[发明专利]冷冻干燥方法和装置

说明书

本发明涉及一种冷冻干燥装置，包括：‑包括加热装置(15,16)的蒸发室(5)，‑与所述蒸发室连通的冷凝室(10)，‑所述蒸发室(5)和所述冷凝室(10)彼此围绕能够旋转的轴(30)固定安装，其特征在于，所述装置还包括：‑通过挠性连接器连接到所述蒸发室(5)的产品入口和出口(1,8)，产品入口和出口(1,8)相对于蒸发室固定安装，以及‑驱动所述轴(30)的马达(12)，其自身具有以下往复运动：‑沿第一旋转方向以5°至90°之间的旋转角(α1)驱动所述轴(30)的第一运动，以及‑沿与第一旋转角度相反的第二旋转方向以‑5°至‑90°之间的旋转角(α2)驱动所述轴(30)的第二运动。

技术领域

本发明涉及通过冷冻干燥加工产品的装置领域。更具体地，本发明涉及进行大量冷冻干燥的装置。本发明还涉及一种大量冷冻干燥的方法。

本发明在药物制备和食品制备领域具有特别有利的应用，并且更普遍地适用于需要通过冷冻干燥的保存方法的所有高附加值工业。例如，本发明可以在生物技术领域实施，用于考虑到生物产量发酵的接种物生产；在食品领域实施，用于冷冻干燥水果、蔬菜、饮料和食品制剂；在健康领域实施，用于冷冻干燥蛋白质、肽、酶、细菌、病毒、活细胞、抗体或敏感分子的敏感制剂、血浆成分或敏感聚合物制剂。

现有技术

冷冻干燥是一种低温脱水操作，其包括通过升华消除产品中含有的大部分水。冷冻干燥使得可以获得高质量的最终产品而不降低结构，同时保留微生物或细胞的大部分活性。由于产品中水的活性降低，冷冻干燥的产品能够长时间保存。

实际上，通过降低产品中水的活性，没有生物体可以生长，并且不会发生在水中发生的所有化学反应。水的活性非常低也可以阻止任何微生物生长活性。因此，冷冻干燥产品的形式和外观得到很好的保存，其芳香性质远远优于通过雾化、流化床或具有多种效果的蒸发器简单干燥的方法干燥的产品性质。

此外，在缺少高比例的液态水的情况下，产品从冷冻状态到脱水状态的转变降低了改变反应发展的可能性。冷冻干燥的另一个主要技术优势在于，由于在水的升华过程中由蒸气形成的微孔，冷冻干燥产品能够瞬间再水化。

然而，冷冻干燥的使用受到其成本的限制，并且仍然比干燥使用少得多。冷冻干燥的低生产率是由于在真空和非常低的温度下的不连续操作模式，这导致10小时和几天之间的显著处理时间。在这些极端条件下，热传递效率非常低。相比之下，干燥通常在大气压下，在中等温度(通常在50至100℃之间)进行，并且热传递具有更好的效率。因此，冷冻干燥装置的投资和运营费用很高。例如，冷冻干燥装置的能量消耗通常约为每吨待消除水2500至6000kWh。

因此，冷冻干燥仅适用于具有高附加值的产品。在食品工业中，可以提到咖啡、以及草药和香料、煮熟的菜肴、或对受热脱水敏感的成分(蔬菜、水果、海鲜等)。基于雾化或流化床的干燥方法目前用于即时脱水汤粉、烹饪制剂和早餐谷物，因为它们便宜得多。制药工业(疫苗、血清、药物)和生物工业(酵母)对冷冻干燥方法有更大的兴趣，这使得它们能够获得该技术最具特色的性质，即保存产品中的活性成分(生物和/或药物活性)，其将以接近环境温度的温度下储存。

冷冻干燥需要使用一装置，其由连接到冷却装置的冷冻室、连接到加热装置的蒸发室和连接到蒸发室的冷凝室组成。冷凝室配置为将从蒸发室产生的水蒸气收集到冰阱上。在药学领域，出于无菌的原因，蒸发室也在蒸发之前冷冻产品。相反，在食品领域，冷冻通常在独立的装置中进行，因此冷冻干燥装置本身仅包括蒸发室和冷凝室。

冷却装置设置在冷凝室中以冷冻来自蒸发室的水蒸气。然后在冷凝室中将蒸汽形式的水转化为冰，并将冰储存在冷凝室中在冰阱上。在某些情况下，冷冻和升华可以在同一外壳内进行。在这种情况下，冷冻室和蒸发室由连接到冷却装置和加热装置的单个室组成。优选地，室也通过真空泵置于真空下，以便低于水的三相点通过并使水能够从固相转变为气相。