凍幹機蛋白質凍幹涉及複雜的加工工藝，我們來詳細解讀。一、凍幹定義首先介紹下凍幹機凍幹的定義：冷凍乾燥是一個是物質穩定的過程，在該過程中，凍幹的溶劑先結晶，在產品中形成一定的結構，然後靠升華和解吸附作用將溶劑的量減少至不足以維持生物生長和發生化學反應的程度。一個好的蛋白凍乾結構為：水冷凍成冰晶，蛋白和輔料以無定型物質狀態（玻璃態）被限制在由冰晶形成的骨架當中，水分升華以後，固體骨架基本保持不變、幹製品不失原有的固體結構，保持著原有形狀，多孔結構的製品呈海綿狀具有很理想的速溶性和快速復水性。我們先了解下凍幹機凍幹的原理，凍幹底層的原理是基於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，我們說凍幹一般都是凍幹水分，所以下面我們都是以水為例。二、凍幹機凍幹過程1、將液態製品預凍，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、（凍幹機的真空度/壓力降低到水的三相點以下）把固態製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。捕獲凍幹品升華出來的水分（水蒸氣的形式）到凍幹機的冷凝器（冷凝/捕獲）影響凍幹效果的幾大因素，包括：凍幹機設備結構、飽合蒸氣壓、物質聚集態、主要的熱性質、溫度測量。三、凍幹機蛋白質凍幹的工藝要求凍幹機就相當於兩臺冰箱和一個真空泵，一臺為-50℃的普通冰箱，保證蛋白質藥液能夠凍結成固態，在真空泵抽成真空狀態下，藥液中的固態水直接升華為水蒸氣。另一臺-80℃的深低溫冰箱不斷捕獲產生的水蒸氣，直接凍結為固態冰。任何液體物質，當在一個密閉容器內蒸發達到一定的程度之後，液體的汽化與蒸汽的液化就達到一個平衡狀態。這時密閉容器內的蒸汽稱為飽和蒸汽，密閉容器內的蒸汽壓強稱為飽和蒸汽壓。一些容易汽化的固體，在密閉容器中同樣會形成飽和蒸汽壓。飽和蒸汽壓隨溫度的升高而增大，隨溫度的降低而減小。對於同一蒸汽，在不同的溫度有不同的飽和蒸汽壓。飽和蒸汽壓在升華乾燥階段的壓力值的確定有指導意義，即凍幹方案：在低於共晶點5oC的溫度下確定冰的蒸氣壓。比如共晶點為-20℃，板層溫度控制在5℃，使產品的溫度維持在-25℃，比產品的共晶點溫度低5℃，並在此狀況下維持15小時，直到產品中的凍結冰升華完畢為止；凍幹機的真空度控制在產品溫度所對應的飽和蒸汽壓的30％左右，-25℃對應的飽和蒸汽壓是0.63 毫巴，0.63×30％=0.189毫巴（一般選擇19或20psi）。一般來說壓強低有利於蛋白質產品內冰的升華。但由於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：在凍幹機腔體的壓強低於 0.1毫巴時，氣體的對流傳熱小到可以忽略不計；而壓強大於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，壓強高於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。於是產品自身的溫度會上升，當高於共晶點溫度時，產品將發生熔化，造成凍幹失敗。凍幹機腔體的合適壓強一般認為是在 0.1~0.3毫巴之間，在這個壓強範圍內，既利於熱量的傳遞又利於升華的進行。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，甚至啟動凍幹機對凍幹腔體進行降溫，以保護產品不致發生熔化。我們知道產品在乾燥一段時間之後，會形成上面的乾燥層和下面的凍結層，凍結層的產品繼續乾燥時，升華的氣流必需通過乾燥層，如果產品凍結成晶態，則由於晶體之間有間隙，升華氣流能較順利地通過，不影響產品的繼續乾燥。如果產品凍結成玻璃態，則由於玻璃態/無定型物質幾乎無間隙，升華氣流沒有通道，產品的繼續乾燥將受到影響，乾燥會失敗。為了解決蛋白凍幹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，縮短凍幹時間，並且容易獲得優雅的外觀。退火過程中存在兩個變化，非晶態物質在高於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。四、蛋白質凍幹工藝總結溶液在凍幹機冷凍過程中溶質和溶劑存在一個相互相分離的過程，大多數凍幹藥品是以水為溶液，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，這時的溫度是製品的過冷溫度。由於結晶放熱，製品溫度開始升高後下降，隨著水結晶的增加，溶液的濃度增加（為了有利於乾燥，一般凍乾產品溶液配製成固體物質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，隨著製品溫度的下降，稀溶液變為濃溶液，並逐步成為飽和溶液，溫度繼續降低時，由於溶解度降低，將會有溶質析出，最後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，隨著製品溫度的下降，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。新芝提供僅限參考