前言：目前随着冻干食品，冻干药品，以及冻干化妆品的广泛应用，冻干这个专业需要的人才较以往有了更大的需求，后续作者将持续发布相关内容，为各位读者学习冻干略尽绵薄之力。

1.冷冻干燥定义

冷冻干燥就是将物料（溶液，混悬液，食品）冷冻到低于冰点的温度（通常为-30℃--50℃），使其中的水分凝结成冰，然后在适当的真空度下对其进行升温（通常将温度控制在-20℃--35℃），物料中的冰直接从升华为水蒸气，而水蒸气再被冷阱捕捉，其通常维持在-70--℃，从而使物料中的水分得以去除，最终的含水量在1%-3%左右，从而更好地保存物料。

冷冻干燥的目的就是通过一个过程抽去物质中的水分，有人要问了，通过烘干，晒干等方式也能去除水分，为什么还要这么费劲的在真空下低温去除呢？因为通过这种方式能最大程度的保存物料的状态/质量。

以常见的冻干蛋白质药物（维布妥昔单抗）为例，因为其本身为蛋白质，如果采用烘干方式，高温下蛋白质会变性，变性后药物的活性就会丧失，也就谈不上药物的长期保存和药效了。而当冻干运用于食品中时，因为整个过程在低温中进行，食品中的风味物质能够最大程度地保留，同时因为冻干完成的食品含水量低，一些氧化和腐败反应没有条件发生，从而实现食品的长期保存。

2.水的相图

冻干以水为溶剂，水有固液气三种状态，其所处的状态与温度和压力有关。水的相图如下图所示：

该图横坐标为温度，纵坐标为压力（对数形式），从图中可以看出，冷冻干燥过程中的冷冻过程就是在压力不变的情况下，将温度降低，降低至-30℃--50℃使水结成冰。水完全冻结后，真空泵抽真空，将压力降低至10Pa-30Pa，同时将温度提高至-20℃--35℃，冰直接升华成气态的水蒸气，而气态的水蒸气遇到温度很低的冷阱（维持在-70--℃）后，发生凝华，由气态直接变成固态的冰。整个冻干过程就是在循环这个过程，从而将物料中的水去除，留下干物质。

3.冻干的能量来源与去向

整个冻干过程需要大量的电能，电能主要用来维持冷阱的低温，真空泵的真空度，以及冰的升华。冻干是一个将冰升华的过程，虽然整个过程在低温中进行，但仍需要很大的热量才能将冰变成水气，这是因为升华热的存在，升华热是物质升华时所吸收的热量，也等于单位质量的同种物质在相同条件下的熔解热与汽化热之和。简单而言，升华10g的冰，在不考虑能量传递过程中的耗损下，其需要的热量和把冰加热成水，再将水煮沸需要的热量相同，并没有因为是升华可以少用热量。冰升华热=.6焦耳/克=.19卡路里/克。

冰升华需要的热量从环境和自身而来，如果环境不能提供这个能量，就从自己本身来获得这个能量，其自身温度会降低，即在某种程度上，升华过程中物料所放置的隔板是在加热这个物料，虽然隔板本身温度很低。

总的来看，冻干最大的缺点就是设备的投资的运转费用高，冻干过程时间长，一个典型的冻干周期在24h-72h左右，但由于冻干后的产品能长期保存，能最大程度的保持物料的风味和质量，因此在食品药品化妆品等高附加值领域发挥用途。

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