預凍就是將溶液中的自由水固化，賦予幹後產(chan) 品與(yu) 幹燥前相同的形態，防止抽空幹燥時起泡、濃縮和溶質移動等不可逆變化發生，盡量減少由溫度引起的物質可溶性減少和生命特性的變化。

1、 預凍的方法

溶液的預凍方法有兩(liang) 種：凍幹箱內(nei) 預凍法和箱外預凍法。

箱內(nei) 預凍法是直接把產(chan) 品放置在凍幹機內(nei) 的多層擱板上，由凍幹機的冷凍機來進行冷凍，大量的小瓶和安瓶進行凍幹時為(wei) 了進箱和出箱方便，一般把小瓶或安瓶分放在若幹金屬盤內(nei) ，再裝進箱子，為(wei) 了改善熱傳(chuan) 遞。有些金屬盤製成可抽活底式，進箱時把底抽走，讓小瓶直接與(yu) 凍幹箱的金屬板接觸；對於(yu) 不可抽底的盤子，要求盤底平整，以獲得產(chan) 品的均一性。采用旋凍法的大血漿瓶要事先凍好後加上導熱用的金屬架後再進箱進行冷凍。

箱外預凍法有二種方法。有些小型凍幹機沒有進行預凍產(chan) 品的裝置，隻能利用低溫冰箱或酒精加幹冰來進行預凍。另一種是的旋凍器，它可把大瓶的產(chan) 品邊旋轉邊冷凍成殼狀結構，然後再進入凍幹箱內(nei) 。

                     圖2-2旋轉型冷凍

還有一種特殊的離心式預凍法，離心式凍幹機就采用此法。利用在真空下液體(ti) 迅速蒸發，吸收本身的熱量而凍結。旋轉的離心力防止產(chan) 品的氣體(ti) 逸出，使產(chan) 品能“平靜地”凍結成一定的形狀。轉速一般為(wei) 800轉/分左右。

            圖2—3  靠離心或旋轉液體(ti) 形成楔狀或殼狀

2、 預凍的過程：

水溶液溫度降到一定時，根據溶液共晶濃度，濃度淡溶液裏開始結冰，這個(ge) 溫度就叫結冰點。一般來說結冰點受濃度的支配與(yu) 濃度一起下降。溶液溫度低於(yu) 結冰點時，溶液中的一部分會(hui) 結晶析出，剩下的溶液濃度將會(hui) 上升，就這樣結冰點下降，接著繼續冷卻，冰結晶隨著冷卻而增加，剩下的溶液濃度隨之而增大。可是溫度降到某一點時剩下的溶液就全部凍結，這時的凍結物裏混雜著冰晶體(ti) ，這時的溫度就是共晶點。

溶液需過冷到冰點以後，其內(nei) 產(chan) 生晶核以後，自由水才會(hui) 開始以冰的形式結晶，同時放出結晶熱使其溫度上升到冰點，隨著晶體(ti) 的生長，溶液濃度的增加，當濃度達到共晶濃度，溫度下降到共晶點以下時，溶液就會(hui) 全部凍結。

溶液結晶的晶粒數量和大小除了與(yu) 溶液本身的性質有關(guan) 以外，還與(yu) 晶核生成速率和晶體(ti) 生長速率有關(guan) 。而晶核生成速率和晶體(ti) 生長速率這兩(liang) 個(ge) 因素又是隨溫度和壓強的變化而變化的，因此，我們(men) 可以通過控製溫度和壓強來控製溶液結晶的晶粒數量和大小。一般來說，冷卻速度越快，過冷溫度越低，所形成的晶核數量越多，晶體(ti) 來不及生長就被凍結，此時所形成的晶粒數量越多，晶粒越細；反之晶粒數量越少，晶粒越大。

晶體(ti) 的形狀也與(yu) 凍結溫度有關(guan) 。在0^oC附近開始凍結時，冰晶呈六角對稱形，在六個(ge) 主軸方向向前生長，同時，還會(hui) 出現若幹副軸，所有冰晶連接起來，在溶液中形成一個(ge) 網絡結構。隨著過冷度的增加，冰晶將逐漸喪(sang) 失容量辨認的六角對稱形式，加之成核數多，凍結速度快,可能形成一種不規則的樹枝型，它們(men) 有任意數目的軸向柱狀體(ti) ，而不象六方晶型那樣隻有六條。

圖2-4冷凍幹燥碎片，表示冰升華後空隙（無比例）  

生物體(ti) 液（如血液血漿、肌肉漿液、玻璃體(ti) 液等）結冰形成的結晶單元，往往與(yu) 單一成分的水溶液形成的冰晶類型相似。結晶類型主要取決(jue) 於(yu) 冷卻速度和體(ti) 液濃度，例如血漿、肌肉漿液等在正常濃度下結冰時，在較高零下溫度、慢冷卻速度下形成六方結晶單元，快速冷卻至低溫時形成不規則樹枝狀晶體(ti) 。

細胞懸浮液（如紅血球、白血球、精子、細菌等懸浮於(yu) 蒸餾水、血漿或其他懸浮介質中），在高零下溫度緩慢結冰時，懸浮液中大量的冰生長，將細胞擠在兩(liang) 冰柱之間的狹窄管道中，管道內(nei) 的懸浮介質因水析出結冰而溶質濃縮，細胞內(nei) 的水通過細胞膜滲透出細胞，又造成細胞內(nei) 溶質的濃縮。與(yu) 此同時，胞外冰的生長，還將迫使細胞物質體(ti) 積縮小、變形。但此時細胞內(nei) 不結冰。當在低溫下快速結冰時，則細胞內(nei) 將形成胞內(nei) 冰。冰的大小、形狀和分布與(yu) 冷卻速度、保護劑的存在與(yu) 否、保護劑的性質以及細胞內(nei) 水的含量有關(guan) ，一般說來，冷卻速度越快、溫度越低，細胞內(nei) 形成的冰越多。懸浮液中添加非滲透性保護劑，可以使快速結冰時細胞內(nei) 形成的冰數目減少。  

溶液結晶的形式對凍幹速率有直接的影響。冰晶升華後留下的空隙是後續冰晶升華時水蒸氣的逸出通道，大而連續的六方晶體(ti) 升華後形成的空隙通道大，水蒸汽逸出的阻力小，因而製品幹燥速度快，反之樹枝形和不連續的球狀冰晶通道小或不連續，水蒸汽靠擴散或滲透才能逸出，因而幹燥速度慢。因此僅(jin) 從(cong) 幹燥速率來考慮，慢凍為(wei) 好。

此外，凍結的速率還與(yu) 凍結設備的種類、能力和傳(chuan) 熱介質等有關(guan) 。

預凍會(hui) 對細胞和生命產(chan) 生一定的破壞作用，其機理是非常複雜的，一般認為(wei) ，預凍過程中水結冰所產(chan) 生的機械效應和溶質效應是引起生化藥品在凍幹過程中失活或變性的重要因素。機械效應是指水結冰時體(ti) 積增大，致使活性物質活性部位中一些弱分子力鍵受到破壞，從(cong) 而使活性損失；溶質效應是指水結冰以後引起溶質濃度上升以及由於(yu) 各種溶質在各種溫度條件下溶解度變化不一致引起pH值的變化，導致活性物質所處的環境發生變化而造成失活或變性。對這種現象可采用下列措施解決(jue) ：①預凍采用速凍法，先將擱板溫度降至－45^OC，再放入產(chan) 品急速冷凍，形成細微冰晶，使其來不及產(chan) 生機械效應。②選用緩衝(chong) 劑時要選用溶解度相當的緩衝(chong) 配對鹽。③加入產(chan) 品保護劑。