凍干機：選擇適宜的預凍速率

凍干機預凍速率的重要性：冷凍時形成的冰晶大小會影響干燥速率和干燥后產品的溶解速度，我們必須要根據產品的不同經試驗得出一個好的冷凍速率。一般的凍干機相關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冰晶。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，這就是快凍；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，但凍干后復水性差。

   有人曾經質疑過這條理論是在受熱均勻的前提下得出來的，比較理想，而生產中和實驗中的凍干機所提到的凍干條件沒有那么理想，在論壇上曾看到這樣的說法，他把快凍慢凍分為以下幾類：

   1）、板溫降得較快，且板溫比產品溫度低很多，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，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。我比較贊同他的觀點，企業在大多數情況下采用瓶凍的凍干方法的，瓶凍的受熱不均勻現象很明顯。

  樣品進入凍干機的凍干箱前的溫度越高，樣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，干燥后支架孔徑大小有明顯差異。預凍溫度愈低，支架孔隙直徑愈小。這種分層現象又叫溶質效應，在骨架差的制品上體現得為明顯，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。溶質效應是由于水的凍結使間隙液體逐漸濃縮，從而使電解質濃度增加，引起蛋白質的變性和細胞脫水，導致細胞死亡。溶質效應在水的冰點和共晶點之間這一溫度范圍為明顯。若能以較高的冷凍速度越過這一范圍,則可大大削弱溶質效應。在實踐中，也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；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；然后再迅速降溫，由于此時樣品整體溫度離結晶溫度較近，且樣品在凍結過程中，樣品溫度下降較慢，故樣品在凍結過程中溫度梯度會相對較小，冰晶生長速度必相對較快。如此，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。