我們先了解下凍干機凍干的原理，凍干底層的原理是基于物態的變化也稱相變。通常物質有三種形態：固態、液態、氣態，這三種形態在相互變化時會吸熱或者放熱，我們說凍干一般都是凍干水分，所以下面我們都是以水為例。
凍干機凍干過程：
1、將液態制品預凍，就是液態到固態的轉化，每克水需要放熱80卡，也就是要給它80卡的冷量；
2、（凍干機的真空度/壓力降低到水的三相點以下）把固態制品中的水分升華成氣態，每克需要吸熱670卡；
3、就是把升華出來的水分捕獲。捕獲凍干品升華出來的水分（水蒸氣的形式）到凍干機的冷凝器（冷凝/捕獲），影響凍干效果的幾大因素，包括：凍干機設備結構、飽合蒸氣壓、物質聚集態、主要的熱性質、溫度測量。
凍干機蛋白質凍干的工藝要求：一般來說壓強低有利于蛋白質產品內冰的升華。但由于壓強太低時對傳熱不利，產品不易獲得熱量，升華速率反而降低。
實驗表明：在凍干機腔體的壓強低于 0.1毫巴時，氣體的對流傳熱小到可以忽略不計；而壓強大于0.1毫巴時，氣體的對流傳熱就明顯增加。在同樣的擱板溫度下，壓強高于0.1毫巴時，產品容易獲得熱量，因而升華速率增加。但是，當壓強太高時，產品內冰的升華速率減慢，產品吸熱將減少。于是產品自身的溫度會上升，當高于共晶點溫度時，產品將發生熔化，造成凍干失敗。凍干機腔體的合適壓強一般認為是在 0.1~0.3毫巴之間，在這個壓強范圍內，既利于熱量的傳遞又利于升華的進行。超過0.3毫巴時，產品可能熔化，此時應發出真空報警信號，切斷對產品的加熱，甚至啟動凍干機對凍干腔體進行降溫，以保護產品不致發生熔化。我們知道產品在干燥一段時間之后，會形成上面的干燥層和下面的凍結層，凍結層的產品繼續干燥時，升華的氣流必需通過干燥層，如果產品凍結成晶態，則由于晶體之間有間隙，升華氣流能較順利地通過，不影響產品的繼續干燥。如果產品凍結成玻璃態，則由于玻璃態/無定型物質幾乎無間隙，升華氣流沒有通道，產品的繼續干燥將受到影響，干燥會失敗。為了解決蛋白凍干在形成玻璃態過程中升華氣流通道阻滯的問題，我們需要去玻璃化，因此蛋白在預凍過程中需要引入退火機制。退火能夠促進結晶增長，擴大升華孔道，減小升華阻力，縮短凍干時間，并且容易獲得優雅的外觀。退火過程中存在兩個變化，非晶態物質在高于Tg’時粘度會隨溫度升高而降低，從而發生流動、聚合；晶態的物質，小的冰晶分子會向大的冰晶遷移。
蛋白質凍干工藝總結：溶液在凍干機冷凍過程中溶質和溶劑存在一個相互相分離的過程，大多數凍干藥品是以水為溶液，所以以水為例來說明溶液的凝結過程。隨著降溫的下降到某一溫度時，水開始結晶，這時的溫度是制品的過冷溫度。由于結晶放熱，制品溫度開始升高后下降，隨著水結晶的增加，溶液的濃度增加（為了有利于干燥，一般凍干產品溶液配制成固體物質4%-15%的稀溶液）。
此外，根據產品的性質不同，這時有兩種情況：1）溶質可以結晶的產品，隨著制品溫度的下降，稀溶液變為濃溶液，并逐步成為飽和溶液，溫度繼續降低時，由于溶解度降低，將會有溶質析出，最后成為冰晶體和溶質結晶體的共晶混合物，晶體的大小和冷凍速率有關，這時的溫度是產品的共晶溫度。這個過程也是一個放熱過程，在冷凍曲線上也出現過冷和平臺。
2）溶質不結晶的產品，隨著制品溫度的下降，稀溶液變為濃溶液，溫度繼續降低時，溶液為玻璃態形式凍結，這時的溫度是產品的凍結溫度。在冰晶的間隙中就形成了微觀的玻璃結構。
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