數(shù)顯冷凍干燥機(jī)由制冷系統(tǒng)、真空系統(tǒng)、加熱系統(tǒng)、電器儀表控制系統(tǒng)所組成。與傳統(tǒng)干燥方式不同，數(shù)顯冷凍干燥機(jī)的過(guò)程可以分為四個(gè)階段：預(yù)處理~冷凍階段~初級(jí)干燥~二次干燥。

 

　　1.預(yù)處理：包括在冷凍之前處理產(chǎn)品的任何方法，例如濃縮產(chǎn)品，配方修訂，降低高蒸氣壓溶劑或增加表面積。食品塊通常經(jīng)過(guò)IQF處理，使其在數(shù)顯冷凍干燥機(jī)前自由流動(dòng)。在許多情況下，預(yù)處理產(chǎn)品的方法是基于數(shù)顯冷凍干燥機(jī)的理論知識(shí)及其要求而定，目的是減少干燥時(shí)間或提升產(chǎn)品質(zhì)量。

 

　　2.冷凍階段：材料被冷卻到其三相點(diǎn)以下，這確保了在以下步驟中將發(fā)生升華而不是熔化。大冰晶在產(chǎn)品內(nèi)形成網(wǎng)絡(luò)，促進(jìn)升華過(guò)程中水蒸氣的快速去除，形成大冰晶有利于更快、更有效的數(shù)顯冷凍干燥機(jī)，為了形成更大的冰晶，產(chǎn)品應(yīng)該緩慢冷凍。冷凍階段在整個(gè)數(shù)顯冷凍干燥機(jī)過(guò)程中是關(guān)鍵的，因?yàn)槔鋬龇椒梢杂绊憯?shù)顯冷凍干燥機(jī)循環(huán)的持續(xù)時(shí)間和產(chǎn)品穩(wěn)定性。

 

　　結(jié)構(gòu)敏感貨物在需要保存結(jié)構(gòu)的情況下，如食物或具有以前活細(xì)胞的物體，大的冰晶將破壞細(xì)胞壁，這可能導(dǎo)致越來(lái)越差的質(zhì)地和營(yíng)養(yǎng)成分的損失。在這種情況下，快速完成冷凍，以便將材料快速降低到其共晶點(diǎn)以下，從而避免形成大的冰晶。通常，冷凍溫度在-50°C至-80°C之間。

 

　　3.初級(jí)干燥：本階段期間壓力降低，并且向材料供應(yīng)足夠的熱量以使冰升華，可以使用升華分子的升華潛熱來(lái)計(jì)算所需的熱量。在該初始干燥階段，材料中約95%的水升華。這個(gè)階段可能很慢，因?yàn)槿绻尤胩嗟臒崃?，材料的結(jié)構(gòu)可能會(huì)改變。在該階段，通過(guò)施加部分真空來(lái)控制壓力，真空加速了升華，使其成為一種有意識(shí)的干燥過(guò)程。

 

　　需要注意的是，在這個(gè)壓力范圍內(nèi)，熱量主要來(lái)自傳導(dǎo)或輻射，由于空氣密度低，對(duì)流效應(yīng)可以忽略不計(jì)。

 

　　4.二次干燥：初級(jí)干燥階段除去了冰，而本階段旨在去除未凍結(jié)的水分子，這一階段干燥時(shí)間取決于材料的吸附等溫線(xiàn)。在該階段，溫度升高至高于初級(jí)干燥階段，甚至可以高于0℃，以破壞水分子與冷凍材料之間形成的任何物理-化學(xué)相互作用。通常在該階段降低壓力以促進(jìn)解吸，然而有些產(chǎn)品也受益于增加的壓力。

 

　　在數(shù)顯冷凍干燥機(jī)過(guò)程完成后，在密封材料之前，通常用惰性氣體如氮?dú)馄茐恼婵?。在操作結(jié)束時(shí)，產(chǎn)品中的終殘留水含量極低，約為1%~4%。