JPH0942833A - 凍結乾燥方法および凍結乾燥装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 効率的な凍結乾燥方法を提供する。 【解決手段】 本発明の凍結乾燥方法は、低温液化ガス
２の循環流中に凍結乾燥される液状物１を滴下して凍結
顆粒３を形成した後、この凍結顆粒３を低温液化ガス２
から分離して真空凍結乾燥することを特徴としている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は液状品の凍結乾燥方
法に関し、更に詳細には、品質劣化の起こりやすい食
品、あるいは分解、失活が起こりやすい医薬品などの凍
結乾燥に適した効率のよい凍結乾燥方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】液状製品をバッチプロセスで凍結乾燥す
る従来の方法では、原料である液状製品を、広く浅いバ
ットに深さ数ｍｍから１０ｍｍ程度入れてこれを薄層状
に凍結した後に、加熱手段を備えた乾燥器に入れて真空
ポンプなどを用いて真空加熱乾燥している。しかしこの
方法では、液状製品を薄層状に凍結するために、凍結に
長時間を要するので、効率的でなかった。また真空乾燥
において、水分の蒸発に必要な表面積が、薄層状凍結物
の上部表面に限られるために、真空加熱乾燥工程にも長
時間を要していた。この点を改善するために、例えば、
回転ドラムに液状製品をはって、これを回転させつつド
ラム表面に薄層状に凍結させ、その凍結物をのみ状クリ
ッパーで剥いで細かい剥離物とした後、その剥離物を乾
燥器に入れて真空加熱乾燥する方法が用いられている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところがこの薄層状凍
結物を砕いて得た剥離物を乾燥する方法では、回転ドラ
ムの薄層状凍結物を細かく剥離する工程に手間がかかっ
ていた。また剥離した凍結物の大きさが均一でないため
に、後に続く真空加熱乾燥工程において、これを均一に
乾燥させることが困難であり、大きい剥離物の乾燥が終
了する間に、小さい剥離物が過剰に加熱されてしまうこ
とがあった。特に原料としての液状製品の濃度が低い場
合、または品質劣化が起こりやすい食品や、分解、失活
が起こりやすい医薬品などを凍結乾燥する場合には、こ
の凍結乾燥をできる限り、均一に効率よく行うことが強
く望まれていた。本発明は前記事情に鑑みてなされたも
ので、効率的な凍結乾燥方法を提供するものである。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明の凍結乾燥方法
は、低温液化ガスの循環流中に凍結乾燥される液状物を
滴下して凍結顆粒を形成した後、この凍結顆粒を低温液
化ガスから分離して真空凍結乾燥することを特徴として
いる。上記低温液化ガスが液体窒素であってよい。上記
凍結顆粒の直径を０．５ｍｍから８ｍｍの間としてよ
い。

【０００５】また本発明の凍結乾燥装置は、液状物を顆
粒状に凍結させる凍結顆粒製造装置と、該凍結顆粒製造
装置で製造された凍結顆粒を乾燥する乾燥室と、乾燥室
内の排気を行う真空ポンプを備えた凍結乾燥装置であっ
て、上記凍結顆粒製造装置が、液状物を滴下する滴下ノ
ズルと、滴下された液状物に同伴して凍結させる低温液
化ガスを循環させる傾斜流路と、上記低温液化ガスから
凍結顆粒を分離するための金網部を備えたことを特徴と
している。

【０００６】

【発明の実施の形態】本発明の凍結乾燥方法は、液状品
を低温液化ガス中に滴下して浸漬し、凍結顆粒を製造
し、その凍結顆粒を乾燥室内で乾燥させて、顆粒状の凍
結乾燥品を製造するものである。本発明において、凍結
乾燥される液状物としては、特に制限されず、各種食
品、各種医薬品を含む水溶液、懸濁液、水性スラリー、
乳化物などの液状物から選択される。上記方法におい
て、低温液化ガスは液体窒素（沸点−１９６℃）、液体
アルゴン（沸点−１８６℃）、液体ヘリウム（沸点−２
７３℃）などが好ましく用いられるが、特に液体窒素が
好ましい。上記方法では、液状製品を低温液化ガスに連
続的に滴下、浸漬して凍結するので、効率よく凍結顆粒
が得られ、また急速冷凍のため被凍結品の冷凍時の品質
劣化がおこらない。

【０００７】ここで、上記液状製品の低温液化ガス中へ
の滴下度合を一定に保てば、粒径の均一化された凍結顆
粒を得ることができる。上記凍結顆粒の粒径は、被凍結
物の種類によって異なるが、０．５ｍｍから８ｍｍの間
とすることが好ましい。上記凍結顆粒の粒径が０．５ｍ
ｍより小さい場合は、全体としての蒸発表面積は大きく
なるものの、水分が蒸発する空隙を確保するのが難し
く、乾燥に要する時間を十分に短くするのは難しい。

【０００８】上記凍結顆粒の粒径が８ｍｍより大きい場
合は、凍結顆粒の均一な加熱が難しく、凍結顆粒の表面
は融解しているにもかかわらず、顆粒内部はまだ氷が残
っている状態になりやすく、良質な真空凍結乾燥ができ
ない。本発明の凍結乾燥に用いられる凍結法では、液状
製品の滴下度合の調節により、上記範囲の所望の直径の
粒状凍結品を容易に得ることができる。また一度調節し
た滴下度合いを保てば、粒径が均一化された凍結顆粒を
得ることができるので、後の工程でこれを乾燥する際
に、好都合である。

【０００９】上記凍結顆粒は、真空乾燥器に入れられて
真空乾燥に供されるが、被凍結製品の品質保持の面から
は、できる限り低温に於いて被凍結物を乾燥させること
が望ましい。したがって被凍結物の真空乾燥温度として
は、氷中での水の分子がわずかに動けるようになる温度
で行うことが望ましく、具体的には−２０℃から−３０
℃の間で行うことが望ましい。

【００１０】また、本発明の凍結乾燥装置においては、
液状物を滴下する滴下ノズルと、滴下された液状物に同
伴して凍結させる低温液化ガスを循環させる傾斜流路
と、上記低温液化ガスから凍結顆粒を分離するための金
網部を具備した凍結顆粒製造装置を備えているので、連
続的、効率的に、凍結顆粒を製造することができ、さら
に乾燥室で乾燥させることができる。したがって、この
ような構成の凍結乾燥装置で、本発明の凍結乾燥方法を
好適に実施することができる。

【００１１】本発明の凍結乾燥方法では、急速凍結のた
め凍結顆粒における氷粒が極めて微小であるために、こ
の方法で得られた凍結乾燥品は多孔質となり、これを水
などに溶解して戻す際の溶解性に優れている。またこう
して得られた戻し物の物性は元の液状物に非常に近いも
のとなる。

【００１２】

【実施例】以下、本発明を詳しく説明する。図１は、本
発明の凍結乾燥装置の一実施例を示すものであり、この
装置は乾燥される液状物１を液体窒素（沸点−１９６
℃）などの低温液化ガス２中に滴下して凍結顆粒３を形
成する凍結顆粒製造装置と、該凍結顆粒製造装置４で得
られた凍結顆粒３を乾燥するための乾燥室５と、乾燥室
５で発生する蒸気および非凝縮性ガスを排出するための
真空ポンプ２９と、発生蒸気を氷結収集して除去するた
めのコールドトラップ６とこれらを連結する導管を備え
ている。

【００１３】上記凍結顆粒製造装置４は、低温液化ガス
２を循環して流す低温液化ガス循環槽７と、低温液化ガ
ス２の循環路となる傾斜流路８と、傾斜流路８の下部に
設けられた凍結顆粒分離用のコンベア９と、その上流側
に配設された液状物１の滴下用ノズル１０を備えてい
る。上記凍結顆粒分離用のコンベア９は透液性の金網部
９ａを有している。また低温液化ガス循環槽７は、低温
液化ガス２を循環させるための循環機構としてエアリフ
トポンプや機械ポンプなどのポンプを有している（図示
せず）。

【００１４】上記構成の凍結顆粒製造装置においては、
連続的に均一な大きさの粒径の凍結顆粒を効率よく製造
することができる。このような凍結顆粒は、上述のごと
く均一な乾燥を行うにあたって好都合である。

【００１５】上記乾燥室５は、凍結顆粒を運搬するため
のコンベア１１と、昇華潜熱を供給するための加熱手段
１２とを備えており、凍結顆粒供給口１３を介して上記
凍結顆粒製造装置４と連結されている。図１に示した実
施例では、上記乾燥室５内に、二段のコンベア１１ａ，
１１ｂが設けられており、凍結顆粒供給口１３から供給
された凍結顆粒３…が、上段のコンベア１１ａから下段
のコンベア１１ｂに順次凍結顆粒３…が運搬され、乾燥
した時点で出口１４から、容器１５に移され、ここで貯
えられるようになっている。

【００１６】上記加熱手段１２としては、通常のもので
良く、伝導熱型でも輻射熱型でもよい。図１に示した実
施例においては、加熱手段１２として、反射板１６に複
数の赤外線ランプ１７…が設けられたものが、上記コン
ベア１１の各段の上部に設けられ、コンベア１１上を移
動して運搬される凍結顆粒３…に上部から赤外線が照射
されるようになっている。または上記加熱手段１２とし
ては、赤外線ランプ１７に代えて、あるいは赤外線ラン
プ１７と併用して、コンベア１１の下部に、平面状ヒー
ターを設けてもよい。

【００１７】上記乾燥室５には、発生蒸気を排気するた
めの排気口１８，１９が設けられ、排気口１８，１９
に、各々バルブ２０，２１を備えた導管２２，２３を介
して、コールドトラップ６ａ、６ｂが設けられている。
コールドトラップ６ａ、６ｂ内には、蛇管２４，２５が
設けられ、蛇管２４，２５内を冷媒が循環して、乾燥室
５から排気された蒸気を氷結収集できるようになってい
る。冷媒としては、通常用いられているような、ドライ
アイスなどで−７０℃以下に保たれたアルコール、アセ
トンなどを用いても良いし、また上記凍結顆粒製造装置
４で冷媒として循環させている低温液化ガス２を併用し
ても良い。上記コールドトラップ６ａ、６ｂには導管２
７，２８，３０を介して真空ポンプ２９が接続されてい
て、上記乾燥室５内を、好ましくは約１０^-2〜１０^-3ｍ
ｍＨｇ程度の真空に保てるようになっている。

【００１８】次に、図１に示す構成の凍結乾燥装置で、
凍結乾燥する方法を説明する。まず、低温液化ガス循環
槽７に例えば液体窒素（沸点−１９６℃）などの低温液
化ガス２を入れ、これを傾斜流路８を流下させて循環さ
せる。ついで、滴下用ノズル１０から、乾燥されるべき
液状物１を流下して低温液化ガス２中に滴下する。滴下
された液状物１は、例えば液体窒素のごとき低温液化ガ
ス２中で急激に冷却されて、完全に凍結して凍結顆粒３
となる。この凍結顆粒３の粒径は、滴下用ノズル１０か
らの液状物１の滴下用ノズル口径を調節することによっ
て直径０．５ｍｍ程度の小粒から直径１０ｍｍ以上の大
型の粒まで、任意の粒径のものを形成可能である。また
凍結顆粒３は、ほぼ完全な球形に形成することができ
る。

【００１９】低温液化ガス２中で凍結された凍結顆粒３
は低温液化ガス２の流下にしたがって、凍結顆粒分離用
コンベア９のベルト上に搬送され、金網等の透液性材料
で作られた該ベルト上に捕捉され、凍結顆粒製造装置の
外部に向けてコンベア９で搬送される。コンベア９のベ
ルトを通過した低温液化ガス２は液化ガス循環槽７に循
環される。凍結顆粒製造装置から搬出される凍結顆粒３
の品温は−５〜−１９５℃で低温液化ガス中への浸漬時
間によって適宜選択し得る。そして好ましくは次工程を
考慮して−２０℃以下の低温に維持することが望まし
い。

【００２０】凍結顆粒製造装置で凍結された凍結顆粒３
…は、凍結顆粒供給口１３から乾燥室５内に投入し、上
段のコンベア１１ａから下段のコンベア１１ｂに順次運
搬させる。ここで、予め赤外線ランプ１７…と真空ポン
プ２９のスイッチを入れ、コールドトラップの蛇管２
４，２５内部に冷媒を流しておけば、上記凍結顆粒３…
は、コンベア１１上を運搬される間に、内部での昇華が
起こる。この状態で試料から昇華してきた水蒸気がコー
ルドトラップ６の内壁に氷結して捕らえられる。こうし
て顆粒の乾燥が進行し、乾燥が終了した顆粒は、容器に
製品として貯蔵される。

【００２１】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、液
状物を効率よく凍結乾燥することができ、処理時間の短
縮と供給エネルギーを減少させることができる。したが
って特に濃度の低い液状物や、品質劣化が起こりやすい
食品、分解、変質や失活が起こりやすい医薬品などの凍
結乾燥に適している。しかも凍結顆粒が滴下による液粒
を低温液化ガス浸漬凍結するので、均一な粒子が形成さ
れ、凍結速度も急速で品質の向上と共に、ただちに乾燥
装置に搬送し得て、作業性を著しく向上する効果があ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の凍結乾燥方法を好適に実施するための
凍結乾燥装置である。

【符号の説明】

１ 液状物 ２ 低温液化ガス ３ 凍結顆粒 ４ 凍結顆粒製造装置 ５ 乾燥室 ８ 傾斜流路 ９ａ 金網部 １０ 滴下ノズル

フロントページの続き (72)発明者 安藤 弘 神奈川県川崎市幸区塚越４−320 日本酸 素株式会社塚越事業所内

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 低温液化ガスの循環流中に凍結乾燥され
   る液状物を滴下して凍結顆粒を形成した後、この凍結顆
   粒を低温液化ガスから分離して真空凍結乾燥することを
   特徴とする凍結乾燥方法。
2. 【請求項２】 上記低温液化ガスが液体窒素であること
   を特徴とする請求項１記載の凍結乾燥方法。
3. 【請求項３】 上記凍結顆粒の直径を０．５ｍｍから８
   ｍｍの間とすることを特徴とする請求項１または２記載
   の凍結乾燥方法。
4. 【請求項４】 液状物を顆粒状に凍結させる凍結顆粒製
   造装置と、該凍結顆粒製造装置で製造された凍結顆粒を
   乾燥する乾燥室と、乾燥室内の排気を行う真空ポンプを
   備えた凍結乾燥装置において、 上記凍結顆粒製造装置が、液状物を滴下する滴下ノズル
   と、滴下された液状物に同伴して凍結させる低温液化ガ
   スを循環させる傾斜流路と、上記低温液化ガスから凍結
   顆粒を分離するための金網部を備えたことを特徴とする
   凍結乾燥装置。