真空冷凍乾燥（簡體書）

真空冷凍乾燥（又稱為冷凍真空乾燥、冷凍乾燥，簡稱凍乾），是一種古老而又現代的先進乾燥技術。目前已經在食品、醫藥、生物制品、多孔材料和納米粉體材料制備、標本制作、文物保護等領域實現了廣泛的應用。近年來，真空冷凍乾燥技術應用範圍不斷擴大，使其成為了一項熱門的真空工程應用技術。
我們在做碩士、博士期間一直跟隨導師從事真空冷凍乾燥的實驗和理論研究工作。本書介紹了近年來先進的、具有代表性的凍乾理論和實用技術成果，其中也包括了我們的研究成果。我們希望本書能為從事凍乾研究或者在研究中需要利用凍乾技術的科技工作者提供一些參考，為推動凍乾理論研究的發展、完善和推廣凍乾技術的應用作出應有的貢獻。
本書是在《冷凍真空乾燥》（化學工業出版社，2015年）一書的基礎上修改的。本書首先分析了真空冷凍乾燥的特點及發展方向，其次詳細介紹了凍乾過程中的傳熱傳質理論和凍乾設備及其相關部件，又介紹了凍乾過程中涉及的特定參數及其測量與意義，在本書的第5～8章，總結了凍乾技術的應用領域，給讀者呈現了部分代表性物料的凍乾工藝。為了更好地聚焦與凍乾技術密切相關的理論與實踐主題，本書中未闡述基礎的物理化學理論和常識性知識，而是突出與真空冷凍乾燥密切相關的傳熱傳質理論和先進的實用技術。
本書分為8章，依次為真空冷凍乾燥技術概述、真空冷凍乾燥傳熱傳質原理、真空冷凍乾燥設備、真空冷凍乾燥特性參數測量與分析、生物制品和生物組織凍乾技術、藥用材料及原料的凍乾技術、食材凍乾技術、溶液凍乾技術制備無機納米粉體材料。其中第1、第4～8章由沈陽大學劉軍教授撰寫，第2、第3章由西安工業大學彭潤玲博士撰寫。本書由冷凍乾燥領域專家、東北大學博士生導師張世偉教授審稿。同我們一起為本書編寫作出貢獻的還有謝元華、鄒惠芬、鄭文利、王德喜博士等，李春青、王瓊先、余風強、高雅杰、趙雨霞、張茜、陳海峰碩士等。
在本書的撰寫和審稿過程中得到了很多人的關心、支持和幫助，尤其是得到了東北大學徐成海教授、張世偉教授的指導，在此深致謝意！同時也感謝化學工業出版社的有力支持與密切合作。書中引用了其他研究者的成果，在此一並表示感謝！
由於我們水平有限，本書涉及的知識面又很廣，書中不妥之處，懇請各界讀者指正。

編著者
2021年5月1日

1真空冷凍乾燥技術概述1
1.1凍乾技術在國際上的發展概況1
1.2凍乾技術在國內的發展概況3
1.3真空冷凍乾燥的基本工藝過程4
1.4真空冷凍乾燥技術的特點5
1.5真空冷凍乾燥技術的發展趨勢6
1.5.1凍乾機的發展趨勢6
1.5.2凍乾工藝的發展趨勢6
1.5.3凍乾理論研究的發展趨勢7
參考文獻9

2真空冷凍乾燥傳熱傳質原理11
2.1冷凍過程的傳熱傳質11
2.1.1凍乾箱內的凍結過程11
2.1.2冷庫內的凍結過程16
2.1.3微尺度凍結過程的傳熱傳質19
2.2真空乾燥過程的傳熱傳質22
2.2.1傳統的凍乾理論22
2.2.2多孔介質的凍乾理論24
2.2.3微納尺度凍乾過程的傳熱傳質30
參考文獻37

3真空冷凍乾燥設備40
3.1凍乾機的組成40
3.2凍乾機的分類41
3.2.1按凍乾面積的大小分類41
3.2.2按凍乾機的用途分類44
3.2.3按凍乾機的生產方式分類47
3.2.4按捕水器的安放位置分類48
3.2.5其他分類方式49
3.3凍乾機的主要性能指標49
3.4凍乾機的設計簡介50
3.4.1凍乾箱的設計50
3.4.2捕水器的設計52
3.4.3真空系統設計53
3.4.4制冷系統設計55
3.4.5加熱系統的設計56
3.4.6控制系統設計58
參考文獻60

4真空冷凍乾燥特性參數測量與分析61
4.1共晶點和熔融點溫度的測量61
4.1.1簡易自制測量裝置61
4.1.2一種典型液態物料共晶點測試儀63
4.2凍乾過程的分析與觀察64
4.2.1低溫顯微鏡64
4.2.2差示掃描量熱法70
4.2.3核磁共振72
4.2.4熱力學分析74
4.2.5介電分析75
4.2.6X射線衍射學-拉曼光譜學76
4.3凍乾過程中物料含水量的測量76
4.4凍乾終點的判斷77
4.5凍乾產品的質量分析77
4.5.1殘余水分的測量77
4.5.2凍乾產品的質量及其變化82
4.6凍乾產品的貯藏與復水84
4.6.1真空或充氣包裝84
4.6.2凍乾產品的復水84
參考文獻85

5生物制品和生物組織凍乾技術87
5.1概述87
5.2菌種和疫苗的凍乾88
5.2.1醋酸菌菌種凍乾89
5.2.2乳酸菌菌種凍乾90
5.2.3冰核菌種凍乾92
5.2.4鼠疫菌種凍乾92
5.2.5麻疹減毒疫苗凍乾93
5.2.6豬丹毒疫苗凍乾94
5.2.7貓泛白細胞減少症疫苗和“犬四聯”弱毒疫苗凍乾94
5.2.8甲型肝炎減毒活疫苗凍乾96
5.3皮膚的凍乾96
5.3.1大鼠皮膚凍乾工藝及藥物滲透性實驗96
5.3.2大鼠皮膚吹乾與凍乾比較研究98
5.4骨骼和骨髓幹細胞的凍乾99
5.4.1凍乾骨的生物性能99
5.4.2人體骨髓基質幹細胞的凍乾100
5.5動物眼角膜的凍乾101
5.5.1眼角膜的凍乾工藝流程101
5.5.2眼角膜凍結過程中的冷平衡102
5.5.3凍結眼角膜的乾燥過程103
5.5.4凍乾角膜的貯存與復水105
5.5.5凍乾-復水角膜的再植105
5.6心臟瓣膜的凍乾106
5.6.1心臟瓣膜玻璃化溫度的測定106
5.6.2凍乾工藝對凍乾心臟瓣膜性狀的影響107
5.7納豆激酶的凍乾111
5.7.1納豆激酶物性參數的測定112
5.7.2納豆激酶凍乾的實驗112
5.8人血液制品的凍乾114
5.8.1紅細胞凍乾114
5.8.2血小板凍乾119
5.8.3臍帶血凍乾127
5.9精子的凍乾129
5.9.1豬精子凍乾130
5.9.2人精子凍乾131
參考文獻133

6藥用材料及原料的凍乾技術136
6.1人參的凍乾137
6.1.1人參的共晶點溫度測定137
6.1.2人參凍乾的工藝138
6.1.3影響人參凍乾的因素139
6.2山藥的凍乾140
6.2.1山藥粉的凍乾實驗140
6.2.2微波加熱凍乾山藥片142
6.3螺旋藻的凍乾143
6.3.1用DSC測定螺旋藻的共晶點144
6.3.2螺旋藻凍乾保護劑144
6.3.3螺旋藻凍乾工藝146
6.4脂質體藥物凍乾149
6.4.1脂質體溶液凍乾過程中結晶對凍乾質量的影響149
6.4.2冷凍方式和凍乾保護劑對脂質體凍乾藥物粒徑和包封率的影響153
6.4.3苦參堿脂質體注射劑的凍乾制備154
6.5冬蟲夏草和林蛙油的凍乾156
6.5.1冬蟲夏草的凍乾156
6.5.2林蛙油的凍乾158
6.6鹿茸的凍乾158
6.6.1水分測量159
6.6.2共晶（熔）點溫度測量159
6.6.3鹿茸的凍乾實驗160
6.6.4凍乾鹿茸性質檢測及對比162
6.7三七的凍乾163
參考文獻164

7食材凍乾技術166
7.1植物性食材凍乾167
7.1.1典型蔬菜——菠菜的凍乾167
7.1.2典型水果——香梨的凍乾170
7.1.3典型谷類——綠豆的凍乾176
7.2動物性食材的凍乾179
7.2.1典型肉類——牛肉的凍乾179
7.2.2典型禽蛋——雞蛋的凍乾182
7.2.3典型水產——海參的凍乾186
7.3食用菌類食材的凍乾190
7.3.1共晶點溫度的測定190
7.3.2切片厚度對雙孢菇含水率的影響190
7.3.3預凍溫度對雙孢菇含水率的影響191
7.3.4預凍時間對雙孢菇含水率的影響191
7.3.5凍乾時間對雙孢菇含水率的影響191
7.3.6雙孢菇凍乾因素正交實驗191
7.3.7雙孢菇營養成分分析192
參考文獻192

8溶液凍乾技術制備無機納米粉體材料194
8.1溶液凍乾法制備納米粉體的一般過程和前體的確定194
8.2溶液凍乾法制備納米粉體的特點196
8.2.1溶液凍乾法制備納米粉體在方法上的特點196
8.2.2溶液凍乾法制備納米粉體在物料方面的特點198
8.3凍乾法制備氧化鋁納米粉體199
8.3.1氧化鋁納米粉體的性能與應用199
8.3.2真空冷凍乾燥法制備氧化鋁納米粉體的過程200
8.3.3氧化鋁樣品的檢測及分析201
8.4凍乾法制備氫氧化鎳和金屬鎳納米粉體203
8.4.1氫氧化鎳和鎳納米粉體的性能與應用203
8.4.2真空冷凍乾燥法制備氫氧化鎳的原理204
8.4.3真空冷凍乾燥法制備氫氧化鎳的過程205
8.4.4氫氧化鎳粉體檢測及分析206
8.4.5鎳納米粉體的制備208
8.5凍乾法制備氫氧化銅和氧化銅納米粉體209
8.5.1氫氧化銅和氧化銅納米粉體的性能及應用209
8.5.2真空冷凍乾燥法制備氫氧化銅及氧化銅納米粉體的原理210
8.5.3真空冷凍乾燥法制備氫氧化銅和氧化銅納米粉體的過程210
8.5.4氫氧化銅和氧化銅粉體檢測和分析212
8.6凍乾法制備銀納米粉體215
8.6.1銀納米粉體的性能及應用215
8.6.2真空冷凍乾燥法制備銀納米粉體的原理216
8.6.3真空冷凍乾燥法制備銀納米粉體的過程216
8.6.4銀納米粉體的檢測及分析218
參考文獻221