آلة التجفيف بالتجميد هي إحدى طرق التجفيف، والهدف منها هو تخزين المواد. إن تلف المواد أو فسادها أو تغيرها يحدث بشكل رئيسي بسبب عاملين: العوامل الخارجية مثل الهواء والماء ودرجة الحرارة والبيولوجيا؛ والعوامل الداخلية التي تتعلق بعمليات الأيض للمواد البيولوجية نفسها. إذا تم تقليل تأثير العوامل الخارجية والداخلية إلى مستوى منخفض، يمكن الحفاظ على المواد دون تغيير لفترة معينة. تُستخدم آلة التجفيف بالتجميد الآن على نطاق واسع في الكيمياء وصناعة الأدوية وصناعة المواد الغذائية والبحث العلمي، وخاصة في مجال الأدوية البيولوجية التي تحتوي على مواد نشطة بيولوجيًا.
التجفيف هو عملية قديمة جدًا، لكن التجفيف الحراري للمواد المسحوقة والمنتجات البيولوجية غالبًا ما يؤدي إلى تكتل الجسيمات بشكل لا يمكن استعادته، خاصة في إعداد المساحيق فائقة الدقة. تتجمع الجسيمات النانوية في الطور السائل إلى كتل يصعب تفكيكها بعد التجفيف، وذلك بسبب أن عملية تجفيف الجسيمات العادية تؤدي إلى تبخر الرطوبة من المسام بين الجسيمات، مما يسبب ضغطًا إضافيًا عاليًا بسبب التوتر السطحي، مما يؤدي إلى ضغط الجسيمات معًا لتكوين كتل. ومع ذلك، يمكن تجنب هذه المشكلة باستخدام آلة التجفيف بالتجميد، حيث يتم تجميد الجل أو الدم المراد تجفيفه إلى حالة صلبة، ثم يتم إزالة الرطوبة من خلال عملية التسامي في ظروف مناسبة، حيث لا تؤثر عملية تبخر الثلج على حالة تكتل الجسيمات الصلبة، مما يحافظ على الجسيمات الأصلية دون ضغطها معًا. بالإضافة إلى ذلك، فإن آلة التجفيف بالتجميد مناسبة جدًا لمعالجة المنتجات البيولوجية مثل الدم، لأنها لا تتضمن عمليات ذات درجات حرارة عالية، مما يمنع فساد المنتجات البيولوجية.
عادةً ما تعاني المنتجات الناتجة عن التجفيف من مشاكل مثل انكماش الحجم وزيادة الصلابة، حيث يتم فقدان معظم المكونات المتطايرة، وبعض المواد الحساسة للحرارة تتغير وتفقد نشاطها، وبعض المواد تتأكسد. لذلك، فإن المنتجات المجففة تختلف بشكل كبير في الخصائص مقارنةً بالمنتجات قبل التجفيف. تتم عملية التجفيف بالتجميد بشكل أساسي تحت 0 درجة مئوية، أي في حالة تجميد المنتج، فقط في المرحلة اللاحقة عندما يتم تقليل محتوى الرطوبة المتبقية في المنتج، يتم رفع درجة حرارة المنتج فوق 0 درجة مئوية، ولكن عادة لا تتجاوز 40 درجة مئوية. في ظل ظروف الفراغ، عندما يتبخر بخار الماء مباشرة، تبقى الأدوية في هيكل الثلج المجمد، مما يشكل هيكلًا مساميًا يشبه الإسفنج، وبالتالي فإن حجمها بعد التجفيف بالتجميد لا يتغير تقريبًا. قبل الاستخدام مرة أخرى، يكفي إضافة ماء للحقن، وستذوب على الفور.
توجد طرق متعددة لتجفيف آلة التجفيف بالتجميد، مثل التجفيف بالشمس، التجفيف بالغلي، التجفيف بالهواء الساخن، التجفيف بالرش والتجفيف بالفراغ، لكن طرق التجفيف العادية عادة ما تتم عند درجات حرارة أعلى من 0 درجة مئوية. عادةً ما تعاني المنتجات الناتجة عن التجفيف من مشاكل مثل انكماش الحجم وزيادة الصلابة، حيث يتم فقدان معظم المكونات المتطايرة، وبعض المواد الحساسة للحرارة تتغير وتفقد نشاطها، وبعض المواد تتأكسد. لذلك، فإن المنتجات المجففة تختلف بشكل كبير في الخصائص مقارنةً بالمنتجات قبل التجفيف. تتم عملية التجفيف بالتجميد بشكل أساسي تحت 0 درجة مئوية، أي في حالة تجميد المنتج، فقط في المرحلة اللاحقة عندما يتم تقليل محتوى الرطوبة المتبقية في المنتج، يتم رفع درجة حرارة المنتج فوق 0 درجة مئوية، ولكن عادة لا تتجاوز 40 درجة مئوية. في ظل ظروف الفراغ، عندما يتبخر بخار الماء مباشرة، تبقى الأدوية في هيكل الثلج المجمد، مما يشكل هيكلًا مساميًا يشبه الإسفنج، وبالتالي فإن حجمها بعد التجفيف لا يتغير تقريبًا. قبل الاستخدام مرة أخرى، يكفي إضافة ماء للحقن، وستذوب على الفور. تتمتع آلة التجفيف بالتجميد بمزايا مقارنة بالطرق التقليدية، وهي:
1. العديد من المواد الحساسة للحرارة لن تتغير أو تفقد نشاطها.
2. عند التجفيف في درجات حرارة منخفضة، فإن فقدان بعض المكونات المتطايرة في المواد يكون ضئيلًا.
3. خلال عملية التجفيف بالتجميد، لا يمكن أن تنمو الميكروبات أو تعمل الإنزيمات، مما يحافظ على الخصائص الأصلية.
4. نظرًا لأن التجفيف يتم في حالة التجميد، فإن الحجم لا يتغير تقريبًا، مما يحافظ على الهيكل الأصلي، ولا يحدث تركيز.
5. نظرًا لأن الرطوبة في المواد توجد في شكل بلورات ثلجية بعد التجميد، فإن المواد الذائبة غير العضوية التي كانت مذابة في الماء تتوزع بشكل متساوٍ في المواد.
