通常介紹凍干理論的書(shū)籍都會(huì)提到,降溫速率越大,溶液的過(guò)冷度和過(guò)飽和度愈大,臨界結(jié)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(xì)晶。因而冰晶升華后,物料內(nèi)形成的孔隙尺寸較小,干燥速率低,但干后復(fù)水性好;相反,慢速凍結(jié)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(fù)水性差。
這樣說(shuō)當(dāng)然沒(méi)有錯(cuò),可是不要忘記,這種理論是在受熱均勻的前提下得出來(lái)的,然而我們廠(chǎng)里的醫(yī)藥凍干機(jī)所提供的凍干條件卻沒(méi)有這么理想,所謂快凍慢凍,可不是導(dǎo)熱油降溫快慢一句話(huà)可以了得的。我公司將快凍慢凍分為以下幾類(lèi):1、板溫降得較快,且板溫比品溫低很多,則制品底部先凍結(jié)產(chǎn)生結(jié)晶,但上部液體仍較熱,所以不至于瞬間全部結(jié)晶,結(jié)晶會(huì)緩慢生長(zhǎng),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(guò)冷,當(dāng)能量積累足夠時(shí),瞬間全部結(jié)晶,得到了快凍的效果。3、板溫降得很慢,并在低于共熔點(diǎn)的適宜溫度保持(或緩慢降溫),則制品形成較小的過(guò)冷度,液體中先出現(xiàn)少量結(jié)晶,這些結(jié)晶現(xiàn)象在進(jìn)一步降溫的條件下繼續(xù)緩慢進(jìn)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(huán)境(如液氮),整體瞬間結(jié)晶,形成極細(xì)小的晶體(或處于無(wú)定形態(tài)),這即是真正的快凍。
企業(yè)大多數(shù)情況下還是采用瓶?jī)龅膬龈煞椒ǖ?,瓶?jī)龅氖軣岵痪鶆颥F(xiàn)象就更明顯了。根據(jù)對(duì)瓶裝制品擱板預(yù)凍過(guò)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(zhǎng)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(jìn)的速度較慢,溶液中溶質(zhì)遷移時(shí)間充足,溶液表面凍結(jié)層溶質(zhì)的積聚也就相對(duì)密集。因而導(dǎo)致上表層的溶質(zhì)往往較多,密度較高,而下底層密度較小,結(jié)構(gòu)疏松。這種分層現(xiàn)象,在骨架差的制品上體現(xiàn)得最為明顯,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?jī)龇謱拥默F(xiàn)象,在實(shí)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(jié)溫度;然后停止降溫過(guò)程,使樣品內(nèi)溫度自動(dòng)平衡,消除其中的溫度梯度;最后再迅速降溫。由于此時(shí)樣品上下部分的溫度離結(jié)晶溫度都較近,故樣品在凍結(jié)過(guò)程中溫度梯度會(huì)相對(duì)較小,冰晶生長(zhǎng)速度因此而加快。這樣,便提高了預(yù)凍速率,解決了溶質(zhì)聚集在上層的問(wèn)題。不過(guò),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(jī)是非常重要的,一般的實(shí)驗(yàn)型、電加熱系列是無(wú)法真正意義實(shí)現(xiàn)的,最基本的也要選擇硅油系列的冷凍干燥機(jī),松源華興公司的硅油F系列,并且具備凍干過(guò)程斜率控制功能,真正意義實(shí)現(xiàn)升降溫速率可控。