冷冻干燥工艺又称冻干，是一种脱水技术，可在保持结构完整性的同时去除易腐材料中的水分。它包括三个主要阶段：冷冻、一次干燥（升华）和二次干燥（解吸）。在将液体或半固体样品转化为稳定的干燥产品时，每个阶段都起着至关重要的作用，对其生物或化学特性的损害最小。由于这种方法能够延长保质期并保持产品质量，因此被广泛应用于制药、食品保鲜和生物技术领域。
要点说明：
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冷冻阶段
- 将样品冷却到三相点（固相、液相和气相共存的温度/压力）以下，以确保水完全凝固。
- 快速冷冻（通常在 -40°C 至 -80°C）会产生小冰晶，这对保存生物样本中的细胞结构至关重要。
- 这一阶段决定了最终产品的多孔结构--较慢的冷冻会产生较大的冰晶，而较快的冷冻则会产生较小的冰晶。
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初级干燥（升华）
- 使用真空降低腔室压力（通常为 0.1-0.6 毫巴），使冰直接从固态转变为气态，而不经过液态。
- 小心地升高温度（但保持低于样品的塌缩温度），为升华提供能量。
- 在这一阶段，约 95% 的总含水量被去除。
- 冷凝器（保持在 -50°C 或更低）可捕捉水蒸气，防止其返回样品。
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二次干燥（解吸）
- 温度逐渐升高（通常为 20-50°C），以去除初始阶段未冻结的结合水分子。
- 这一步骤可将残余水分含量降至最佳水平（通常为 1-3%）。
- 该过程一直持续到产品达到所需的水分水平，这可以通过压力测量或产品温度进行监控。
- 其结果是形成稳定的多孔基质，在需要时可以很容易地重新水化。
了解这些阶段有助于采购人员评估冷冻干燥设备的能力，因为不同的应用可能需要不同的温度控制、真空强度或干燥持续时间。对于制药应用而言，精确控制所有三个阶段对于保持药物疗效至关重要，而食品应用可能会优先考虑产量和能效。
汇总表：
| 阶段 | 按键功能 | 温度范围 | 除湿 |
|---|---|---|---|
| 冻结 | 含水凝固形成冰晶 | -40°C至-80°C | 不适用 |
| 初级干燥 | 在真空条件下将冰直接升华为蒸汽 | 低于崩溃温度 | ~95% |
| 二次干燥 | 通过控制加热去除结合的水分子 | 20°C 至 50°C | 残留 1-3 |
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