冷凍干燥機設備的凍干技術要點：

1、物料系統(tǒng)的配方

    在藥品和細胞冷凍干燥之前，必須加入一些保護劑和添加劑，以保證其凍干效果、保持藥品的活性和細胞的存活。物料和保護劑、添加劑一起，組成了多組分的系統(tǒng)，我們稱之為“物料系統(tǒng)”。保護劑和添加劑與物料之間是有相互作用的，因此對于不同的物料，應當采用不同種類和不同濃度的保護劑和添加劑。近年來在生物藥品方面取得的每一重要進展，幾乎都是和采用新的“雞尾酒”式的物料系統(tǒng)的配方有關的。保護劑和添加劑的問題值得討論。

2、物料系統(tǒng)的物性的研究

    物料系統(tǒng)的物性，如凝固溫度、相變熱、玻璃化轉變溫度、玻璃化轉變前后的熱容量等，都會對凍結和干燥過程產生很大的影響。在干燥過程中，希望物料的升華速率高，就要求物料的空隙多、而又不致塌陷。這些也都是和物料系統(tǒng)的物性有關的。近年來又發(fā)現(xiàn)當物料系統(tǒng)經歷過不同的“溫度歷史” （熱歷史），如在不同溫度下“退火”（annealing）不同時間，會給物性帶來明顯的變化。

    對于物料系統(tǒng)物性的測量，差示掃描量熱技術（Differential Scanning Calorimetry,DSC）是一種最有效的、被廣泛認可的技術。 

3、冷卻固化過程的選擇及實現(xiàn)的技術

    對于物料系統(tǒng)的冷卻固化過程，要解決兩個問題，一個是冷卻最終溫度的確定；另一個是選擇合適的降溫程序。冷卻固化過程的最終溫度應當是完全固化溫度，它應低于物料系統(tǒng)的共晶點溫度,或玻璃化轉化溫度。冷卻固化后的物料系統(tǒng)，實際上是既具有晶態(tài)，又具有玻璃態(tài)的的混合系統(tǒng)。為確定降溫的最終溫度，就要先測量物料系統(tǒng)的共晶點溫度和玻璃化轉化溫度。

    對于合適降溫程序的選擇，就是希望活性藥物、或細胞在冷卻固化過程中不受損傷或少受損傷，這是細胞低溫保存的基本問題。分析物料系統(tǒng)的凍結過程諸多現(xiàn)象、對細胞損傷及防止辦法；討論程序降溫的理論和實施技術。

4、升華干燥參數(shù)的確定

    升華干燥是在低溫下對物料系統(tǒng)進行加熱，使物料中被凍結成冰的“自由水”直接升華成水蒸汽。在升華干燥過程中，可以控制的參數(shù)有：物料的溫度、干燥室的真空度、升華干燥的持續(xù)時間等。

    關于物料的溫度，一般認為必須低于物料系統(tǒng)的玻璃化轉變溫度,或共晶溫度。升華干燥的溫度的確定是十分重要的。如溫度過高，會出現(xiàn)軟化、塌陷等現(xiàn)象，造成凍干的失敗；如溫度過低，不僅給制冷系統(tǒng)提出了過高的要求，而且大為降低了升華過程的速率，費時又耗能。

    目前大多數(shù)的操作，都是在整個升華干燥過程中保持加熱溫度不變的。關于是否應當這樣，有兩種不同的觀點。一種觀點認為，在升華干燥階段，隨著水分的升華，物料系統(tǒng)的濃度會提高，物料系統(tǒng)的玻璃化轉變溫度也會提高，這意味著升華干燥階段的加熱過程的溫度應當逐漸提高，而不要恒定在一個溫度上。另一種觀點認為，在升華干燥階段，升華的只是“游離”在網狀結構空隙中的自由水，不會對物料實體的玻璃化轉變溫度產生影響，因此升華干燥過程中加熱溫度仍應保持不變。實際上這兩種情況都可能出現(xiàn)，是和冷卻固化的情況有關的。

     一般說來，在升華干燥過程中真空度是維持不變的。但也可以采用循環(huán)壓力法，即控制真空系統(tǒng)的壓力在一定范圍內上下波動，以期提高傳熱傳質的效果，來加速干燥的過程。

     關于升華干燥持續(xù)時間的確定，也就是如何判斷何時應該結束升華干燥階段轉入解吸干燥階段。這是個十分重要的難題。

5、干燥過程中動態(tài)參數(shù)的測量

    人們希望能夠實時地精確測量干燥過程的物料的溫度和含水量等數(shù)據。這些數(shù)據對于判斷干燥過程的實際進程；判斷升華干燥階段是否結束；判斷是否應當轉入解吸干燥階段；判斷物料的含水量是否已達到要求，解吸干燥階段是否應當結束等，都是十分重要的。

    分析在凍干過程中測量物料失重和物料含水量的辦法，但是迄今還沒有能夠實時地測量物料含水量的成熟實用方法。

    關于如何實時地測量物料的溫度，也是個重要的問題。測溫元件的插入會影響物料的溫度場，造成測溫的誤差；而移動的升華界面溫度測量更是困難。研究冷凍干燥過程的動態(tài)參數(shù)的測量。

6、冷凍干燥過程的數(shù)理模型

     分析升華干燥過程和解吸干燥過程的數(shù)理模型，以及它們的計算分析結果。這些結果和真正能用于確定干燥過程工藝參數(shù)的目標，還有很大的距離。其原因主要來自以下幾個方面。

    首先，現(xiàn)有的數(shù)理模型是否能反映實際物料冷凍干燥過程的主要機理和本質。有一些關于凍干理論問題尚未解決。例如，實際上冷卻固化后的物料，不是簡單的冰塊，而是既具有晶態(tài)，又具有玻璃態(tài)的、堅硬的網狀結構；升華的僅是晶態(tài)的冰，還是也應當包括玻璃態(tài)的固化水。

    其次，在進行數(shù)理模型的分析時，凍結層和干燥層物料的物性的數(shù)據是極其缺乏的。特別是干燥層物料的熱物理性質的數(shù)據幾乎是空白。干燥層物料的結構參數(shù)，如空隙度等，是和凍結過程、干燥過程均有著密切關系的。因此干燥層物料的熱物理性質不僅與組分有關，而且更與凍結-干燥過程有著密切關系。這些數(shù)據是不可能根據其組分進行計算獲得的。

    最后，迄今還沒有能夠實時地精確測量干燥過程的溫度、升華界面位置、物料的含水量等參數(shù)的實驗方法和實驗數(shù)據，這使數(shù)理模型分析方法還得不到實驗的比較，很難進行修正或驗證。

7、解吸干燥參數(shù)的確定

    包括如何確定解吸干燥的加熱溫度、解吸干燥的持續(xù)時間、以及解吸干燥終結時對物料剩余含水量要求等。

8、凍干產品儲藏條件的確定

   包括確定最終剩余含水量（RMF）、儲存溫度、儲存時間等。對凍干產品的儲藏條件以及穩(wěn)定性的試驗方法進行討論。

9、冷凍干燥過程的節(jié)時和節(jié)能

    由于冷凍干燥是在低溫和真空的條件下對物料進行加熱干燥的，所以必然是很費時和很耗能的。例如，對于藥品和細胞的冷凍干燥，一般要幾十個小時；而且加熱溫度越低，就越是費時、耗能。對于食品的冷凍干燥，可以將加熱溫度提得較高，但整個冷凍干燥過程一般也要幾小時至十幾個小時。因此如何改進工藝參數(shù)，縮短冷凍干燥過程的時間，對于提高生產效率，降低成本，減少能耗都是十分重要的。但是要改進工藝參數(shù)，又是和上述幾個技術要點的研究密切相關的。

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