材料凍干機(也稱冷凍干燥機或 lyophilizer)是一種利用冷凍干燥技術(Freeze-Drying 或 Lyophilization)來去除物料中水分的設備。這項技術廣泛應用于生物制藥、食品、科研、化工等領域，以保存對熱敏感的物質。
 

　　一、材料凍干機的原理
 

　　凍干機的工作原理基于水的三相平衡圖，核心是讓物料中的水分不經過液態，直接從固態(冰)升華為氣態(水蒸氣)。這個過程稱為“升華”。整個過程主要分為三個階段：
 

　　1.預凍 (Freezing)：
 

　　目的：將物料中的自由水凍結成冰晶。
 

　　關鍵：預凍溫度必須低于物料的共晶點(所有成分凝固的溫度)。冷卻速率會影響冰晶的大小，進而影響后續干燥速度和物料結構(如多孔性)。
 

　　2.一次干燥 (Primary Drying / Sublimation Drying)：
 

　　目的：在真空環境下，通過提供少量熱量(升華潛熱)，使凍結的冰直接升華為水蒸氣并被移除。
 

　　過程：將預凍好的物料放入凍干倉(干燥室)，并抽至高真空狀態(通常在 10-30 Pa 范圍內)。通過擱板(shelf)對物料進行溫和加熱，提供升華所需的熱量。
 

　　冰升華產生的水蒸氣在真空作用下，流向并被冷凝器(Condenser，通常溫度在 -40°C 到 -80°C 甚至更低)捕獲，重新凝結成冰霜。冷凝器是凍干機的核心部件之一，它充當了“水蒸氣陷阱”，確保水蒸氣不會進入真空泵。
 

　　3.二次干燥 (Secondary Drying / Desorption Drying)：
 

　　目的：去除物料中殘留的、以化學結合形式存在的“吸附水”或“結合水”。
 

　　過程：在一次干燥結束后，物料中大部分自由水已被去除，但仍有少量水分吸附在分子結構上。此時，可以適當提高擱板溫度(但仍需控制在物料的崩解溫度以下)，并維持真空，使這部分結合水通過解吸作用緩慢地釋放出來，再被冷凝器捕獲。
 

　　結果：產品的含水量可降至 1% 甚至 0.5% 以下。
 

　　二、材料凍干機的作用與優勢
 

　　凍干機的主要作用是在低溫下去除水分，從而實現物料的長期穩定保存和高品質復原。其核心優勢在于“低溫脫水”，避免了高溫對物料的破壞。
 

　　1.保持活性與結構：
 

　　生物活性：對于蛋白質、酶、疫苗、抗體、細胞、細菌、病毒等生物大分子和活體材料，高溫會使其變性失活。凍干在低溫下進行，能保留其生物活性和功能。
 

　　物理結構：升華過程在物料內部形成多孔、疏松的“海綿狀”結構。這使得凍干產品復水性好，加水后能迅速恢復原有的形態、顏色和風味(如凍干水果、凍干咖啡)。
 

　　2.延長保質期：
 

　　低含水量和真空密封包裝，降低了微生物生長和化學反應(如氧化、美拉德反應)，使產品在常溫下也能長期穩定保存(通常數年)，無需冷鏈運輸。
 

　　3.便于運輸與儲存：
 

　　去除水分后，產品重量和體積顯著減小(重量可減輕70%-90%)，大大降低了運輸和儲存成本。
 

　　4.保持原有品質：
 

　　食品領域：能較好地保留食品的色、香、味、營養成分和形態。
 

　　科研領域：用于制備需要長期保存的標準品、試劑、菌種等。