冷冻干燥是生物制药、高档食品和化妆品生产以及超细粉体生产领域广泛应用的技术之一[1,2]。由于其制品具有保存期限长、使用方便、便于运输、可常温保存等优点，在疫苗、微生物的保存中冷冻干燥方法也经常被运用[3-6]。与其它常见干燥方法如烘干法相比，冻干生产的周期长，能耗大，这些缺点制约了冻干技术的应用范围。为提高冻干生产的效率、减少其能耗同时又能保持其制品的优点，近年来有国外学者针对兽用疫苗提出了一种新的干燥方法，泡沫真空冷冻干燥，其特点是：对物料进行前期预处理，载入发泡剂，配合抽真空等手段使物料膨松成泡沫状，然后在真空下加热完成一、二次干燥，从而除去物料中的水分。新方法由于发泡后物料的比表面积显著增大，传热、传质情况能得到明显改善，从而极大地提高了干燥速率。运用此方法，国外学者已干燥保存了流感病毒、支原体、牛瘟病毒等，取得了良好的实验效果，还有学者尝试采用此方法干燥食品[7～11]。国内目前关于泡沫真空冷冻干燥研究的公开报道还很少见。为了促进泡沫真空冷冻干燥技术在我国的应用和推广，本文拟对泡沫真空冷冻干燥工艺开展实验研究，确定影响发泡效果的主要因素，并以发泡效果最佳的工艺参数进行瓶装1ml样品的泡沫真空冷冻干燥。

1 材料和方法
1.1 实验材料
本文实验采用的泡沫真空冷冻干燥配方包含40%蔗糖、2%精氨酸、1%甘油、0.025mol·L-1磷酸盐缓冲液(pH 7.2)以及一定比例的Pluronic-F68、明胶，预期用于鸡新城疫活疫苗的保存。其中Pluronic F-68作为发泡剂，在系统抽真空时使溶液膨松成泡沫状；明胶作为稳定剂，使产生的泡沫结构稳定。
1.2 实验装置
所使用的冷冻干燥装置简图如图1所示。搁板下面布置有电加热器，其功率输出由PLC控制，从而控制搁板的温度。制冷系统采用单级蒸汽压缩式，混合制冷工质在压缩机内被压缩成高温高压的蒸汽后进入冷凝器中，冷凝后的低温低压流体分为两路，分别在两个手动节流阀中进行节流、调节流量，随后两股流体分别进入冻干箱中的搁板和冷阱盘管中进行制冷，完成一个制冷循环，实验时冷阱温度约为-60℃。真空泵为三相供电，接在西门子MICROMASTTER440变频器的输出端，通过控制真空泵的抽速，配合真空微调阀开度调整，达到精确控制干燥箱真空度的目的。使用Agilent数据采集仪每6秒钟采集一次样品内部温度数据。样品在搁板上预冷后开始抽真空发泡，由于抽真空速率过快会引起溶液喷瓶，同时也为了得到更好的发泡效果，发泡过程需分阶段进行，先使干燥箱内达到一定的真空度，保持两分钟后将真空控制在10 Pa以内。

1.Drying cabinet; 2.Shelf; 3.Electric heater; 4.Cold trap; 5.Pipe coil; 6 Inlet of refrigerant; 7.Outlet of refrigerant; 8,9. Throttling valves; 10.Vacuum gauge; 11.Vacuum regulation valve 12.Vacuum pump
图1 实验装置简图
Fig.1 Experimental Test Rig

1.3 实验方案
泡沫真空冷冻干燥过程如下：预冷→发泡→冻结→一次干燥→二次干燥→密封。实验包括两部分，第一部分通过设计正交实验确定影响发泡效果的因素，第二部分在第一部分基础上进行，以最佳发泡效果对应的工艺条件进行1ml样品的泡沫冷冻干燥。通过文献调研及初步实验，作者确定了Pluronic F-68以及明胶的含量、搁板温度、真空度等四个会影响发泡效果的因素。因素水平范围如表1所示，正交实验表按L9（34）安排[6]。每个实验重复三次。发泡效果的指标为发泡高度和一次干燥时间，发泡高度越高、一次干燥时间越短，说明所选取的工艺条件越佳。第二部分实验的步骤如下：1）取1 mL样品溶液装在Φ22 mm西林瓶里，装液高度约2.5mm，半盖上瓶塞，放置于搁板上，预冷30min；2）抽真空发泡；3）一次干燥3 h；4）搁板温度升温至32℃进行二次干燥，时间12 h；5）样品的剩余含水量测定采用烘干称重法[7]，电子天平采用梅特勒—托利多的AL104型，精度为0.1 mg，实验重复三次。