简单介绍下冻干机的工作原理

 

一、核心步骤：冻结、升华、解析

 

物料冻结阶段首先将待干燥物料放入冻干机的物料舱，通过制冷系统将物料温度降至共晶点以下（通常为-40℃至-60℃），使物料中的自由水和结合水完全冻结成固态冰。这一步的关键是确保物料完全冻结，避免后续升华过程中出现局部融化，导致物料形态塌陷或成分破坏。对于生物制品、食品等热敏性物料，快速冻结可形成细小的冰晶，减少对物料细胞结构的损伤。

 

升华干燥阶段物料冻结完成后，启动真空系统，将物料舱内的压力降至水的三相点压力以下（约610Pa）。在低温、低压环境下，物料中的固态冰无需经过液态水阶段，直接升华为气态水蒸气。这些水蒸气会被真空系统抽出，或被冷凝器（捕水器）捕获并重新冻结成冰晶，从而实现物料中水分的初步去除，此阶段可去除物料中约90%以上的水分。

 

解析干燥阶段升华干燥完成后，物料中仍残留少量与物料分子紧密结合的结合水。此时通过缓慢升高物料温度（通常不超过物料的耐受温度），保持真空环境，使结合水从物料中解析出来并被抽出。这一步可将物料的最终含水量降至1%-5%，确保物料的长期稳定性，同时避免因温度过高导致热敏性成分失活。

 

二、核心系统的协同作用

 

冻干机的工作依赖于四大核心系统的协同配合，确保干燥过程高效、稳定进行：

 

制冷系统：负责为物料冻结和冷凝器捕水提供冷量，通常采用压缩式制冷机组，可提供-40℃至-80℃的低温环境，是实现冻结和升华的基础。

 

真空系统：由真空泵（机械泵、罗茨泵等）组成，用于维持物料舱和冷凝器的高真空环境，降低水的饱和蒸气压，使固态冰能够顺利升华，同时抽出升华产生的水蒸气。

 

加热系统：在解析干燥阶段为物料提供热量，促进结合水的解析，通常采用电加热、导热油加热等方式，加热温度可精准控制，避免物料过热。

 

控制系统：通过PLC或触摸屏实现对温度、压力、时间等参数的精准控制和实时监测，确保整个干燥过程按照预设程序自动运行，保证干燥效果的一致性和稳定性。

 

三、技术特点与优势

 

冻干技术的独特原理使其具备其他干燥方式的优势：

 

低温干燥：全程在低温环境下进行，可最大限度保留物料中的热敏性成分（如蛋白质、酶、维生素等），适用于生物制品、医药、食品等领域。

 

保留形态：物料在冻结状态下干燥，细胞结构和整体形态不会被破坏，干燥后物料保持多孔疏松的结构，复水性好，加水后可快速恢复原有状态。

 

低温灭菌：真空和低温环境可抑制微生物的生长繁殖，一定程度上实现物料的灭菌，延长产品保质期。

 

减少氧化：真空环境隔绝了空气，减少了物料中成分的氧化变质，有效保护物料的色泽、风味和营养成分。

 

冻干机广泛应用于生物医药（如疫苗、抗体、益生菌冻干）、食品加工（如冻干水果、冻干蔬菜、冻干速食）、保健品、新材料等领域，是实现热敏性物料高品质干燥的核心设备。