退火操作与冷冻干燥

由表ｌ和图２可以看出：

（１）经过退火之后，各瓶的占值较未退火减小

５０％以上，因而一次干燥速率不均匀程度明显减小。

（２）装入３ｍＩ蔗糖溶液，经过退火之后，与未

退火的情况相比，其干燥速率改善最大；若装液

量增大或减少，其改善率皆会降低；

实验证明，退火可以改善不同冻结条件而导

致的升华干燥速率的不均匀性；

相同的玻璃瓶装入的液体容积不一样，液体高度也就不一样。在干燥过程中，多孔干燥层的厚度越大，水蒸气的阻力就越大，因而其干燥速

率也就较小：而经过退火之后，则二者的升华速

率差不多。这样可以看出，物料高度较高的装瓶方式，物料经过退火之后，其干燥速率改善效果

更明显。

２．２退火时间和退火温度的影响

本节进一步考察退火时间和退火温度对一次

干燥速率影响。冻干溶液为１０％的蔗糖溶液，将溶液瓶密封投掷到液氮中，保持２分钟后取出，

放到温度控制在一６０℃的隔板上，保持一个小时后，升温到退火温度，保持一定的退火时间，再降低到一６０℃，维持在～６０℃半小时，最后以ｌ℃／ｍｉｎ升高到一３２℃；温度控制在一３２℃，抽真空至１０Ｐａ，开始干燥。共进行了－４０℃，－３０℃，一２０℃，一１０℃，一５℃，一３℃六组退火温度和０．５ｈ、１ｈ、２ｈ、３ｈ、４ｈ、５ｈ六组退火时间的３６组实验。实验结果见图３。

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０．５，．０，。５

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时间（ｈ１

图３退火时间，退火温度对一次干燥速率的影响

从上图３可以看出：

（１）当退火温度为－４０℃时，在所有退火时间实验中，一次干燥速率比不退火（退火时间为０

小时）的～次干燥速率没有明显增大。这是因为

当温度低于其玻璃化转变温度时，由下式（３）可以看出来非晶态基质的粘度随着温度的降低而升

高。由于粘度可以看作是分子间相互运动的摩擦阻

力，因此粘度的增大即摩擦阻力的增大将抑制由内压差驱动的流动，抑制非晶态基质结构重组，退火就不会起到应有的效果…。

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ｆ，７１一１７．４（Ｔ—Ｔ）ｏ

（３）

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５１．６＋｛丁一瓦）

其中，乃——玻璃化转变温度。

，７——在温度丁时的粘度：

，７。——玻璃化转变温度乃时的粘度；

（２）当退火温度高于玻璃化转变温度时，一般退火温度越高，其退火效果越好。如退火时间为０．５小时，退火温度越高，其退火效果越好。在退火温

度为一３℃，一５＂Ｃ，退火时间为３个小时之后的实验中，其干燥速率有减小的趋势，这可能是由于退火

温度过高，使得物料局部出现熔融的现象，这样也

会使得干燥制品的质量下降。所以，一般选择在一ｌＯ℃左右的退火温度进行退火。

（３）对于～定的退火温度，一般，退火时间越长，

其退火效果越好。但是退火时间很长之后，其一次干燥速率增幅已不大。所以，长时间退火，固然一次干燥时间会进一步减少，但退火本身也需要很长时间，所以对于总的经济性并无太大改善。

（４）在退火温度为－２０℃，退火时间为１个小时之后的实验中，其干燥速率突然减小，这可能是出现

了反玻璃化现象¨１，物料中局部放热，导致熔融现象。

２．３物料浓度、配比的影响

本节用浓度分别为５％、１０％、１５％和２０％的蔗

糖溶液来考察溶液浓度对退火效果的影响。用５ｍｌ的药瓶分别装３ｍｌ上述浓度的溶液，放在隔板上降

低到一６０℃，保持在－６０℃一个小时之后，保持隔板一３２℃，退火一小时，然后抽真空到１０Ｐａ，开始干燥。对一次干燥速率进行比较，实验结果如图４所示。

从图中可以看出：不退火的时候，随着浓度的增

加，其干燥速率变小。浓度比较大的溶液，经过退火之后，其干燥速率较不退火改善幅度很大；而对

于浓度比较小的溶液，其改善的幅度不大。

这与物料的粘度有关，浓度比较大的溶液，其初始粘度很大，在退火的熔融阶段，其粘度降低，晶

体的大小和形态产生很大的变化，非晶态基质多孔

结构间的相互熔合使被冰晶占据的通道平均孔径增大，从而使水蒸气从下向上的流动阻力减小，得到

更快的升华速率。所以，浓度大的溶液，经过退火之后，其改善效果很明显。

而浓度比较小的溶液，其粘度比较小，结晶比较

完全、规则，在退火的熔融阶段，其粘度变小的空

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