蛋白質(zhì)藥品冷凍干燥技術(shù)研究進展

　　1.引言

　　由于凍干藥品呈多孔狀、能長時間穩(wěn)定貯存、并易重新復(fù)水而恢復(fù)活性，因此冷凍干燥技術(shù)廣泛應(yīng)用于制備固體蛋白質(zhì)藥物、口服速溶藥物及藥物包埋劑脂質(zhì)體等藥品。從國家藥品監(jiān)督管理局數(shù)據(jù)庫得知，目前國內(nèi)已有注射用重組人粒細胞巨噬細胞集落刺激因子、注射用重組人干擾素α2b、凍干鼠表皮生長因子、外用凍干重組人表皮生長因子、注射用重組鏈激酶、注射用重組人白介素-2、注射用重組人生長激素、注射用A群鏈球菌、注射用重組人干擾素α2b、凍干人凝血因子VⅢ、凍干人纖維蛋白原、間苯三酚口服凍干片等凍干藥品獲準(zhǔn)上市。截止2000年2月，美國FDA已批準(zhǔn)的生物技術(shù)藥共計76個。

　　冷凍干燥技術(shù)最早于1813年由英國人Wollaston發(fā)明。1909年Shsckell試驗用該方法對抗毒素、菌種、狂犬病毒及其它生物制品進行凍干保存，取得了較好效果。在第二次世界大戰(zhàn)中，對血液制品的大量需求大大刺激了冷凍干燥技術(shù)的發(fā)展，從此該技術(shù)進入了工業(yè)應(yīng)用階段。此后，制冷和真空設(shè)備的飛速發(fā)展為快速發(fā)展冷凍干燥技術(shù)提供了強有力的物質(zhì)條件。進入上個世紀的八九十年代，科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展和人民群眾對健康保障的需求為藥品冷凍干燥技術(shù)的飛速發(fā)展提供了強大的動力，在藥品凍干損傷和保護機理、藥品凍干工藝、藥品冷凍干燥機等方面取得了巨大的成績。但藥品冷凍干燥技術(shù)是一門邊緣學(xué)科，需要生物學(xué)、藥學(xué)、制冷、真空和控制等知識的交叉和綜合，因此仍存在亟待解決的問題。

　2.藥品冷凍干燥原理及特點

　　藥品冷凍干燥是指把藥品溶液在低溫下凍結(jié)，然后在真空條件下升華干燥，除去冰晶，待升華結(jié)束后再進行解吸干燥，除去部分結(jié)合水的干燥方法。該過程主要可分為：藥品準(zhǔn)備、預(yù)凍、一次干燥(升華干燥)和二次干燥(解吸干燥)、密封保存等五個步驟。藥品按上述方法凍干后，可在室溫下避光長期貯存，需要使用時，加蒸餾水或生理鹽水制成懸浮液，即可恢復(fù)到凍干前的狀態(tài)。與其它干燥方法相比，藥品冷凍干燥法具有非常突出的優(yōu)點和特點：

　　a)藥液在凍結(jié)前分裝，劑量準(zhǔn)確；

　　b)在低溫下干燥，能使被干燥藥品中的熱敏物質(zhì)保留下來；

　　c)在低壓下干燥，被干燥藥品不易氧化變質(zhì)，同時能因缺氧而滅菌或抑制某些細菌的活力；

　　d)凍結(jié)時被干燥藥品可形成"骨架"，干燥后能保持原形，形成多孔結(jié)構(gòu)而且顏色基本不變；

　　e)復(fù)水性好，凍干藥品可迅速吸水還原成凍干前的狀態(tài)；

　　f)脫水徹底，適合長途運輸和長期保存。

　　雖然藥品冷凍干燥具有上述優(yōu)點，但是干燥速率低、干燥時間長、干燥過程能耗高和干燥設(shè)備投資大等仍是該技術(shù)的突出缺點。

　　3.藥品凍干損傷和保護機理

　　藥品冷凍干燥是一個多步驟過程，會產(chǎn)生多種應(yīng)力使藥品變性，如低溫應(yīng)力、凍結(jié)應(yīng)力和干燥應(yīng)力。其中凍結(jié)應(yīng)力又可分為枝狀冰晶的形成，離子濃度的增加，PH值的改變和相分離等情況。

　　因此，為了保護藥品的活性，通常在藥品配方中添加活性物質(zhì)的保護劑。它需要具備四個特性：玻璃化轉(zhuǎn)變溫度高、吸水性差、結(jié)晶率低和不含還原基。

　　常用的保護劑有如下幾類物質(zhì)：

　　a)糖類/多元醇：蔗糖、海藻糖、甘露醇、乳糖、葡萄糖、麥芽糖等；

　　b)聚合物：HES、PVP、PEG、葡聚糖、白蛋白等；

　　c)無水溶劑：乙烯乙二醇、甘油、DMSO、DMF等；

　　d)表面活性劑：Tween 80等；

　　e)氨基酸：L-絲氨酸、谷氨酸鈉、丙氨酸、甘氨酸、肌氨酸等；

　　f)鹽和胺：磷酸鹽、醋酸鹽、檸檬酸鹽等；

　　由于冷凍干燥過程存在多種應(yīng)力損傷，因此保護劑保護藥品活性的機理也是不同的，可以分為低溫保護和凍干保護。

　　對于低溫保護，目前被廣為接受的液體狀態(tài)下蛋白質(zhì)穩(wěn)定的機理之一是優(yōu)先作用原理。優(yōu)先作用是指蛋白質(zhì)優(yōu)先與水或水溶液中的保護劑作用。在有起穩(wěn)定作用的保護劑存在的條件下，蛋白質(zhì)優(yōu)先與水作用(優(yōu)先水合)，而保護劑優(yōu)先被排斥在蛋白質(zhì)區(qū)域外(優(yōu)先排斥)。在這種情況下，蛋白質(zhì)表面就比其內(nèi)部有較多的水分子和較少的保護劑分子。優(yōu)先作用原理同樣適用于冷凍-融解過程。蛋白質(zhì)保護劑，在溶液中被從蛋白質(zhì)表面排斥，在凍結(jié)過程中能夠穩(wěn)定蛋白質(zhì)。但是優(yōu)先作用機理不能完全解釋用聚合物或蛋白質(zhì)自身在高濃度時保護蛋白質(zhì)的現(xiàn)象。

　　在凍干過程中，由于蛋白質(zhì)的水合層被除去，優(yōu)先作用機理不再適用。對于凍干保護機理，仍在研究探討之中，目前主要有兩種：

　　a)水替代假說。許多研究者認為由于蛋白質(zhì)分子中存在大量氫鍵，結(jié)合水通過氫鍵與蛋白質(zhì)分子聯(lián)結(jié)。當(dāng)?shù)鞍踪|(zhì)在冷凍干燥過程中失去水分后，保護劑的羥基能替代蛋白質(zhì)表面的水的羥基，使蛋白質(zhì)表面形成一層假定的水化膜，這樣可保護氫鍵的聯(lián)結(jié)位置不直接暴露在周圍環(huán)境中，穩(wěn)定蛋白質(zhì)的高級結(jié)構(gòu)，防止蛋白質(zhì)因凍干而變性，使其即使在低溫冷凍和干燥失水的情況下，仍保持蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能的完整性。

　　b)玻璃態(tài)假說。研究者認為在含保護劑溶液的干燥過程中，當(dāng)濃度足夠大且保護劑的結(jié)晶不會發(fā)生時，保護劑-水混合物就會玻璃化。研究發(fā)現(xiàn)在玻璃態(tài)下，物質(zhì)兼有固體和流體的行為，粘度極高，不容易形成結(jié)晶，且分子擴散系數(shù)很低，因而具有粘性的保護劑包圍在蛋白質(zhì)分子的周圍，形成一種在結(jié)構(gòu)上與玻璃狀的冰相似的碳水化合物玻璃體，使大分子物質(zhì)的鏈鍛運動受阻，阻止蛋白質(zhì)的伸展和沉淀，維持蛋白質(zhì)分子三維結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定，從而起到保護作用。

　　目前大部分學(xué)者贊同"水替代假說"，因為可以通過實驗檢測到蛋白質(zhì)和保護劑之間的氫鍵，為理論提供證據(jù)。事實上，無論是"水替代假說"還是"玻璃態(tài)假說"，它們的基礎(chǔ)都是基于藥液實現(xiàn)了部分或全部玻璃化凍結(jié)。

4凍干工藝及優(yōu)化 

　　由于藥品冷凍干燥過程會產(chǎn)生多種應(yīng)力，對凍干藥品的藥性有很大的影響，因此對藥品冷凍干燥過程進行合理設(shè)計，對于減少凍干損傷和提高凍干藥品的質(zhì)量有重大的意義。

　　4.1凍結(jié)研究

　　冷凍干燥過程中的凍結(jié)過程非常重要，因為在凍結(jié)中形成的冰晶形態(tài)和大小以及玻璃化程度不僅影響后繼的干燥速率，而且影響凍干藥品的質(zhì)量。因此在凍結(jié)過程中必須考慮配方、凍結(jié)速率、凍結(jié)方式、以及是否退火等問題。4.1.1配方的影響

　　配方中的固體含量會影響凍結(jié)和干燥過程。如果固體含量少于2%，那么凍干藥品結(jié)構(gòu)的機械性能就會不穩(wěn)定。尤其在干燥過程中，藥品微粒不能粘在基質(zhì)上，逸出的水蒸氣會把這些微粒帶到小瓶的塞子上，有時甚至?xí)�帶到真空室�?dāng)中。

　　此外，為了獲得均勻一致、表面光滑、穩(wěn)定的蛋白質(zhì)藥品，配方中必須含有填充劑、賦形劑、穩(wěn)定劑等保護劑，這些保護劑對實現(xiàn)藥品的玻璃化凍結(jié)有重大的影響。很多糖類或多元醇經(jīng)常被用于溶液凍融和凍干過程中非特定蛋白質(zhì)的穩(wěn)定劑，它們既是有效的低溫保護劑又是很好的凍干保護劑，它們對凍結(jié)的影響取決于種類和濃度。文獻[16～23]對不同的保護劑進行了詳盡的研究，探討了它們的凍結(jié)特性。文獻[4]還研究了其它保護劑的凍結(jié)特性。但是蛋白質(zhì)種類很多，而且物理化學(xué)性質(zhì)各異，因此不同的蛋白質(zhì)需要不同的保護劑配方，因此它們的凍結(jié)特性就不同，一般需要實驗。

　　4.1.2凍結(jié)方式

　　凍結(jié)方式不同，產(chǎn)生的冰晶的形態(tài)和大小就不同，而且會影響后繼的干燥速率和凍干藥品質(zhì)量。根據(jù)凍結(jié)機理，可以把凍結(jié)分為全域過冷結(jié)晶和定向結(jié)晶兩類。

　　全域過冷結(jié)晶是指全部藥液處于相同或相近的過冷度下進行凍結(jié)的方式。在全域過冷結(jié)晶中，凍結(jié)速率和冰晶成核溫度是重要的參數(shù)。

　　全域過冷結(jié)晶按凍結(jié)速率的快慢可分為慢速凍結(jié)和快速凍結(jié)�？焖賰鼋Y(jié)的冰晶細小，而且沒有凍結(jié)濃縮現(xiàn)象，但是存在不完全凍結(jié)現(xiàn)象。相反，慢速冷卻產(chǎn)生較大的冰晶，并且存在凍結(jié)濃縮的現(xiàn)象。Thomas W Patapoff等人發(fā)現(xiàn)如果把藥品直接浸入液氮或干冰-乙醇溶液槽中(快速凍結(jié))，那么晶核首先在瓶壁產(chǎn)生，然后冰晶向中心擴散，再垂直向上擴散。由于長成的冰晶細小，而且有水平方向的結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致干燥階段的傳質(zhì)阻力很大，升華速率降低。實驗證明，快速凍結(jié)導(dǎo)致升華速率低，解吸速率快，慢速凍結(jié)導(dǎo)致升華速率快，解吸速率慢。

　　James A Searles等人認為冰晶成核溫度是全域過冷結(jié)晶的重要因素，因為它是升華速率的主要決定因素。他們在研究中發(fā)現(xiàn)，冰晶成核溫度從本質(zhì)上來說是隨機的、不穩(wěn)定的，不容易控制，但是受溶液中的微粒含量和是否存在冰晶成核體等影響因素。正是冰晶成核溫度的隨機性導(dǎo)致升華干燥速率的不均勻性以及與形態(tài)相關(guān)的參數(shù)，如凍干藥品表面積和解吸干燥速率。

　　定向結(jié)晶是指一小部分藥液處于過冷狀態(tài)下進行凍結(jié)的方式。Thomas W Patapoff介紹了一種垂直凍結(jié)方式。溶液用濕冰冷卻，在瓶子底部用干冰冷卻，形成晶核，然后放到-50℃的擱板上凍結(jié)。用這種方式凍結(jié)的樣品的冰晶在垂直方向呈現(xiàn)煙囪狀，在藥品表面沒有凍結(jié)濃縮層，而且整個藥品的結(jié)構(gòu)均一性很好，因此在干燥時的傳質(zhì)阻力很小，加快了凍干速率。Martin Kramer等人采用了另外一種方式實現(xiàn)了定向凍結(jié)。他們在真空室壓力為0.1kPa，擱板溫度為+10℃的條件下，讓溶液開始表面凍結(jié)，形成1～3mm左右的冰晶薄層。然后解除真空，降低擱板溫度到結(jié)晶溫度以下進行凍結(jié)。在這種條件下長成的冰晶粗大，也呈煙囪狀。同時在干燥階段發(fā)現(xiàn)，升華干燥時間比采用一般凍結(jié)的時間節(jié)省了20%。分析凍干藥品時還發(fā)現(xiàn)，對甘露醇，采用這種方式凍結(jié)的凍干品的剩余含水量比采用一般凍結(jié)的要多；但對蔗糖和甘氨酸，兩者差別不大。H Schoof等人在凍干膠原質(zhì)時也采用了定向結(jié)晶的方式。

　　凍結(jié)方式不同，產(chǎn)生的冰晶形態(tài)和大小就不同，后繼的干燥速率也不同。實驗證明，采用定向結(jié)晶方式的凍結(jié)藥品的干燥速率比全域過冷結(jié)晶的快。但是無論采用哪種凍結(jié)方式，藥品溶液必須部分或全部實現(xiàn)玻璃化凍結(jié)，以保護藥品藥性。

　　4.1.3退火

　　退火是指把凍結(jié)藥品溫度升到共熔溫度以下，保溫一段時間，然后再降低溫度到凍結(jié)溫度的過程。在升華干燥之前增加退火步驟，至少有三個原因：

　　a)強化結(jié)晶。在凍結(jié)過程特別是快速凍結(jié)過程中，配方中結(jié)晶成分往往來不及完全結(jié)晶。但是如果該成分能為凍干藥品結(jié)構(gòu)提供必要的支撐或者蛋白質(zhì)在該成分完全結(jié)晶后會更穩(wěn)定，那么就有必要完全結(jié)晶。此外，凍結(jié)濃縮液中也會有一部分水來不及析出，使其達不到最大濃縮狀態(tài)。實驗證明，當(dāng)退火的溫度高于配方的最大濃縮液玻璃化轉(zhuǎn)變溫度Tg’時，會促進再結(jié)晶的形成使結(jié)晶成分和未凍結(jié)水結(jié)晶完全。

　　b)提高非晶相的最大濃縮液玻璃化轉(zhuǎn)變溫度Tg’。從非晶相中除去Tg’較低的結(jié)晶成分，能夠提高非晶相的Tg’。Barry J Aldous在研究非晶態(tài)碳水化合物的水合物結(jié)晶規(guī)律時發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過退火之后的海藻糖干燥溶液的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度由31℃上升到79℃，大大提高了穩(wěn)定作用。

　　c)改變冰晶形態(tài)和大小分布，提高干燥效率。James A Searles等人研究認為不同的成核溫度產(chǎn)生不同的冰晶形態(tài)和粒徑大小，繼而導(dǎo)致升華干燥的速率的不均勻。但是一個過程中的干燥速率是由最慢的干燥藥品確定的，因此不均勻的干燥速率會影響藥品的質(zhì)量和生產(chǎn)的經(jīng)濟性。研究證實退火過程中的相行為和重結(jié)晶可以減小由于成核溫度差異造成的冰晶尺寸差異及干燥速率的不均勻性，提高干燥效率和藥品均勻性。

　　為了達到退火目的，在退火操作中，必須考慮加熱速率、退火溫度、退火時間等參數(shù)。但是目前由于實驗手段不夠先進和理論知識比較缺乏，退火機理尚有疑問，退火參數(shù)的選取仍然沒有依據(jù)。

　　4.2干燥

　　藥品冷凍干燥的干燥過程可以分為兩個階段，一次干燥和二次干燥。在一次干燥階段除去自由水，在二次干燥階段除去部分結(jié)合水。干燥過程占據(jù)了藥品冷凍干燥過程的大部分能耗，因此采取有效措施提高干燥速率顯得非常有意義。目前，大都采取控制擱板和藥品溫度、冷阱溫度和真空度的做法來實現(xiàn)干燥速率的提高。

　　藥品溫度的控制。包括凍結(jié)層和已干層的溫度控制�？刂苾鼋Y(jié)層溫度的原則是在保證凍結(jié)層不發(fā)生熔化(在低共熔點以下)的前提下，溫度越高越好。控制已干層溫度的原則是在不使物料變性或已干層結(jié)構(gòu)崩塌的前提下、盡量采用較高的干燥溫度。而擱板溫度的控制是以滿足藥品溫度控制為標(biāo)準(zhǔn)。冷阱溫度。凍干過程中水升華的驅(qū)動力是藥品和冷阱間的溫差。由于藥品溫度受加熱方式的限制，同時不能高于共熔溫度，因此冷阱溫度越低越好。為了提高經(jīng)濟性，在升華干燥過程中應(yīng)至少低于藥品溫度20℃；在解吸干燥過程中，對于那些要求很低殘余水分的配方，冷阱溫度要求更低。

　　真空度。一般認為，壓力對凍干過程有正反兩方面的影響：

　　a)在藥品共熔點溫度和崩塌溫度以下，升華界面溫度越高，升華水汽越多，所需熱量越大。壓力越高，相應(yīng)提高了已干層導(dǎo)熱系數(shù)，表面對流作用也越大，因此升華水汽也越快，即凍干速率越大。

　　b)升華界面通過已干層到外部的水汽逸出速度與界面和表面之間的壓力差，即界面溫度所對應(yīng)的飽和壓力與干燥室的真空度之差相關(guān)。這個壓差大，有助于水汽逸出。這個壓差越小，逸出越慢，干燥速率也越小。如果冷凍干燥是傳熱控制過程，則干燥速率隨著干燥室壓力升高而提高；如果冷凍干燥是傳質(zhì)控制過程，干燥速率隨著干燥室壓力升高而降低。

　　經(jīng)驗證明升華階段的真空度在10～30Pa時，既有利于熱量的傳遞，又利于升華的進行。若壓強過低，則對傳熱不利，藥品不易獲得熱量，升華速率反而降低，而且對設(shè)備的要求也更高，增加了成本。而當(dāng)壓強過高時，藥品內(nèi)冰的升華速度減慢，藥品吸收熱量將減少，于是藥品自身的溫度上升，當(dāng)高于共熔點溫度時，藥品將發(fā)生熔化導(dǎo)致凍干失敗。根據(jù)真空度對凍干速率的影響，文獻[40]采用了循環(huán)壓力法，得到了不錯的效果。

　　藥品冷凍干燥過程是一個連續(xù)的操作，不同的藥品配方，有不同的凍結(jié)特性，而且凍干曲線也不同，因此應(yīng)在基礎(chǔ)研究的基礎(chǔ)上廣泛開展個體研究，優(yōu)化凍干曲線，提高干燥速率，降低能耗。

　　5藥品冷凍干燥機

　　藥品冷凍干燥機的分類方法很多，按其擱板面積可分為大、中、小三種類型，通常凍干面積小于1.5m2為小型，介于1.5m2至50m2之間為中型，大于50m2為大型；按其目的和用途可分為實驗型凍干機、中試型凍干機和工業(yè)生產(chǎn)型凍干機。

　　藥品冷凍干燥機主要由干燥箱、真空系統(tǒng)、制冷系統(tǒng)、冷阱系統(tǒng)、加熱系統(tǒng)、加蓋系統(tǒng)、自動控制系統(tǒng)等幾大部分組成。此外，大中型冷凍干燥機還常有蒸氣滅菌系統(tǒng)(SIP)、在位清洗系統(tǒng)(CIP)。

　　制冷系統(tǒng)分別為冷凍干燥箱和冷阱系統(tǒng)提供冷源。目前采用的單級制冷壓縮循環(huán)的板層制冷溫度約在-35℃～-40℃之間，冷阱溫度在-50℃左右；雙級制冷壓縮循環(huán)的板層制冷溫度在-45℃～-50℃之間，冷阱溫度在-65℃左右；復(fù)疊式制冷循環(huán)的板層制冷溫度在-55℃～-60℃之間，冷阱溫度在-75℃左右。

　　冷凍干燥機的控制主要是對制冷機、真空機組、加熱功率的起停及溫度的控制，對真空度、溫度的測定、監(jiān)控、以及自動保護、報警裝置等。采用全自動控制或微電腦控制的凍干機都能顯示各主要部件的工作狀態(tài)，顯示干燥箱內(nèi)擱板和藥品的溫度、真空度、捕水器溫度，都能進行參數(shù)設(shè)定、修改和實時顯示。

　　藥品冷凍干燥機必須執(zhí)行GMP規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，實現(xiàn)高度無菌化、無塵化，達到高度可靠、安全、維護簡便。為此藥品冷凍干燥機往往采用蒸氣滅菌系統(tǒng)(SIP)以保證滅菌徹底、無死角。同時輔以在位清洗系統(tǒng)(CIP)，對干燥室、冷凝器、主閥及管道進行就地清洗預(yù)設(shè)排液坡度，保證無液體滯留。同時具有應(yīng)對停電、停水、誤操作的保護措施，一旦出現(xiàn)故障，可以對藥品實行保護；實現(xiàn)凍干機操作運行的計算機控制，具有停電停水三對策系統(tǒng)，可以多路聯(lián)鎖自動報警。

　　由于藥品冷凍干燥機必須執(zhí)行GMP規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，因此今后藥品冷凍干燥機的研究仍將朝著無菌化和高度可靠性的方向進行，如自動進料方式、真空控制方式等的研究。

　　隨著生物技術(shù)的高速發(fā)展，多肽蛋白質(zhì)類藥物不斷涌現(xiàn)，可應(yīng)用于臨床的多肽、蛋白酶、激素、疫苗、細胞生長因子及單克隆抗體等成為開發(fā)重點。為防止藥品變性，目前廣泛采用冷凍干燥法制備稱固態(tài)藥品。經(jīng)過幾十年的發(fā)展，藥品冷凍干燥技術(shù)雖然有了很大的進展，但是仍存在不少問題，亟需解決。在冷凍干燥過程中會產(chǎn)生多種凍結(jié)和干燥應(yīng)力，使藥品發(fā)生不同程度的變性，而且凍干法本身也存在干燥速率低、干燥時間長、干燥過程能耗高和干燥設(shè)備投資大等缺點。因此為了提高藥品的穩(wěn)定性和經(jīng)濟性，必須對藥品在凍干過程中的損傷和保護機理進行進一步的研究，同時利用先進的制冷和真空設(shè)備及控制手段開發(fā)價格低、性能好的冷凍干燥機，繼續(xù)完善低溫低壓下的傳熱傳質(zhì)理論，優(yōu)化凍干工藝。 
噸的中等規(guī)模的凍干車間。

凍干曲線程序的制定

生物制品經(jīng)冷凍干燥后具有一定的物理形態(tài)，如均勻的顏色、合格的殘余水份含量、良好的溶解性、高的存活率或較長的保存期等。因此，不僅要對凍干過程和凍干后的密封保存進行控制，更重要的是對冷凍干燥過程的每一階段的各參數(shù)進行全面的控制，才能得到優(yōu)質(zhì)的產(chǎn)品。凍干曲線和時序就是進行冷凍干燥過程控制的基本依據(jù)。

凍干曲線和時序不僅是手工操作凍干機的依據(jù)，也是自動控制凍干機操作的依據(jù)。例如，利用凸輪法和滾筒法進行凍干機的自動控制時，凸輪和滾筒的刻劃依據(jù)就是凍干曲線和時序，在用微處理機對凍干機進行控制時，操作程序的編制依據(jù)也是凍干曲線和時序，按照微機的一定要求把凍干曲線和時序用操作鍵盤輸入微機的貯存器內(nèi)。

凍干曲線是凍干箱板層溫度與時間之間的關(guān)系曲線。一般以溫度為縱坐標(biāo)，時間為橫坐標(biāo)。它反映了在凍干過程中，不同時間板層溫度的變化情況。

    凍干時序是在凍干過程中不同時間，各種設(shè)備的啟閉運行情況。

    制定凍干曲線以板層為依據(jù)是因為產(chǎn)品溫度是受板層溫度支配的。控制了板層溫度也就控制了產(chǎn)品溫度。

   制定凍干曲線要考慮下列因素：

    產(chǎn)品的品種：產(chǎn)品不同則共熔點亦不同，共熔點低的產(chǎn)品要求預(yù)凍的溫度低；加熱時板層的溫度亦相應(yīng)要低些。有些產(chǎn)品受冷凍的影響較大，有些產(chǎn)品則影響較��；一般細菌性的產(chǎn)品受冷凍的影響較大，病毒性的產(chǎn)品受冷凍的影響較小。要根據(jù)試驗找出一個產(chǎn)品的最優(yōu)冷凍速率，以獲得高質(zhì)量的產(chǎn)品和較短的冷凍干燥時間。另外產(chǎn)品不同，對殘余水份的要求也不同。為了長期保存產(chǎn)品，有些產(chǎn)品要求殘余水份含量低些。有些則要求高些。殘余水份含量要求低的產(chǎn)品，凍干時間需長些。殘余水份含量要求高的產(chǎn)品，凍干時間可縮短。

    裝量的多少也影響著凍干曲線的制定。一個是總裝量的多少，一個是每一容器內(nèi)產(chǎn)品裝量的多少。裝量多的凍干時間也長。

    容器的品種也是需要考慮的因素，底部平整和較清潔的瓶子傳熱較好。底部不平或玻璃厚的瓶子傳熱較差，后者顯然凍干時間較長。

    凍干機性能的優(yōu)劣直接關(guān)系到凍干曲線的制定，凍干機有各種不同的型號，因此它們的性能也各不相同。有些機器的性能好，例如板層之間，每板層的各部分之間溫差小；冷凝器的溫度低，冰負荷能力大；凍干箱與冷凝器之間的水蒸汽流動阻力��；真空泵抽速快，真空度好而穩(wěn)定。有些機器則差一些。因此盡管是同一產(chǎn)品，當(dāng)用不同型號的凍干機進行凍干時，曲線也是不一樣的，照搬其它型號機器的凍干曲線不一定能凍出好的產(chǎn)品來。

  制定凍干曲線和時序時要確定下列數(shù)據(jù)：

1.預(yù)凍速度

    預(yù)凍速度大部分機器不能進行控制，因此只能以預(yù)凍溫度和裝箱時間來決定預(yù)凍的速率，要求預(yù)凍的速率快，則凍干箱先降至降低的溫度，然后才讓產(chǎn)品進箱；要求預(yù)凍的速率慢，則產(chǎn)品進箱之后再讓凍干箱降溫。

2.預(yù)凍的最低溫度

    這個溫度取決于產(chǎn)品的共熔點溫度，預(yù)凍最低溫度應(yīng)低于該產(chǎn)品的共熔點溫度的5℃～7℃。

3.預(yù)凍的時間

    產(chǎn)品裝量多，使用的容器底厚而不平整，不是把產(chǎn)品直接放在凍干箱板層上凍干，凍干箱冷凍機能力差，每一板層之間以及每一板層的個部分之間溫差大的機器，則要求預(yù)凍時間長些。為了使箱內(nèi)每一瓶產(chǎn)品全部凍實，一般要求在樣品的溫度達到預(yù)定的最低溫度之后再保持1－2小時的時間。

4.冷凝器降溫的時間

    冷凝器要求在預(yù)凍末期，預(yù)凍尚未結(jié)束，抽真空之前開始降溫。降溫時間要由冷凝器機器的降溫性能來決定，要求在預(yù)凍結(jié)束抽真空的時候，冷凝器的溫度要達到-40℃左右，好的機器一般半小時后開始降溫。

    冷凝器的降溫通常從開始之后一直持續(xù)到凍干結(jié)束為止。溫度始終應(yīng)在-40℃以下。

5.抽真空時間

    預(yù)凍結(jié)束就是開始抽真空的時間，要求在半小時左右的時間真空度能達到20Pa。

    抽真空的同時，也是凍干箱冷凝器之間的真空閥打開的時候，真空泵和真空閥門打開同樣一直持續(xù)到凍干結(jié)束為止。

6.預(yù)凍結(jié)束的時間

預(yù)凍結(jié)束就是當(dāng)物料被預(yù)凍至共熔點溫度以下約2小時左右（視物料凍干量而定），通常在抽真空及進行程序控溫啟動之前結(jié)束。

7.開始加熱時間

    一般認為開始加熱的時間（實際上抽真空開始升華即已開始）。開始加熱是在真空度達到10 Pa之后（接近1×10-1毫米汞柱），開始加熱；有些凍干機是在抽真空之后半小時開始進行程序控溫，這時真空度已達到10 Pa甚至更低。

8.產(chǎn)品加熱的最高許可溫度

    板層加熱的最高許可溫度根據(jù)產(chǎn)品來決定，在升華時板層的加熱溫度可以超過產(chǎn)品的最高許可溫度因為這時產(chǎn)品仍停留在低溫階段，提高板層溫度可促進升華；但凍干后期板層溫度需下降到與產(chǎn)品的最高許可溫度相一致，由于傳熱的溫差，板層的溫度可比產(chǎn)品的最高許可溫度略高少許。

9.凍干的總時間

    凍干的總時間為預(yù)凍時間，加上升華時間和第二階段工作的時間�？倳r間確定，凍干結(jié)束時間也確定。

    這個時間根據(jù)產(chǎn)品的品種，瓶子的品種、裝箱方式、裝量、機器性能等來決定，一般冷凍工作的時間較長，在18－24小時左右，有些特殊的產(chǎn)品需要幾天的時間。