾燥に不可欠です。冷凍システムは、冷凍機、フリーズドライボックス、コンデンサー内のパイプなどで構成されています。冷凍機は、2セットの独立したものでも、1セットの組み合わせでもかまいません。冷凍機の機能は、フリーズドライボックスとコンデンサーを冷却して、作業に必要な低温を生成および維持することです。直接冷却と間接冷却の2つの方法があります。加熱システムは、凍結乾燥機ごとに加熱方法が異なります。直接電気加熱法を使用するものもあれば、中間媒体を使用して加熱するものもあり、ポンプによって中間媒体が継続的に循環します。加熱システムの機能は、凍結乾燥ボックス内の製品を加熱して、製品内の水分を継続的に昇華させ、指定された残留水分要件を満たすことです。制御システムは、さまざまな制御スイッチ、インジケーターおよび調整メーター（図1を参照）、およびいくつかの自動装置で構成されています。これは、比較的単純または複雑な場合があります。一般に、高度な自動化を備えた凍結乾燥機は、制御システムがより複雑です。制御システムの機能は、凍結乾燥機を手動または自動で制御し、機械を正常に動作させて、要件を満たす製品を凍結乾燥することです。凍結乾燥の手順は次のとおりです。凍結乾燥する前に、凍結乾燥する必要のある製品を適切な容器、通常はガラス瓶またはアンプルに詰めます。容量は均一で、蒸発面は可能な限り大きく、厚さは可能な限り薄くする必要があります。次に、凍結乾燥ボックスのサイズに適した金属製箱詰めする前に、フリーズドライボックスを空のボックスに入れて冷却し、製品をフリーズドライボックスに入れて事前に凍結します。真空を抽出する前に、コンデンサーの冷却速度に応じてコンデンサーを事前に作動させる必要があります。コンデンサーは約-40℃の温度に達する必要があります。真空度が特定の値（通常は100 uHg以上の真空度に達する必要があります）に達すると、ボックス内の製品を加熱できます。一般的に、加熱は2段階で行われます。最初のステップでは、製品の温度が共融点の温度を超えないように加熱します。製品の水分が基本的に乾燥した後、2番目のステップで加熱します。このとき、製品を指定された最高温度まですばやく上げることができます。最高温度を数時間維持した後、凍結乾燥を終了できます。各ボトル内の製品の容量、総容量、ガラス容器の形状、仕様、製品の種類、凍結乾燥曲線と機械の性能に関連しています。凍結乾燥が終了したら、乾燥した無菌空気を乾燥箱に入れ、空気中の水分の再吸収を防ぐためにできるだけ早く詰め物をしてください。凍結乾燥プロセスでは、製品とプレートの温度、コンデンサーの温度、および真空度を時間と比較して曲線を描きます。これを凍結乾燥曲線と呼びます。一般的に、温度を縦軸、時間を横軸とします。凍結乾燥の異なる製品は、異なる凍結乾燥曲線を採用しています。同じ製品が異なる凍結乾燥曲線を使用する場合、製品の品質も異なり、凍結乾燥曲線は凍結乾燥機の性能にも関連しています。したがって、異なる製品、異なる凍結乾燥機は、異なる凍結乾燥曲線を適用します。