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冷凍干燥（以下簡稱凍干）就是將含水物質，先凍結成固態，而后使其中的水分從固態升華成氣態，以除去水分而保存物質的方法。在壓縮空氣干燥過程中，其冷凍干燥是通過降低壓縮空氣溫度，使壓縮空氣中的水份析出。冷凍干燥機（冷干機）的工作原理與電冰箱一樣，壓縮空氣經過冷凍的壓縮空氣管道后，壓縮空氣溫度下降至要求的溫度，達到干燥的要求。
凍干法具有如下優點：
* 許多熱敏性的物質不會發生變性或失活。
* 在低溫下干燥時，物質中的一些揮發性成分損失很小。
* 在凍干過程中，微生物的生長和酶的作用無法進行，因此能保持原來的性狀。
* 由于在凍結的狀態下進行干燥，因此體積幾乎不變，保持了原來的結構，不會發生濃縮現象。
* 由于物料中水分在預凍以后以冰晶的形態存在，原來溶于水中的無機鹽類溶解物質被均勻地分配在物料之中。升華時，溶于水中的溶解物質就析出，避免了一般干燥方法中因物料內部水分向表面遷移所攜帶的無機鹽在表面析出而造成表面硬化的現象。
* 干燥后的物質疏松多孔，呈海綿狀，加水后溶解迅速而完全，幾乎立即恢復原來的性狀。
* 由于干燥在真空下進行，氧氣極少，因此一些易氧化的物質得到了保護。
* 干燥能排除95%～99%以上的水分，使干燥后產品能長期保存而不致變質。
* 因物料處于凍結狀態，溫度很低，所以供熱的熱源溫度要求不高，采用常溫或溫度不高的加熱器即可滿足要求。如果冷凍室和干燥室分開時，干燥室不需絕熱，不會有很多的熱損失，故熱能的利用很經濟。
正所謂沒有完美的技術，真空冷凍干燥技術的主要缺點是成本高。由于它需要真空和低溫條件，所以真空冷凍干燥機要配置一套真空系統和低溫系統，因而投資費用和運轉費用都比較高。