冷凍干燥機是一種利用升華原理對含水物質進行干燥的冷干設備。其工作原理是將含水物質先凍結成固態，然后在真空環境下使固態水分直接升華成氣態，從而去除水分并保存物質。冷凍干燥機廣泛應用于食品、醫藥、生物技術和化工等多個領域，因其能夠大限度地保持物料的營養成分、生物活性和原始形態而備受青睞。
一、基本原理
冷凍干燥的基本原理基于水的三態變化。在三相點(溫度為0.01℃，水蒸氣壓為610.5Pa)時，水、冰、水蒸氣三者可以共存且相互平衡。在高真空狀態下，利用升華原理，使預先凍結的物料中的水分不經過冰的融化，直接以冰態升華為水蒸氣被除去，從而達到干燥的目的。
升華過程避免了液態水的出現，減少了物料因脫水而發生的濃縮現象，避免了由水蒸氣產生的泡沫、氧化等副作用。干燥后的物質呈干海綿多孔狀，體積基本不變，極易溶于水而恢復原狀。
二、組成
冷凍干燥機主要由制冷系統、真空系統、加熱系統和電器儀表控制系統組成。主要部件包括干燥箱、凝結器、冷凍機組、真空泵、加熱/冷卻裝置等。
制冷系統：通過制冷劑循環流動實現對物質的冷凍作用，將物質中的水分凍結成冰。
真空系統：通過減壓作用將物料表面的冰在低溫下直接升華成水蒸氣，并維持干燥倉內的低氣壓條件。
加熱系統：向物料提供升華所需的熱量，加速水分升華的過程。
電器儀表控制系統：對真空度、溫度、時間等參數進行監控和調節，確保干燥過程能夠穩定進行。
三、工作流程
1.預凍階段：將待干燥的物質置于低溫環境中，使其中的水分快速凍結成固態。預凍過程中，應控制降溫速度，避免形成過大的冰晶，以提高凍干效率。
2.升華階段：在真空系統的作用下，降低干燥倉內的壓力，使冰晶在低溫下直接升華成水蒸氣。同時，加熱系統向物料提供升華所需的熱量，以維持升華過程的持續進行。升華過程中，水蒸氣通過冷凝器凝結為液態水，從而實現干燥。
3.再凍干階段：在升華階段結束后，部分物料可能仍含有少量水分。此時需要進一步降低溫度和提高真空度，進行再凍干處理，以確保物料達到所需的干燥程度。
四、優點
1.保留營養成分和生物活性：由于干燥過程在低溫下進行，避免了高溫對物質的破壞，因此能夠最大限度地保留物料中的營養成分和生物活性。
2.延長保質期：干燥后的物質水分含量極低，不易滋生微生物，從而延長了保質期。
3.保持物料形態：干燥后的物質呈干海綿多孔狀，體積和形態基本保持不變，易于長期保存和運輸。
五、應用領域
1.食品加工業
冷凍干燥技術在食品加工業中得到了廣泛應用。通過冷凍干燥處理，可以保留食品中原有的營養成分和口感，并大大延長其保質期。例如，咖啡、茶葉、水果、蔬菜和肉類等食品都可以通過冷凍干燥技術制作成易于儲存和運輸的凍干食品。這些食品不僅保留了原有的風味和口感，還具有復水性好、便于攜帶等優點。
2.醫藥工業
在醫藥工業中，冷凍干燥機被用于制備各種生物制品和藥物制劑。通過冷凍干燥處理，可以將藥物制劑干燥成粉末或塊狀形式，便于儲存和使用。此外，冷凍干燥還可以提高藥物的穩定性和生物利用度，從而延長藥物的保質期和療效。在生物制品領域，如蛋白質、酶、疫苗等的保存和運輸中，冷凍干燥技術也發揮著重要作用。
3.生物技術
在生物技術領域，冷凍干燥技術被用于保存各種生物制品，如細胞、酶和抗體等。這些生物制品在保存過程中需要保持其活性和結構不受破壞。冷凍干燥技術可以在不破壞生物制品的活性和結構的情況下，將其長期保存。這對于生物技術的研究和應用具有重要意義。
4.化工工業
在化工工業中，冷凍干燥機被用于制備各種固體化學藥品和高純度氣體等。通過冷凍干燥處理，可以去除物料中的水分和雜質，提高產品的純度和質量。此外，冷凍干燥技術還可以用于催化劑和吸附劑等物料的干燥處理，以提高其性能和使用效果。
