冻干过程中的预冻到底有多重要？

    对于真空冷冻干燥法，之前一直觉得升华是比较重要的，而经过大量的实验人员的探索和随着冻干理论的不断完善发现预冻过程在很大程度上决定了干燥过程的快慢和冻干产品的质量，预冻是非常重要的，也是比较难控制的，有很多不可控因素，如制品自身晶核形成的速率。

   我们都知道：降温速率越大，溶液的过冷度和过饱和度愈大，临界结晶的粒度则愈小，成核速度越快，容易形成颗粒较多尺寸较小的细晶。因而冰晶升华后，物料内形成的孔隙尺寸较小，干燥速率低，但干后复水性好；相反，慢速冻结容易形成大颗粒的冰晶，冰晶升华后形成的水气逸出通道尺寸较大，有利于提高干燥速率，但干后复水性差。这样说当然没有错，可是不要忘记，这种理论是在受热均匀的前提下得出来的，然而实际上冻干的时候冻干机提供的热量确不是那么均匀，所谓快冻慢冻，并不是我们监测或者观察到的板层的温度降的快慢这么简单。其实真正的预冻速度严格来说，应该如有的专家说的分为以下寄来：1、板温降得较快，且板层温度比制品品温低很多，则制品底部先冻结产生结晶，但上部液体仍较热，所以不至于瞬间全部结晶，结晶会缓慢生长，因此这就属于慢冻的效果。2、板层温度降得较慢，板温与品温相差不大，则制品整体均匀降温，并形成过冷，当能量积累足够时，瞬间全部结晶，得到了快冻的效果。3、板温降得很慢，并在低于共熔点的适宜温度保持（或缓慢降温），则制品形成较小的过冷度，液体中先出现少量结晶，继续降温结晶生长，得到大结晶，这即是真正的慢冻。4、制品浸入超低温环境（如液氮），整体瞬间结晶，形成极细小的晶体（或处于无定形态），这即是真正的快冻。之所以应该这么划分，因为这些都是针对制品的降温速度来说的，制品降温快慢才是决定冻干的主要因素，而实际我们控制的是板层温度，是通过板层温度间接控制制品温度的，所以必须知道制品的实际降温速度。

    生物制品和药品一般都是采用瓶冻的冻干方法的，瓶冻的受热不均匀现象相对来说比较明显。根据对瓶装制品搁板预冻过程的研究，样品初温越高，料液上下部分的温度梯度越大，冰晶生长速度越慢。溶液若慢速降温，则形成冰晶比较粗大，冰界面由下向上推进的速度慢，溶液中溶质迁移时间充足，溶液表面冻结层溶质积聚也就多。因而导致上表层的溶质往往较多，密度较高，而下底层密度较小，结构疏松。同时，在不同的预冻温度下冻结的样品，干燥后支架孔径处有明显差异。预冻温度愈低，支架孔隙直径愈小。这种分层现象，在骨架差的制品上体现得zui为明显，或者底部萎缩，或者中间断层，或者顶部突起，或者顶部脱落一层硬壳，不一而足。为了解决这个凝聚或者浓缩分层的现象，有的人采用降低过冷度或者采用三步法。即将样品从室温先冷却至一定温度，这个温度高于冰点，停止降温过程，使样品内温度自动平衡，消除其内的温度梯度，形成比较均一的温度；然后再迅速降温，由于此时样品整体温度离结晶温度较近，则制品整体均匀降温，并形成过冷，当能量积累足够时，瞬间全部结晶，这就相当于提高了预冻速率，解决了溶质聚集、浓缩或者分层的问题。

   综上所述预冻对于冻干的影响是非常重要的，只有控制合适的速度，得到合适的冰晶尺寸，对后期的升华影响是主要的影响因素。