上海程造解析冷凍干燥預凍速率

    通常介紹凍干理論的書籍都會提到，降溫速率越大，溶液的過冷度和過飽和度愈大，臨界結晶的粒度則愈小，成核速度越快，容易形成顆粒較多尺寸較小的細晶。因而冰晶升華后，物料內形成的孔隙尺寸較小，干燥速率低，但干后復水性好；相反，慢速凍結容易形成大顆粒的冰晶,冰晶升華后形成的水氣逸出通道尺寸較大，有利于提高干燥速率，但干后復水性差。
    這樣說當然沒有錯，可是不要忘記，這種理論是在受熱均勻的前提下得出來的，然而我們廠里的醫藥凍干機所提供的凍干條件卻沒有這么理想，所謂快凍慢凍，可不是導熱油降溫快慢一句話可以了得的。相對而言，我還是比較贊成某論壇戰友的提法。他把快凍慢凍分為以下幾類：1、板溫降得較快，且板溫比品溫低很多，則制品底部先凍結產生結晶，但上部液體仍較熱，所以不至于瞬間全部結晶，結晶會緩慢生長，就得到了慢凍的效果。2、板溫降得較慢，板溫與品溫相差不大，則制品整體均勻降溫，并形成過冷，當能量積累足夠時，瞬間全部結晶，得到了快凍的效果。3、板溫降得很慢，并在低于共熔點的適宜溫度保持（或緩慢降溫），則制品形成較小的過冷度，液體中先出現少量結晶，這些結晶現象在進一步降溫的條件下繼續緩慢進行，如此便得到較大的晶體，這即是真正的慢凍。4、制品浸入超低溫環境（如液氮），整體瞬間結晶，形成極細小的晶體（或處于無定形態），這即是真正的快凍。對于這位戰友提到的這幾種現象，我大多曾在試驗過程中觀察過，因此，我還是比較贊成這種劃分方法的。
     何況，企業大多數情況下還是采用瓶凍的凍干方法的，瓶凍的受熱不均勻現象就更明顯了。根據對瓶裝制品擱板預凍過程的研究，樣品初溫越高，料液上下部分的溫度梯度越大，冰晶生長速度越慢。若降溫速率較慢，則溶液形成的冰晶比較粗大，冰界面由下向上推進的速度較慢，溶液中溶質遷移時間充足，溶液表面凍結層溶質的積聚也就相對密集。因而導致上表層的溶質往往較多，密度較高，而下底層密度較小，結構疏松。這種分層現象，在骨架差的制品上體現得zui為明顯，或者底部萎縮，或者中間斷層，或者頂部突起，或者頂部脫落一層硬殼，不一而足。
    為了瓶凍分層的現象，在實踐中，有人提倡使用三步法，即將樣品從室溫先冷卻至樣品的初始凍結溫度；然后停止降溫過程，使樣品內溫度自動平衡，消除其中的溫度梯度；zui后再迅速降溫。由于此時樣品上下部分的溫度離結晶溫度都較近，故樣品在凍結過程中溫度梯度會相對較小，冰晶生長速度因此而加快。這樣，便提高了預凍速率，解決了溶質聚集在上層的問題。不過，并不是所有的品種使用了三步法后都能取得明顯效果的。
如果想從事以上方面研究選型凍干機是非常重要的，一般的實驗型、電加熱系列是無法真正意義實現的，zui基本的也要選擇硅油系列的冷凍干燥機，上海程造公司的硅油系列，并且具備凍干過程斜率控制功能，真正意義實現升降溫速率可控。