خشک کردن انجمادی (لیوفیلیزاسیون) از چندین دهه گذشته تا کنون برای افزایش زمان ماندگاری مواد غذایی و ترکیبات بیولوژیکی مورد استفاده بوده است. اما فرآیند خشک کردن در دستگاه‌های خشک کن انجمادی متداول که اصطلاحا خشک کن انجمادی سینی دار (Tray-type) نامیده می‌شوند بسیار کند بوده و مستلزم صرف زمان و انرژی بسیار زیادی است. فرآیند جدیدی تحت عنوان خشک کردن انجمادی فعال (Active Freeze Drying) این نوید را می‌دهد که مرتفع کننده معایب و چالش‌های موجود باشد.
تاریخچه خشک کردن انجمادی به دوره اینکا (Inca) بر می‌گردد که برای نگهداری سیب زمینی و دیگر سبزیجات، آنها را در معرض هوای بسیار سرد قرار می‌دادند تا آب موجود منجمد شود و سپس مواد غذایی را در هوای بسیار خشک کوهستان قرار می‌دادند تا یخ تبخیر شود. در دهه‌ی ۱۹۳۰ خشک کردن انجمادی به صورت صنعتی به عنوان راهی برای حفظ قهوه مازاد در کشورهایی مانند برزیل توسعه یافت. برندهای تجاری معروف قهوه مانند Nescafé در همین دوره شکل گرفتند. در خلال جنگ جهانی دوم از خشک کن انجمادی برای افزایش زمان ماندگاری برخی از داروهای پزشکی مانند پنی‌سیلین و پلاسمای خون استفاده شد. در دهه‌های بعدی استفاده از خشک کن‌های انجمادی به نقطه‌ای گسترش یافت که امروزه این فناوری برای تولید حدود 400 نوع مواد غذایی مختلف و بسیاری از داروها مورد استفاده قرار می‌گیرد.
از دهه‌ی ۱۹۳۰ تا کنون استفاده از خشک کن انجمادی تنها مبتنی بر استفاده از خشک کن‌های انجمادی سینی دار بوده است. در این نوع خشک کن‌ها، ماده‌ای که قرار است خشک شود بر روی سینی‌هایی گذاشته شده و سینی‌ها بر روی قفسه‌هایی که مجهز به سیستم‌های گرمایش و سرمایش هستند قرار می‌گیرند. به عبارتی سینی‌ها بر روی قفسه‌هایی در داخل محفظه‌ای متصل به پمپ خلا چیده می‌شوند. در ابتدا با کاهش دمای قفسه‌ها، مواد در فشار اتمسفری منجمد می‌شوند. سپس فشار داخل محفظه خشک کن تا حدود ۱ الی ۰/۰۱ میلی بار کاهش داده می‌شود. اعمال حرارتی ملایم به قفسه‌ها در این مرحله باعث می‌شود یخ تشکیل شده در مواد به طور مستقیم تبخیر شود (فرآیند تصعید). خلأ ایجاد شده باعث می‌شود تصعید در دمای ۲۰- درجه سانتیگراد و یا کمتر رخ دهد.
با وجود عملکرد موفقیت آمیز در طول چندین دهه، این نوع خشک کن‌های انجمادی با معایب قابل توجهی مواجه هستند. اولا در خشک کن‌های سینی دار بارگیری و تخلیه بسیار مشکل است، مخصوصا واحدهای بزرگ که معمولا چند صد سینی را شامل می‌شوند. ثانیا ماده‌ی خشک شده که از خشک کن برداشته می‌شود اغلب نیاز به خردایش دارد تا به فرم گرانوله درآید. ثالثا تشکیل یک لایه خشک شده بر روی سطح سینی حرکت بخار را محدود کرده و فرآیند خشک شدن و تصعید را بسیار کند می‌کند.
شماتیک فرآیند خشک کن سرمایشی فعال
شرکت Hosokawa Micron یک فرآیند خشک کردن انجمادی سریعتر و با کارآیی بیشتر توسعه داده که امکان تولید پودرهای آگلومره نشده را طی یک فرآیند یک مرحله‌ای امکانپذیر می‌کند. این فناوری جدید که تحت عنوان خشک کردن سرمایشی فعال شناخته می‌شود از همزدن پیوسته مواد داخل محفظه خشک کن برای بهبود انتقال جرم استفاده کرده و در نتیجه باعث کاهش زمان فرآیند می‌شود. ضمن اینکه دیگر نیازی به بارگذاری و تخلیه مواد از سینی‌ها نبوده و بعد از خشک کردن نیاز به تجهیزات جانبی برای دی‌آگلومره کردن و کاهش سایز نیز وجود ندارد.
در خشک کردن سرمایشی فعال، ماده ابتدا در یک محفظه که به صورت خاصی طراحی شده و مجهز به یک همزن است منجمد می‌شود. صرف نظر از اینکه ماده‌ی ورودی به خشک کن به شکل خمیری، مایع و یا گرانوله جامد باشد، حرکت اجباری در داخل محفظه باعث خواهد شد ماده ورودی در قالب گرانوله منجمد شود. شکل و اندازه گرانوله‌ها با تغییر هندسه محفظه خشک کن و سرعت همزدن قابل کنترل خواهد بود. هنگامی که ماده به طور کامل منجمد شد، خلأ اعمال شده و تصعید شروع می‌شود. به دلیل حرکت همزن داخل محفظه خشک کن، حرارت اعمال شده به طور مؤثر در سراسر محصول توزیع می‌شود. با تصعید شدن یخ، گرانوله‌های درشت ابتدایی منقبض شده و به کلوخه‌های سست متشکل از ذرات خشک تبدیل می‌شوند. با تبخیر آب/ حلال دمای ماده شروع به افزایش نموده و در نهایت به دمای محفظه خواهد رسید که در واقع بیانگر خاتمه فرآیند خشک کردن است.
کاربرد اصلی خشک کن انجمادی فعال در صنایع داروسازی برای تولید ترکیبات دارویی از قبیل آنتی‌بیوتیک‌ها، پروتئینها، هورمون‌ها، ویروس‌ها، واکسن‌ها، باکتری‌ها، مخمرها، سرم خون، لیپوزوم‌ها و ... است. خشک کن انجمادی فعال در تولید کلیه این مواد روشی کارآمد خواهد بود زیرا ضمن حفظ ساختار مواد، به دمای پایینی نیاز دارد و ماده نهایی نیز به راحتی قابل استفاده است. حوزه مواد و به ویژه نانومواد یکی دیگر از بازارهایی است که این نوع خشک کن می‌تواند رشد سریع و قابل توجهی داشته باشد و بازار بزرگی را می‌توان برای آن متصور بود. خشک کردن انجمادی پویای نانومواد تولید شده به واسطه فرآیندهای مرطوب، باعث خواهد شد ذرات معلق در حین انجماد و خشک شدن به صورت مجزا از هم باقی بمانند.
محفظه خشک کن انجمادی فعال می‌تواند در محدوده چند لیتر برای کاربرد آزمایشگاهی و تولید در مقیاس کم تا چند صد لیتر برای کاربرد در مقیاس‌های بسیار زیاد طراحی شود. طی دو سال گذشته شرکت Hosokawa Micron آزمایشات زیادی را برای مشتریان به منظور کاربرد این نوع خشک کن در حوزه‌های مختلف انجام داده است. ترکیبات دارویی متداول، نانومواد، باکتری‌ها، مواد غذایی پیچیده و ... بخشی از موادی هستند که مورد بررسی قرار گرفته‌اند. در آینده این احتمال وجود دارد که این فرآیند به صورت پیوسته انجام شود تا امکان رسیدن به ظرفیت‌های تولید بسیار بالا وجود داشته باشد.
