كل ما تحتاج لمعرفته حول التجفيف بالتجميد

ما هو التجفيف بالتجميد المعملي؟

التجميد، أو التجفيف بالتجميد، هو تقنية جديدة تعمل على تسامي الماء في المواد عند درجات حرارة منخفضة وضغوط لتجفيفها وتجفيفها.

يضمن التجفيف بالتجميد حماية الهيكل الأصلي للعينة إلى أقصى حد ممكن، وغالبًا ما يستخدم في مجالات مثل الحفاظ على المواد القابلة للتلف أو إطالة العمر الافتراضي للمنتجات. يمكنك التحكم في سرعة ووقت التجفيف عن طريق ضبط المعلمات مثل درجة الحرارة والفراغ بحيث يمكن إكمال عملية التجفيف بأكملها بكفاءة.

هيكل مجفف التجميد المعملي

كيف يعمل التجفيف بالتجميد؟

⒈. ما قبل التجميد

يتم أولاً تجميد المادة المراد تجفيفها إلى درجة حرارة منخفضة بحيث يشكل الماء بداخلها بلورات ثلجية. التحضير لعملية التسامي التالية. هذه مرحلة حرجة للغاية في عملية التجفيف بالتجميد. يتم تحقيق التجفيف بالتجميد بسهولة أكبر باستخدام بلورات الثلج الكبيرة، والتي يمكن إنتاجها عن طريق التجميد البطيء أو التلدين. ومع ذلك، في حالة المواد البيولوجية، عندما تكون البلورات كبيرة جدًا، فإنها قد تكسر جدران الخلايا، مما يؤدي إلى تجفيف أقل من المستوى الأمثل بالتجميد. ولمنع ذلك، ينبغي تنفيذ عملية التجميد بسرعة. بالنسبة للمواد التي تستقر بسهولة، يمكن استخدام التلدين. تتكون العملية من التجميد السريع ثم رفع درجة حرارة المنتج للسماح بنمو البلورات.

2. التجفيف الأولي

في هذه العملية، يتسامى الجليد دون أن يذوب. تقوم هذه العملية بإزالة 95% من الماء. المبدأ الرئيسي للتشغيل هو تقليل الضغط وتسخين المادة لتسامى الماء.

3. التجفيف الثانوي

يستمر تسخين المادة تحت فراغ لإزالة الماء المتبقي. يمكن تجفيف معظم المواد إلى 1-5% من الرطوبة المتبقية. يتم تنفيذ هذه الخطوة عن طريق زيادة درجة الحرارة ببطء، ولكن مع إبقائها عند درجة حرارة منخفضة لتجنب التسخين الحراري للمادة. هذه الخطوة مهمة للحفاظ على استقرار العينة.

تطبيقات التجفيف بالتجميد في المختبر:

1. المواد الغذائية: تستخدم لتجفيف المواد الغذائية والقهوة والكحول والفواكه والخضروات بالتجميد، للحفاظ على الشكل والنكهة والمواد المغذية إلى أقصى حد.

2. صناعة تصنيع الأدوية: تحافظ على أقصى قدر من نشاط المنتجات الدوائية، والحساسية للحرارة، ومناسبة للنقل لمسافات طويلة والحفظ.

3. المختبر: حفظ الكائنات الحية الدقيقة والفيروسات والمواد البوليمرية والمواد غير القابلة للذوبان وكذلك الإنزيمات واستخلاص البروتينات وتجفيفها بالتجفيف والتجميد.

4. المجال البيئي: تجفيف تجميد أنسجة الحشرات والنباتات والحيوانات، وكذلك تجفيف عينات تلوث التربة والطين.

كيفية اختيار مجفف تجميد المختبر؟

أ. منطقة التجفيف بالتجميد

وفقًا لعدد العينات، يتم اختيار الحجم المناسب لغرفة التجفيف، ومساحة تجفيف التجميد الكافية لضمان التجفيف الموحد للعينة مما يؤدي إلى تحسين كفاءة التجفيف.

ب. درجة حرارة المصيدة الباردة

المصيدة الباردة عبارة عن جهاز لالتقاط الماء أثناء عملية التجفيف بالتجميد. من الناحية النظرية، كلما انخفضت درجة حرارة المصيدة الباردة، زادت قدرة المصيدة الباردة على التقاط الماء. ومع ذلك، فإن درجة الحرارة المنخفضة للمصيدة الباردة، والمتطلبات العالية للتبريد، وتكاليف الماكينة وارتفاع تكاليف التشغيل. درجة حرارة المصيدة الباردة للمجفف بالتجميد من السلسلة التجريبية تحتوي بشكل رئيسي على عدة درجات مثل حوالي -45 درجة مئوية، -60 درجة مئوية، و -80 درجة مئوية. في حالة عدم وجود احتياجات خاصة، فإن درجة حرارة المصيدة الباردة التي تبلغ حوالي -60 درجة مئوية هي الخيار المثالي.

ج. معدل التبريد

يعكس معدل التبريد قدرة التبريد لنظام التبريد، وفي حالة عدم وجود حمل، يجب أن تصل درجة حرارة مصيدة التبريد إلى أدنى درجة حرارة محددة في المؤشر خلال ساعة واحدة. على سبيل المثال، يجب ألا تزيد درجة حرارة المصيدة الباردة ≥ -60 درجة مئوية لمجفف التجميد، والجهاز من فتح الثلاجة إلى توقيت البدء، ودرجة حرارة المصيدة الباردة للوصول إلى -60 درجة مئوية عن ساعة واحدة.

د. يجب النظر في أداء مجفف التجميد الصغير. يتضمن الأداء سرعة التجميد، ووظيفة التحكم في درجة الحرارة والفراغ. وفقًا لمؤشرات الأداء، قم بوزن الاختيار وفقًا للاحتياجات الفعلية.

ه. Cنظام التحكم: يجب أن يتمتع نظام التحكم بأداء مستقر وموثوق، وقادر على التحكم بدقة في درجة حرارة التجميد والفراغ والتجفيف وغيرها من المعالم

توصية مجفف التجميد المعملي

الرائد

السائدة

اقتصاد

المشاكل التي يجب تجنبها أثناء التجفيف بالتجميد

قد تؤدي درجات حرارة التسخين المفرطة إلى إعادة ذوبان المنتج أو انهياره، أو التحميل الزائد على المكثف نتيجة لتأثير الكثير من البخار عليه. فيما يلي العوامل التي قد تسبب هذه المشاكل:

1. توليد البخار المفرط

2. مساحة السطح كبيرة جدًا

3. مساحة المكثف صغيرة جدًا

4. التبريد غير كافي

اختناق البخار - يتم إنتاج البخار بشكل أسرع مما يمكن أن يمر عبر منفذ البخار (المنفذ بين حجرة المنتج والمكثف)، مما يؤدي إلى زيادة الضغط في الحجرة

مصطلحات التجفيف بالتجميد شائعة الاستخدام

نقطة الانصهار أو درجة حرارة الانصهار:

درجة الحرارة التي يوجد عندها المنتج فقط في الطور الصلب، وتمثل الحد الأدنى لدرجة حرارة الانصهار. لاحظ أنه ليست كل المنتجات تحتوي على نقطة سهلة الانصهار، وبعضها قد يحتوي على نقاط سهلة الانصهار.

درجة الحرارة الحرجة:

أعلى درجة حرارة يمكن أن يصل إليها المنتج أثناء التجفيف بالتجميد قبل أن تبدأ جودته في التدهور بسبب الانصهار أو الانهيار.

بلوري:

1. تشكل المادة بلورات عند تجميدها.

2. لديه نقطة سهلة الانصهار أو نقاط سهلة الانصهار.

3. يؤدي التجميد السريع إلى تكوين بلورات صغيرة يصعب تجفيفها.

4. التلدين يمكن أن يساعد في تكوين بلورات أكبر.

غير متبلور:

1. مخاليط متعددة المكونات لا تتبلور ولا تحتوي على نقطة سهلة الانصهار. وبدلاً من ذلك، يتحولون إلى 'زجاج'.

2. ليس لديه نقطة سهل الانصهار.

3. بالنسبة للمواد غير المتبلورة، يجب إجراء التجفيف بالتجميد تحت درجة حرارة التزجج.

ينهار:

النقطة التي يصبح عندها المنتج لينًا إلى درجة أنه لم يعد قادرًا على دعم بنيته الخاصة. هذا يمكن أن يؤدي إلى عدة مشاكل:

1. فقدان البنية الجسدية

2. تجفيف غير كامل

3. انخفاض الذوبان

4. الاجتثاث كبير (splat)