纯化产品的冷冻干燥保存

纯化产品的冷冻干燥保存 一、冷冻干燥的原理、优点 冷冻干燥就是把含有大量水份物质预先冻结成固体，然后在真空条件下适 当加热使水蒸气直接从固体中升华出来，而物质本身留在冻结时的冰架子中， 因此干燥后的产品体积几乎不变。整个干燥是在较低的温度下进行的。 冷冻干燥的优点： 1. 低温冷冻干燥对许多热敏性物质特别使用。如蛋白质、微生物等不会发生变 性或失活，广泛的应用于医药工业。 2. 低温冷冻干燥时，产品挥发性成份损失小，因而应用于食品、药品和化工产 品等。 3. 低温冷冻干燥过程中，可以有效抑制微生物的生长和酶的作用。 4. 低温冷冻干燥基本保证了产品的原有的结构，不会发生浓缩现象。 5. 干燥后的产品疏松多孔呈海绵状，加水后溶解，可迅速恢复原来的形状。 6. 真空干燥时基本不含氧气，因此一些易氧化的物质得到保护。 7. 低温冷冻干燥可排除 95%以上的水份，干燥后的产品能长期保存不变质。 二、冷冻干燥的操作程序 1、准备工作 产品共熔点的测定：水溶液的冰点会低于溶媒的冰点（详细原理请见物理化 学），冷却溶媒液开始析出晶体的温度称为冰点，全部凝结的温度叫做溶液的凝 固点。反之，加热凝固的溶媒时，凝固点就是溶化的开始点，所以凝固点又叫共 熔点。测定共熔点的必要性：一方面，由于冷冻干燥是在真空状态下进行，所以 含有产品的溶媒液全部冻结后方可在真空下进行升华，否则未冻结的部分液 体会在真空下迅速蒸发，造成溶媒的浓缩而使干产品的体积缩小，而且溶解在水 中的气体在真空下迅速冒出来，使冻干产品冒泡，甚至被带出瓶外。为此冻结的 溶媒在升华开始时必须冷却到共熔点以下的温度，才能使干产品真正冻结。另一 方面，低温加热升华时不得超过共熔点的温度，否则产品发生溶化，干燥后的产 品将发生体积缩小，出现气泡，颜色加深，溶解困难等现象。因此，可以说共熔 点的测定是实验成败的关键。实验室常用测共熔点的方法有惠斯顿电桥法、临界 电阻法、差式热分析法和低温显微镜直接观察法。 2、产品的预冻 生 物 秀 -专 心 做 生 物 ww w. bb ioo .co m a、 需冻干的产品要配制成一定浓度的液体，一般在 4～25%为宜。 b、 产品的分装：散装和瓶装。散装可采用金属盘、饭盒或玻璃器皿；瓶装 采用玻璃瓶（如：血浆瓶、疫苗瓶和青霉素小瓶等）和安瓶（如平底安 瓶、长安瓶和园安瓶等），各容器在分装之前要求清洗干净并进行灭菌 处理。产品的分装的要求：一般厚度不大于 15cm,面积尽可能大，这 样有利于升华。 c、 预冻的方法：1、箱内预冻法：直接把产品放置在冻干机冻干箱内的多 层隔板上进行冷冻；2、箱外预冻法：一种方法是低温冰箱或酒精加干 冰来进行预冻。另一种方法是专用的旋冻器，可把大瓶的产品边旋转边 冷冻成壳状结构再进冻干箱；3、特殊预冻法，离心式预冻法，利用在 真空下液体迅速蒸发，吸收本身的热量而冻结，一般 800转/min。 d、 预冻时要注意的问题：1、预冻速率，应根据产品选择最优速率；2、预 冻的最低温度，应低于共熔点温度；3、预冻时间，应恰好在抽真空之 前（因此要提前使冷凝器工作，达到－40℃时，真空度达到 100μHg） 溶媒均已冻实（经验值：一般预冻达到规定的温度后，再保存 1－2h就 可以抽真空升华）。 3、产品第一阶段的干燥 升华干燥阶段加热的温度应接近于共熔点的温度，但又不能超过共熔点的温 度。 第一阶段使溶媒内冻结冰大部分升华，因此也称该过程为升华干燥阶段。 升华是一个吸热的过程，因此必须对产品低温加热，但绝不能超过共熔点的温 度。如果加热的温度低于共熔点的温度过多，则升华的速率降低而延长了升华 阶段的时间。 影响升华干燥阶段的因素：1、产品的本身，共熔点较高的产品易干燥， 升华时间短；2、产品的分装厚度,正常的升华速率大约每小时产品下降 1mm的 厚度；3、冻干机本身的性能，真空性能、冷凝器的温度和效能。 4、维持阶段 使得冻干箱加热隔板的温度接近于产品共熔点的温度，维持 12h 左右，使产 品中大部分动结冰升华。（实验室常用的方法即过夜处理，因此实验前要预计实 验进程） 5、产品第二阶段的干燥 一旦产品内冻结的冰大部分（约 90％冰已升华）升华完毕，产品的干燥进 入第二阶段，即解吸干燥阶段。 解吸干燥阶段，可以迅速使产品产品的温度上升到该产品的最高容许温度（25～ 生 物 秀 -专 心 做 生 物 ww w. bb ioo .co m 40℃），并在该温度下一直维持到冻干结束。 6、最后维持阶段即冻干结束 怎样判断冻干结束？产品的温度达到最高许可的温度，并在这个温度保存 2h 以上。冻干结束后，要把产品放入无菌干燥箱，然后尽快加塞封口，以防止重新 吸收空气的水份。 三、冻干曲线的制作和时序的制定 生物制品的冷冻干燥产品常需要一定的物理形态，如均匀的颜色、符合要求 的含水量、良好的溶解性、高的存活率和较长的保存期。因此要优化各干燥步骤 的参数，冻干曲线和时序就是进行冷冻干燥过程控制的基本依据。 冻干曲线是冻干箱隔板层的温度（干燥中产品温度受隔板层温度控制）和时 间的关系曲线。冻干时序是在冻干过程中，各设备起闭运行的情况。 制定冻干曲线和时间需要确定下列数据： A．预冻速率 实验室常用预冻温度和装箱时间来决定预冻速率。要求预冻速率快，则冻干 箱先降至较低温度，然后再装箱；要求预冻速率慢，则产品装箱之后再让冻 干箱降温。 B．预冻的最低温度：预冻最低温度低于产品共熔点的温度。 C．预冻时间 一般要求在样品温度到达预订温度之后再保持 1～2h。注意：一般不赞成直接 把溶媒直接放在冷冻箱的隔板层上干燥。 D．冷凝器降温的时间 要求在预冻结束抽真空的时候，冷凝器的温度要到达－40℃以下。冷凝器的 降温通常从开始一直持续到冻干结束为止，温度始终应在－40℃以下。 E．预冻结束时间 预冻结束就是停止冻干箱隔板层的降温，通常在抽真空时（或真空度达到一 定值时）停止隔板层的降温。 F．抽真空时间 预冻结束即开始抽真空，直至干燥结束 G．真空控制时间 真空控制目的是为了改进冻干箱的热量传递，通常在第二阶段干燥时使用， 待产品温度达到最高许可温度后停止使用，继续恢复高真空状态。 H．产品加热的最高许可温度 升华过程中，加热温度可以略超过产品的最高许可温度，但在最后阶段隔板 层温度应与产品最高许可温度一致。 生 物 秀 -专 心 做 生 物 ww w. bb ioo .co m G．冻干的时间：18～24h 附部分物质的共熔点供参考： 物 质 共熔点(℃) 0.85％NaCL溶液 -22 10％蔗糖溶液 -26 40％蔗糖溶液 -33 10％葡萄糖溶液 -27 2％明胶、10％葡萄糖溶液 -32 10％溶液、10％葡萄糖、0.85％NaCL溶液 -19 脱脂牛奶 -26 马血清 -35 《生命物质制备与分析技术》实验讲义 2003.11 生 物 秀 -专 心 做 生 物 ww w. bb ioo .co m