凍干技術（真空冷凍干燥技術）的實現主要通過以下關鍵步驟和設備協同工作來完成：

1. 預凍結階段

目的：將物料中的自由水固化成冰晶，為后續升華干燥做準備。

實現方式：

• 冷凍設備：使用速凍庫、低溫冰箱或凍干機自帶的冷凍系統，將物料溫度快速降至共晶點以下（通常為-20℃至-40℃）。
• 共晶點控制：通過預試驗確定物料的共晶點（如食品、藥品的共晶點不同），確保冰晶均勻形成。例如：
  -水果（如草莓）的共晶點約為-25℃~-30℃；
  -肉類的共晶點可能低至-35℃以下。
• 裝盤要求：物料需平鋪在托盤或架子上，厚度均勻（一般不超過1~2cm），避免堆疊過密，以保證冷凍均勻。

2. 初級干燥（升華干燥）階段

目的：在真空環境下，使冰直接升華成水蒸氣，去除大部分水分。

實現方式：

• 真空系統：通過真空泵（如旋片泵、羅茨泵）將干燥室壓力降至10~30Pa，降低冰的升華溫度。
• 加熱系統：
  • 傳導加熱：通過加熱板或輻射加熱器對物料間接加熱，溫度控制在共熔點以下10~20℃（如水果常設為25~30℃）。
  • 微波或射頻加熱（可選）：直接作用于物料內部，加速冰的升華。
• 升華過程：
  • 冰在真空和低溫下直接變為水蒸氣，通過真空泵抽出。
  • 持續監控物料溫度和真空度，確保冰的升華而非融化。

3. 解析干燥（解吸干燥）階段

目的：去除物料中剩余的結合水（約5%以下），進一步降低含水量。

實現方式：

• 溫度提升：逐步升高加熱溫度（比初級干燥高5~10℃），破壞物料與水的物理/化學結合力。
• 真空維持：保持低真空度（10~50Pa），抽出解析出的水蒸氣。
• 終點判斷：
  • 通過物料重量變化（脫水率達95%以上）、溫度穩定或經驗判斷（如食品酥脆）確定干燥完成。

4. 后處理與包裝

目的：防止干燥后的物料吸潮或氧化，延長保質期。

實現方式：

• 分級與整理：剔除碎屑、不合格品，篩選出完整物料。
• 包裝：
  • 真空包裝：抽除空氣，防止水分和氧氣進入。
  • 充氮包裝：注入氮氣，隔絕氧氣，適用于易氧化的物料（如油脂類食品）。
  • 材料選擇：使用高阻隔性包裝材料（如鋁箔復合袋、PET/鋁箔/PE復合膜）。

關鍵設備與工藝參數

技術難點與解決方案

1. 冰晶損傷物料結構：
   • 控制預凍速率（緩慢冷凍可形成更大冰晶，但可能破壞細胞結構；速凍形成小冰晶，更適合大多數食品）。
2. 熱量不均勻導致干燥不一致：
   • 采用微波或射頻加熱，或優化加熱板接觸面積。
3. 長時間干燥導致能耗高：
   • 通過分段控溫、真空度調節或增加物料表面積（如切分、攤薄）提高效率。

應用場景示例

• 食品：凍干水果（莓類、芒果）、速食湯料、咖啡粉、肉類（如凍干牛肉干）。
• 藥品：疫苗、***、生物制劑（需低溫保護劑如甘露醇）。
• 中藥材：人參、靈芝等（保留活性成分，避免高溫破壞）。

通過上述步驟和設備配合，凍干技術能在低溫、真空條件下高效去除水分，保留物料的營養、色澤和形態，實現長期保存和便捷復水。