冷冻干燥机是一种利用升华原理对含水物质进行干燥的冷干设备。其工作原理是将含水物质先冻结成固态，然后在真空环境下使固态水分直接升华成气态，从而去除水分并保存物质。冷冻干燥机广泛应用于食品、医药、生物技术和化工等多个领域，因其能够大限度地保持物料的营养成分、生物活性和原始形态而备受青睐。
一、基本原理
冷冻干燥的基本原理基于水的三态变化。在三相点(温度为0.01℃，水蒸气压为610.5Pa)时，水、冰、水蒸气三者可以共存且相互平衡。在高真空状态下，利用升华原理，使预先冻结的物料中的水分不经过冰的融化，直接以冰态升华为水蒸气被除去，从而达到干燥的目的。
升华过程避免了液态水的出现，减少了物料因脱水而发生的浓缩现象，避免了由水蒸气产生的泡沫、氧化等副作用。干燥后的物质呈干海绵多孔状，体积基本不变，极易溶于水而恢复原状。
二、组成
冷冻干燥机主要由制冷系统、真空系统、加热系统和电器仪表控制系统组成。主要部件包括干燥箱、凝结器、冷冻机组、真空泵、加热/冷却装置等。
制冷系统：通过制冷剂循环流动实现对物质的冷冻作用，将物质中的水分冻结成冰。
真空系统：通过减压作用将物料表面的冰在低温下直接升华成水蒸气，并维持干燥仓内的低气压条件。
加热系统：向物料提供升华所需的热量，加速水分升华的过程。
电器仪表控制系统：对真空度、温度、时间等参数进行监控和调节，确保干燥过程能够稳定进行。
三、工作流程
1.预冻阶段：将待干燥的物质置于低温环境中，使其中的水分快速冻结成固态。预冻过程中，应控制降温速度，避免形成过大的冰晶，以提高冻干效率。
2.升华阶段：在真空系统的作用下，降低干燥仓内的压力，使冰晶在低温下直接升华成水蒸气。同时，加热系统向物料提供升华所需的热量，以维持升华过程的持续进行。升华过程中，水蒸气通过冷凝器凝结为液态水，从而实现干燥。
3.再冻干阶段：在升华阶段结束后，部分物料可能仍含有少量水分。此时需要进一步降低温度和提高真空度，进行再冻干处理，以确保物料达到所需的干燥程度。
四、优点
1.保留营养成分和生物活性：由于干燥过程在低温下进行，避免了高温对物质的破坏，因此能够最大限度地保留物料中的营养成分和生物活性。
2.延长保质期：干燥后的物质水分含量极低，不易滋生微生物，从而延长了保质期。
3.保持物料形态：干燥后的物质呈干海绵多孔状，体积和形态基本保持不变，易于长期保存和运输。
五、应用领域
1.食品加工业
冷冻干燥技术在食品加工业中得到了广泛应用。通过冷冻干燥处理，可以保留食品中原有的营养成分和口感，并大大延长其保质期。例如，咖啡、茶叶、水果、蔬菜和肉类等食品都可以通过冷冻干燥技术制作成易于储存和运输的冻干食品。这些食品不仅保留了原有的风味和口感，还具有复水性好、便于携带等优点。
2.医药工业
在医药工业中，冷冻干燥机被用于制备各种生物制品和药物制剂。通过冷冻干燥处理，可以将药物制剂干燥成粉末或块状形式，便于储存和使用。此外，冷冻干燥还可以提高药物的稳定性和生物利用度，从而延长药物的保质期和疗效。在生物制品领域，如蛋白质、酶、疫苗等的保存和运输中，冷冻干燥技术也发挥着重要作用。
3.生物技术
在生物技术领域，冷冻干燥技术被用于保存各种生物制品，如细胞、酶和抗体等。这些生物制品在保存过程中需要保持其活性和结构不受破坏。冷冻干燥技术可以在不破坏生物制品的活性和结构的情况下，将其长期保存。这对于生物技术的研究和应用具有重要意义。
4.化工工业
在化工工业中，冷冻干燥机被用于制备各种固体化学药品和高纯度气体等。通过冷冻干燥处理，可以去除物料中的水分和杂质，提高产品的纯度和质量。此外，冷冻干燥技术还可以用于催化剂和吸附剂等物料的干燥处理，以提高其性能和使用效果。
