一、 預凍結階段
目標：將液態(tài)產品轉變?yōu)楣虘B(tài)，形成穩(wěn)定的“冰晶骨架"，為后續(xù)升華做準備。
1. 降溫速率
· 參數(shù)剖析：
慢凍（如0.5~1.5°C/min）：形成大的冰晶。冰晶越大，升華后留下的孔隙通道也越大，有利于水蒸氣逸出，升華速率快。但大冰晶可能對細胞類產品造成機械損傷，且可能使?jié)饪s的溶質在冰晶間形成“夾心墻"，影響復溶。
速凍（如>5°C/min）：形成小的冰晶。冰晶小，產品結構細膩，對活性物質保護性好。但升華通道狹窄，水蒸氣阻力大，升華速率慢，干燥時間長。
·控制策略：根據(jù)產品特性選擇。對于大多數(shù)化學或中藥制劑，慢凍通常是更優(yōu)選擇，以追求效率和良好的骨架結構。
2. 凍結終溫與保溫時間
· 參數(shù)剖析：
· 終溫：必須低于產品的共晶點（Eutectic Point）至少10°C，確保產品凍結。如果凍結不實，在升華階段就會發(fā)生局部液化、塌陷和發(fā)泡。
· 保溫時間：確保產品內外溫度均勻一致，凍透。時間不足會導致凍結不實。
· 控制策略：通過電阻法或DSC（差示掃描量熱法） 提前測定產品的共晶點。保溫時間根據(jù)裝量和容器確定，通常為1~4小時。
二、 升華干燥（一次干燥）階段
目標：在真空下，使冰晶直接升華為水蒸氣并移除，此階段移除約90%的游離水。
1. 隔板溫度與升溫速率
· 參數(shù)剖析：
· 這是熱量的輸入源，為冰的升華提供能量。
· 升溫速率：必須平緩可控。過快會導致產品表面冰晶迅速升華，吸收大量熱量，使產品溫度過低；或者導致已干燥層過熱變性。
· 控制策略：采用階梯式或線性緩慢升溫策略，確保熱量供給與升華吸熱相平衡。
2. 真空度（倉內壓力）
· 參數(shù)剖析：
· 這是驅動升華的動力源。真空度決定了冰的升華溫度。
· 壓力過高（如 > 50 Pa）：冰的升華溫度高，產品溫度也容易升高，有塌陷風險。
· 壓力過低（如 < 5 Pa）：冰的升華溫度低，傳熱效率差，升華速率會減慢。
· 控制策略：將真空度控制在10~30 Pa是一個常見范圍?，F(xiàn)代凍干機采用壓力控制法，通過間歇性地注入惰性氣體（如氮氣）來精確控制倉壓，以優(yōu)化傳熱和傳質效率。
3. 物料溫度 - 最關鍵的參數(shù)
· 參數(shù)剖析：
· 這是所有熱輸入和冷輸出平衡后的最終結果，是工藝控制的核心。
· 必須低于產品的共熔點（Collapse Temperature）。一旦物料溫度超過共熔點，凍結的產物就會發(fā)生液化，從“玻璃態(tài)"變?yōu)?/span>“橡膠態(tài)"，失去剛性支撐，導致宏觀上的塌陷。
· 在保證低于共熔點的前提下，物料溫度應盡可能高，因為溫度越高，冰的飽和蒸汽壓越高，升華驅動力越大，干燥效率越高。
· 控制策略：通過插入產品中的溫度探頭實時監(jiān)控。理想的工藝是控制物料溫度在共熔點以下2~5°C，并保持穩(wěn)定。這是工藝開發(fā)的核心目標。
4. 升華界面
· 理論核心：這是已干燥層和凍結層之間的移動分界面。熱量從隔板穿過已干燥層傳遞到升華界面，升華產生的水蒸氣反向穿過已干燥層進入倉體。因此，已干燥層的結構和厚度決定了傳熱和傳質的阻力。
三、 解析干燥（二次干燥）階段
目標：移除以物理/化學方式吸附在干燥物質上的結合水（約10%）。
1. 隔板溫度
· 參數(shù)剖析：
· 此階段冰已升華，沒有產品熔化的風險，因此可以大幅提高隔板溫度（通常升至25°C ~ 40°C，甚至更高），以提供足夠能量打破水分子與藥物分子的結合力。
· 升溫速率同樣需要控制，避免產品溫度驟升。
· 控制策略：根據(jù)產品的熱穩(wěn)定性設定溫度。在保證產品不分解的前提下，溫度越高，解析效率越高。
2. 真空度
· 參數(shù)剖析：通常保持在高真空狀態(tài)（甚至比一次干燥更低），以創(chuàng)造蒸汽壓差，驅動結合水的解吸和逸出。
3. 保溫時間
· 參數(shù)剖析：此階段的目標是將產品的殘留水分降至安全范圍（通常為1%~3%）。時間不足，水分含量高，產品穩(wěn)定性差；時間過長，增加能耗和成本，并可能引發(fā)某些活性物質的降解。
· 控制策略：通過壓力升測試法或露點法在線判斷解析干燥的終點，或者通過離線取樣測定水分來最終確定保溫時間。
總結：核心參數(shù)的“鐵三角"關系
一個穩(wěn)健的凍干工藝，本質上是平衡以下“鐵三角"關系：
1. 隔板溫度（熱量輸入）
2. 真空度（推動力）
3. 物料溫度（過程結果與限制）
工藝開發(fā)的過程就是： 通過調整隔板溫度和真空度，將物料溫度精確地控制在略低于其崩潰溫度/共熔點下，并在此溫度下維持足夠長的時間，直至升華完成。隨后，在解析階段，在保證產品穩(wěn)定的前提下，盡可能地提高溫度，并在高真空下維持足夠時間，以達到目標殘留水分。
沒有“放之四海而皆準"的凍干曲線。 每一個制劑，甚至不同裝量的同一制劑，都需要基于對其熱力學性質（共晶點、共熔點/玻璃化轉變溫度）的深刻理解，來開發(fā)和優(yōu)化其專屬的核心工藝參數(shù)集。
