フリーズドライとは?

ラボや製造工程に欠かせない、EYELAのスタンダード!

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FDM-1000・2000型(真空ポンプは別売です)

最近、フリーズドライの食品が大人気です。野菜チップや果物、インスタントみそ汁やスープ、料理用具材、さらには保存食まで。フリーズドライをそのまま訳せば「凍結乾燥」となります。
水分を含んだ食品や原料を凍らせ、凍った状態のまま水分を取り除き乾燥させれば、主要成分を残したままでフリーズドライ品が出来上がります。

医薬品や工業用の素材など幅広く凍結乾燥の技術は応用されており、さまざまな分野で欠かせないものとなっています。EYELAのフリーズドライ装置(凍結乾燥機:フリーズドライヤー)は、長年の開発・製造をもとに、さまざまな声、ご要望を反映して、現場の皆様にフィットする製品をお届けしております。

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(音声入り)凍結乾燥(フリーズドライ)に関してと凍結乾燥中の様子をご紹介

凍結乾燥のメリット

単なる大気圧下の蒸発による乾燥方法に比べると、凍結乾燥による昇華では以下のような多くの利点をもっています。

形質変化
凍結状態から昇華するので、容積や形状の変化なし
組織変化
成分の変化はほとんどなし、色・香り・味・栄養価も保持
乾燥状態
多孔質に乾燥するので、内部も充分に乾燥
保存性
低温・真空下での処理なので、酸化や雑菌による汚染がなく、長期保存が可能
復元性
多孔質の部分に水が入り復元・溶解性が良い

凍結乾燥の原理

凍結乾燥法は、試料中の水分を氷点(共晶点)以下で凍結させ、その状態のまま“昇華”によって水分を除去・乾燥させる方法です。
水は大気圧(1013hPa)の時100℃で沸騰しますが、圧力を下げることにより沸点が下がっていきます。123hPaまで圧力を下げると50℃で沸騰し、さらに、6.1hPaになると水は0℃で沸騰します。0℃は氷点でもありますので、水は“凍ったまま沸騰する”という状態になります。
一般の乾燥が液体から気体へ「蒸発」するのに対し、凍結乾燥は固体(氷)から気体(水蒸気)へ「昇華」する乾燥法です。昇華中の試料はマイナス30℃前後となります。

固体・液体・気体が共存する点を『三重点』と呼び温度0.01℃、圧力6.117hPaです。
大気圧下では固体(氷)⇔液体(水)⇔気体(水蒸気)と変化しますが、三重点以下の圧力では液体を経ずに固体から気体に変化(昇華)することがわかります。

水の状態図

凍結乾燥の工程

1.予備凍結

試料をあらかじめ凍らせる工程。

低温水槽またはフリーザーなどで試料を十分に凍らせます。一般的には-80~-30℃程度の温度で予備凍結します。凍結乾燥の成否を左右する重要な前処理工程です。

2.一次乾燥

凍結した試料を高真空下で昇華乾燥させる工程。

最初は試料の表面から昇華が始まり、試料内部の乾燥した部分と未乾燥部分との境界で昇華が進みます。
時間をかけてゆっくりと昇華します。

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3.二次乾燥

一次乾燥させた後、乾燥の仕上げとして※結合水の除去を行なう工程。

この段階では試料を30℃前後まで加温し、一次乾燥と同様に高真空下で試料の乾燥具合を高めます。

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  • 結合水」とは物質に含まれている水のうち、構成分子と水素結合により結びついている水のこと。

凍結乾燥の構成

凍結乾燥機は4つの機器で構成されます。

①凍結乾燥機本体

昇華した水分が捕集されます。

トラップ部
トラップ部
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ドライチャンバー・トラップ部一体型
②多岐管・ドライチャンバー

容器を取り付けたり、試料を棚に置いたりします。

多岐管・ドライチャンバー・トラップ部一体型
多岐管・ドライチャンバー
③減圧装置(真空ポンプ)

系内を減圧し、昇華を推進します。

④予備凍結装置(予備凍結槽、冷凍庫)

試料の入った容器をあらかじめ凍結させます。

他に、容器・アダプター・配管材などが必要です。用途に合わせ、希望の構成を自由に選択できます。

ナスフラスコ・アダプター
ナスフラスコ・アダプター
真空ホース
真空ホース

予備凍結槽と試料容器回転装置を組み合わせると、凍結乾燥瓶を回転させて表面積を増やしながら液体を凍結できます。

凍結乾燥機の選択ポイント

凍結乾燥機の構成を決める上で選択ポイントとなるのは、以下の3点です。

  1. 1試料の物性、形状、使用容器、処理量

    試料が固形物か液体状か、腐食性、どのような容器に入れて凍結乾燥したいかなど、対象物・用途・処理量により試料を仕込む容器と数、容器や試料を仕掛ける機器(多枝管、ドライチャンバー)は変わります。物性によっては、特殊な真空ポンプの選択が必要です。

  1. 2除湿量

    1回の凍結乾燥において、冷却トラップで氷結・捕集できる水分量のことで、トラップの形状や大きさに左右されます。許容量以上の水分を含んだ試料を仕掛けると、乾燥の時間が長くなり、仕上がりも悪くなったり、トラップで氷結・捕集できない水分は真空ポンプへ吸引され、オイル使用の真空ポンプはオイルの劣化など、ポンプ故障の原因となります。

  1. 3トラップ部の冷却温度

    真空下で蒸気を捕集するためには、その真空度において気体の凝固点以下にトラップ部が冷却されている必要があります。一般的に、-45℃タイプと-80℃タイプがありますが、トラップ部の温度が低い方が昇華が促進されるため、より含水率の低い乾燥物が出来上がります。

凍結乾燥機の稼働には、本体以外に周辺機器やパーツが必要となりますので、トータルにご検討ください。EYELAは信頼性のシステムで、あらゆるラボや製造工程を力強くサポートいたします。総合カタログに組合わせガイドを掲載しておりますのでご参考にしてください。

凍結乾燥データ・依頼試験

凍結乾燥機ご購入に際して、EYELAは実験データ公開だけでなく、依頼実験をお受けしております。現場の方はもちろん購買担当者の方にも納得していただくため、卓越した知見と実績を保有するEYELAだからできる事前のご確認です。

凍結乾燥機のシステム例

以下は一例ですが、総合カタログでは多様なニーズに合わせたシステムを紹介しております。

凍結乾燥フルシステムA システムコードSYS10040
システム合計金額 ¥2,447,600

試料フラスコを予備凍結から凍結乾燥までできるフルシステム

製品名 型式 数量 製品コードNo. 小計価格
凍結乾燥機 FDL-2000 1 280920 1,170,000円
フラスコ用多岐管 ・TS29/38 PMH-8型・8ポート 1 119830 232,000円
試料フラスコ(JIS規格 TS29/38)   8 116190 74,400円

オイルフィルトレーション

カセット付真空ポンプ(PAT)

GCD-136XNF 1 191090 425,800円

オイルミストトラップ

GCD-136XN・201XN型用

OMC-200型 1 118690 49,900円
予備凍結槽 PFR-1000型 1 197410 356,000円

プリフリーザー

(試料容器回転装置)

PFM-1000型 1 197420 112,000円
トラップモニタ   1 197480 27,500円
システム総電源容量 10A(100V)・15A(200V単相)
必要コンセント数 各1口/200V配電盤接続