凍干過程中的預凍到底有多重要？

    對于真空冷凍干燥法，之前一直覺得升華是比較重要的，而經過大量的實驗人員的探索和隨著凍干理論的不斷完善發現預凍過程在很大程度上決定了干燥過程的快慢和凍干產品的質量，預凍是非常重要的，也是比較難控制的，有很多不可控因素，如制品自身晶核形成的速率。

   我們都知道：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，然而實際上凍干的時候凍干機提供的熱量確不是那么均勻，所謂快凍慢凍，并不是我們監測或者觀察到的板層的溫度降的快慢這么簡單。其實真正的預凍速度嚴格來說，應該如有的專家說的分為以下寄來：1、板溫降得較快，且板層溫度比制品品溫低很多，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，因此這就屬于慢凍的效果。2、板層溫度降得較慢，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，繼續降溫結晶生長，得到大結晶，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。之所以應該這么劃分，因為這些都是針對制品的降溫速度來說的，制品降溫快慢才是決定凍干的主要因素，而實際我們控制的是板層溫度，是通過板層溫度間接控制制品溫度的，所以必須知道制品的實際降溫速度。

    生物制品和藥品一般都是采用瓶凍的凍干方法的，瓶凍的受熱不均勻現象相對來說比較明顯。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。溶液若慢速降溫，則形成冰晶比較粗大，冰界面由下向上推進的速度慢，溶液中溶質遷移時間充足，溶液表面凍結層溶質積聚也就多。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。同時，在不同的預凍溫度下凍結的樣品，干燥后支架孔徑處有明顯差異。預凍溫度愈低，支架孔隙直徑愈小。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。為了解決這個凝聚或者濃縮分層的現象，有的人采用降低過冷度或者采用三步法。即將樣品從室溫先冷卻至一定溫度，這個溫度高于冰點，停止降溫過程，使樣品內溫度自動平衡，消除其內的溫度梯度，形成比較均一的溫度；然后再迅速降溫，由于此時樣品整體溫度離結晶溫度較近，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，這就相當于提高了預凍速率，解決了溶質聚集、濃縮或者分層的問題。

   綜上所述預凍對于凍干的影響是非常重要的，只有控制合適的速度，得到合適的冰晶尺寸，對后期的升華影響是主要的影響因素。