冷凍干燥的預(yù)凍,，是將溶液冷卻到一定溫度,，在此溫度下，水和固體被充分結(jié)晶或冰晶和固體被包圍在一個非晶態(tài)濃縮固體,，自由水固化,，賦予產(chǎn)品干燥后與干燥前有相同的形態(tài)，防止抽空干燥時起泡,、濃縮,、收縮和溶質(zhì)移動等不可逆變化發(fā)生。也就是把物料冷凍成固態(tài),，并形成一個適合干燥的結(jié)構(gòu)(matrix),。

預(yù)凍非常重要，可以影響后續(xù)的兩個干燥階段,，終影響制品的質(zhì)量,。

當溫度降低時，液態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)楣虘B(tài),，有兩種不同狀態(tài),，一種是粘度極大，流動性差,，形成一種玻璃態(tài)的無定型結(jié)構(gòu)（amorphous）,，另外一種是規(guī)則的晶體結(jié)構(gòu)（crystalline）。在預(yù)凍過程中,，預(yù)凍的溫度,、速度和時間是重要的控制參數(shù)。

共晶溫度在凍干工藝中的含義

共晶溫度（Eutectic temperature, Te）：

幾種物質(zhì)組成的混合溶液,，在凍結(jié)過程中,，開始時某些組分結(jié)晶析出，使剩下的溶液濃度發(fā)生變化,。當達到某一溫度或溫度區(qū)域時,，其液態(tài)和所形成的固態(tài)中的組分*相同,，這時的溶液稱為共晶溶液，這時的溫度或溫度區(qū)間稱為該溶液的共晶點或共晶區(qū),，也稱為*固化溫度,，它是產(chǎn)品在冷卻過程中從液態(tài)結(jié)束轉(zhuǎn)向固態(tài)的高溫度。共晶溫度為凍干過程中預(yù)凍應(yīng)達到的高溫度,，一般預(yù)凍過程應(yīng)低于其共晶溫度10-20℃,。

如何形成晶體結(jié)構(gòu)

溶液在凍結(jié)過程中，往往需過冷到冰點以下,，稱為過冷溫度,，其內(nèi)部產(chǎn)生晶核以后，自由水才開始以sheer ice的形式結(jié)晶,，同時放出結(jié)晶熱,，使其溫度上升到冰點，隨著晶體的生長,，溶液濃度增加,，當濃度到達共晶濃度，這時溫度下降到共晶點以下時,，溶液就全部凍結(jié),，形成晶體結(jié)構(gòu)。

塌陷溫度在凍干工藝中的含義

塌陷溫度(Collapse temperature, Tc)：

凍干時,，當干燥層溫度上升到一定數(shù)值后,，物料中的冰晶消失，原先為冰晶所占據(jù)的空間成為空穴,，因此凍干層呈多孔蜂窩狀海綿體結(jié)構(gòu),。此結(jié)構(gòu)與溫度有關(guān)。當蜂窩狀結(jié)構(gòu)體的固體基質(zhì)溫度較高時,，其剛性降低,。當溫度達到某一臨界值時，固體基質(zhì)的剛性不足以維持蜂窩狀結(jié)構(gòu),，空穴的固形物基質(zhì)壁將發(fā)生塌陷,，原先蒸汽擴散的通道被封閉，此臨界溫度稱為凍干物料的崩潰溫度或塌陷溫度,。

玻璃化轉(zhuǎn)變溫度在凍干工藝中的含義

玻璃化轉(zhuǎn)變溫度（Glass transition temperature, Tg’）：

凍干過程的玻璃轉(zhuǎn)化溫度指大凍結(jié)濃縮液的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度,。在無定型結(jié)構(gòu)材料中，原子,、離子或分子的排列是無規(guī)則的,。因為在凍結(jié)過程中隨著冰晶的析出，剩余溶液的濃度逐漸增加，當達到一定濃度時,，剩余的水分不再結(jié)晶,，此時的溶液達到大凍結(jié)濃縮狀態(tài)，對應(yīng)的溫度稱為大凍結(jié)濃縮液的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度,。

制品結(jié)構(gòu)與預(yù)凍的關(guān)系

在生物制藥領(lǐng)域中,，使用凍干工藝的絕大部分制品是無定型結(jié)構(gòu)，小部分制品是晶體結(jié)構(gòu),，或者是混合結(jié)構(gòu),。除了與制品配方有關(guān)外，晶體結(jié)構(gòu)的形成還與預(yù)凍溫度和速度有關(guān),。

根據(jù)近的研究表明，在Tg’溫度下預(yù)凍,，會形成無定型結(jié)構(gòu),。在大于Tg’且小于Te的溫度下預(yù)凍，則形成晶體結(jié)構(gòu),。晶體結(jié)構(gòu)可以更快和更容易凍干,，但穩(wěn)定性和溶解性稍差；無定形結(jié)構(gòu)凍干比較難,，但穩(wěn)定性和溶解性好,。

方法原理不同，但都是為了摸索工藝

共晶點,、塌陷溫度,、玻璃轉(zhuǎn)化溫度，采用的測量方法和原理不同,，都是為了找到預(yù)凍,、主干燥的溫度等，摸索工藝,。

一般情況,，塌陷溫度Tc比共晶點溫度Te稍高，共晶點溫度Te較玻璃化溫度Tg’高,。多數(shù)情況下,，塌陷溫度Tc要比玻璃化溫度Tg’高20K左右。凍干制品升華前,，必須凍結(jié)到一定的溫度,，這個溫度應(yīng)設(shè)在制品的凝固溫度以下10至20℃左右。該凝固溫度,，主要取決于樣品凍干過程中需要固化的狀態(tài),，是晶體結(jié)構(gòu)還是無定型結(jié)構(gòu)。晶體結(jié)構(gòu),，對應(yīng)溫度為Te,；無定型結(jié)構(gòu),，對應(yīng)溫度是Tg’。