凍干機(jī)：選擇適宜的預(yù)凍速率

凍干機(jī)預(yù)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(chǎn)品的溶解速度，我們必須要根據(jù)產(chǎn)品的不同經(jīng)試驗(yàn)得出一個好的冷凍速率。一般的凍干機(jī)相關(guān)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(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)冰晶。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，這就是快凍；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，但凍干后復(fù)水性差。

   有人曾經(jīng)質(zhì)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(chǎn)中和實(shí)驗(yàn)中的凍干機(jī)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(chǎn)品溫度低很多，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(dāng)能量積累足夠時，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冷度，液體中先出現(xiàn)少量結(jié)晶，繼續(xù)降溫結(jié)晶生長，得到大結(jié)晶，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（或處于無定形態(tài)），這即是真正的快凍。我比較贊同他的觀點(diǎn)，企業(yè)在大多數(shù)情況下采用瓶凍的凍干方法的，瓶凍的受熱不均勻現(xiàn)象很明顯。

  樣品進(jìn)入凍干機(jī)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(jìn)的速度慢，溶液中溶質(zhì)遷移時間充足，溶液表面凍結(jié)層溶質(zhì)積聚也就多。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。同時，在不同的預(yù)凍溫度下凍結(jié)的樣品，干燥后支架孔徑大小有明顯差異。預(yù)凍溫度愈低，支架孔隙直徑愈小。這種分層現(xiàn)象又叫溶質(zhì)效應(yīng)，在骨架差的制品上體現(xiàn)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(zhì)效應(yīng)是由于水的凍結(jié)使間隙液體逐漸濃縮，從而使電解質(zhì)濃度增加，引起蛋白質(zhì)的變性和細(xì)胞脫水，導(dǎo)致細(xì)胞死亡。溶質(zhì)效應(yīng)在水的冰點(diǎn)和共晶點(diǎn)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(zhì)效應(yīng)。在實(shí)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(jié)溫度；停止降溫過程，使樣品內(nèi)溫度自動平衡，消除其內(nèi)的溫度梯度；然后再迅速降溫，由于此時樣品整體溫度離結(jié)晶溫度較近，且樣品在凍結(jié)過程中，樣品溫度下降較慢，故樣品在凍結(jié)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(yù)凍速率，解決了溶質(zhì)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。