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冷冻干燥技术的发展简史的前景

时间: 2018-05-04 14:00  来源: 未知   作者: chinagzsb   点击:  

  冷冻干燥机是由制冷系统、真空系统、加热系统、电器仪表控制系统所组成的机器。随着冷冻干燥技术的日益精进,冷冻干燥机被广泛应用于医药生产、档案去湿、标本保鲜、食品生产、文物考古等诸多领域。冷冻干燥机技术含量高、冻干工艺复杂,相关设备产业化发展迫在眉睫。
 
  追溯我国冷冻干燥机发展历程,我国中小型冷冻干燥机的产品研发始于上世纪80年代.我们都知道在0℃以下的寒冷冬天,将洗干净的衣服晾在室外,很快就会冻结,但经过一段时间,衣服也会变干;古代北欧的海盗利用干寒空气的自然条件可以干燥和保存食物。其实无论是衣服晾干,还是食物保存,这些现象都可以算作是“冷冻干燥”了。但是,将冷冻干燥作为一门科学技术还是近百年来的事。冷冻干燥技术就是将含水物质先冻结成固态,然后使其中的水从固态升华成气态,以除去水分而保存物质的方法。
 
  冷冻干燥技术的发展也经历了一个比较漫长的过程:
 
  1. 国外冷冻干燥技术的发展历史:
 
  1890年阿特曼(Altmann)改变了用有机溶剂制作标本的方法,采用冷冻干燥法冻干了多种器官和组织,防止标本中的物质在有机溶剂中的溶解。他的工作确立了生物标本系统的冻干程序,是冻干在制作生物标本中的最早应用。


冷冻干燥技术的发展简史的前景 
 
  现代冻干生物标本
 
  1909年谢盖尔(Shackell)将冻干引入细菌学和血清学学科。他采用盐冰预冻,在真空状态下,用硫酸作吸水剂,对补体、抗毒素、狂犬病毒等进行冻干,这是后世先进冻干机的原型。
  在此后的一段时间内,许多学者为发展冻干技术进行了大量实验研究,遗憾的是并没有什么进展,仍旧停留在实验室研究阶段。主要是由于当时的冻干系统是由玻璃器皿组成的,冷源是干冰(固态CO2)。直到1930年后,以氟利昂为制冷工质的机械式制冷装置的兴起,为冻干技术的推广应用提供了条件。1933年美国宾州大学的Flosdorf和Mudd,首次实现血清的冷冻干燥。随后,1935年第一台商业用冻干机问世,使得冻干生物制品技术由实验室走向工业化大生产。
 
1928年,A.Fleming发现了青霉素; 1938年,牛津大学的Chain实现了青霉素的冷冻干燥,并和Florey一起,将冻干的青霉素应用于第二次世界大战期间伤者的救治。同时,冻干技术还制备了干的人血浆,解决了血液的存储运输问题,在二战期间挽救了百万士兵的生命。他们三人于1945年获诺贝尔生理学一医学奖。二战也推动了冻干在医药、血液制品等方面的应用和迅速发展。战后,冻干技术应用于疫苗领域,成为保存疫苗的一种常用方法。


冷冻干燥技术的发展简史的前景 
 

20世纪80年代装载冻干人血浆包装瓶

冷冻干燥技术的发展简史的前景 
 
  冻干疫苗   
 
  当然,冻干技术的并不单应用在生物、医药领域,还有食品冻干。看看下面的图片是不是很熟悉呀?那我们的冻干技术又是怎样应用于食品中的呢?


冷冻干燥技术的发展简史的前景
 
冷冻干燥技术的发展简史的前景 
 
  各种冻干水果干
 
  看了这些是不是很有食欲?其实早在1930年Flosdorf就进行了食品的冻干研究。1938年,为了解决巴西咖啡过剩的问题,雀巢公司发明了咖啡的冷冻干燥技术,首次将其应用于食品领域。现在一杯浓浓的雀巢咖啡依然能让我们享受悠闲时光。


冷冻干燥技术的发展简史的前景 
 

  冻干咖啡
 
  二战时期,有一件事是值得一提的,意大利在其他国家忙着开发新型武器时,发明了冷冻干燥的食物保存法,在离补给站10公里的战场上煮意大利面吃,结果全军被俘。在被敌军缴获的物资中,红酒比弹药数量还多。他们确实够爱吃的。不过也为我们冻干技术发展做出了些许贡献。


冷冻干燥技术的发展简史的前景
 
 
  食品冻干的系统研究始于1950年。规模最大的是英国食品部在苏格兰Aberdeen的试验工厂,他们于1961年公布了研究成果,证明冻干法加工食品是一种能获得优质食品的方法。随后在美、日、英等国相继建立一批冻干食品厂,到1965年全球已有食品冻干厂50多家。但是,冻干食品的发展并不乐观。20世纪60年代后半期,除了冻干咖啡有较大增长外,各种蔬菜、肉类、海产品等固态冻干食品未见多大发展,许多食品冻干设备出现积压。这又是怎么一回事呢?
 
  主要是此时应用的第一代食品冻干机,是用加热搁板、托盘与食品材料间接触传热来提供升华热。难以均匀地装盘和均匀地接触传热,且托盘操作繁杂,生产效率低,成本高,造成食品冻干发展缓慢。
 
  但此时对于咖啡冻干设备市场需求量还是存在的,20世纪70年代,许多厂商投入到了咖啡连续冻干装置的开发上。成果显著的是丹麦的Atlas公司,他们继续用托盘装载制品,搁于吊笼(或小车)上,连续向干燥室输送,并从箱内向出口移动,用加热板从托盘上下两面辐射提供升华热,双冷阱交替冷凝水蒸气和化霜,研究出了连续型冻干机,后来又开发了方法相似的批次式冻干机。Atlas公司技术处于领先地位,其产品几乎垄断欧美市场,并扩展至亚洲,也是沿用至今的第二代食品冻干机。
 
  第二代食品冻干机开发成功,缩短了食品冻干周期,降低了生产成本,再次推动了食品冻干的发展。欧美和日本的食品冻干业更是迅速发展起来。其中,美国和日本市场上出售的脱水食品中冻干食品占了40%以上。现在冻干食品除在宇宙航行、航海、军队、探险等特殊场合受到欢迎外,在一般的民用食品中也常见,更推动了民族饮食文化的发展。


冷冻干燥技术的发展简史的前景 
 
   国外冻干食品
 
  随着冻干技术的推广和发展,冻干理论和技术的研究也兴旺起来,1949年Flosdorf出版了世界上第一本有关冻干技术及理论的专著。1951年和1958年先后在英国伦敦召开了第一届和第二届以冻干为主题的专题讨论会。后来国际制冷学会将冷冻干燥列为国际制冷学会C1委员会(冻干,低温生物,低温外科)的学术内容之一。在之后的各届国际制冷大会上也陆续发表了大批研究论文。
 
  政策法规方面:1963年,美国首先制定了冻干药品GMP(good manufacturing practice,良好操作规范)生产标准。1969年,世界各国医药行业纷纷制定GMP计划,并将“过程检验”引入冻干生产,国际贸易组织决定执行冻干的GMP标准。
 
  2. 国内冷冻干燥技术的发展历史
 
  我国的冷冻干燥技术的发展就滞后了些。前期发展阶段:1930-1940年间,有微生物学家用盐水预冻,在蒸发器内抽真空,用吸水剂的方法冻干菌种,保存备用。1950年,大连生物所用简易冻干装置生产了破伤风抗毒素、气性坏疽抗毒素等。1951年军事医学科学院王克勤等研制了小型冻干机,生产了冻干动物和人的血浆。20世纪50年代初,哈尔滨、郑州和南昌等地兽药厂开始生产冻干疫苗。
 
  1954年,我们研制出了长效疫苗,这要归功于我国生物制品学家谢毓晋。50年代初,谢毓晋收到广西的一封人民来信,反映当地农民被疯狗咬伤后,注射了狂犬疫苗,仍然发病死亡。发现是疫苗不耐热,当地保存不当而失效。因此,谢毓晋决心改良疫苗质量,带领助手经过半年的艰苦实验,于1954年制出国际上领先的耐热真空冷冻干燥乙醚灭活狂犬病疫苗。该疫苗在45℃下,能保存一年以上而不变质。随后,他又在国内率先试制冻干抗狂犬病血清,获得有效制剂。后来他又与助手们系统地研究成功了生物制品的真空冷冻干燥工艺技术,并在全国推广应用。到1960年,国内开始批量生产冻干疫苗及冻干人血浆,并将冷冻干燥技术应用于制药和食品工业。
 
  1965年,原天津市通用机械工业公司用法国的冻干机进行果蔬、肉类食品等的冻干试验,研制成功GL45型食品冻干机。1965-1967年原辽宁省机械研究所研制成功日处理原料500kg的冻干设备。20世纪60年代后期原北京人民食品厂研制了日脱水500kg的冻干设备,并研究了多种食品的冻干工艺。70年代中期上海梅林罐头食品厂建成了年产300吨的冻干食品车间,但由于使用第一代食品冻干设备,生产成本高,国内还未实行对外开放政策,无法外销,最终导致车间停产。80年代后,冻干食品在我国有了较大的发展,青岛市第二食品厂,进口了日本冻干设备,生产冻干香葱、姜片等用于出口。


冷冻干燥技术的发展简史的前景
 
  冻干香葱、玉米

冷冻干燥技术的发展简史的前景 
 
  冻干生姜片
 
  改革开放后,我国的冻干设备也发展很快。1983年上海医械专机厂为广西南宁兽医生物药厂研制成功10m2兽药冻干机。1998年,烟台冰轮集团有限公司引进俄罗斯技术成功地研制了40m2的食品冻干机。中国科学院兰州物理研究的DG系列冻干机在食品冻干设备中发展迅速,从1996-2001年,共生产了32套食品冷冻干燥机。
 

(责任编辑:chinagzsb)
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