數(shù)顯冷凍干燥機由制冷系統(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)顯冷凍干燥機的過程可以分為四個階段：預(yù)處理~冷凍階段~初級干燥~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IQF處理，使其在數(shù)顯冷凍干燥機前自由流動。在許多情況下，預(yù)處理產(chǎn)品的方法是基于數(shù)顯冷凍干燥機的理論知識及其要求而定，目的是減少干燥時間或提升產(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)，促進升華過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，為了形成更大的冰晶，產(chǎn)品應(yīng)該緩慢冷凍。冷凍階段在整個數(shù)顯冷凍干燥機過程中是關(guān)鍵的，因為冷凍方法可以影響數(shù)顯冷凍干燥機循環(huán)的持續(xù)時間和產(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胞的物體，大的冰晶將破壞細胞壁，這可能導(dǎo)致越來越差的質(zhì)地和營養(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計算所需的熱量。在該初始干燥階段，材料中約95%的水升華。這個階段可能很慢，因為如果加入太多的熱量，材料的結(jié)構(gòu)可能會改變。在該階段，通過施加部分真空來控制壓力，真空加速了升華，使其成為一種有意識的干燥過程。

 

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

 

　　4.二次干燥：初級干燥階段除去了冰，而本階段旨在去除未凍結(jié)的水分子，這一階段干燥時間取決于材料的吸附等溫線。在該階段，溫度升高至高于初級干燥階段，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)顯冷凍干燥機過程完成后，在密封材料之前，通常用惰性氣體如氮氣破壞真空。在操作結(jié)束時，產(chǎn)品中的終殘留水含量極低，約為1%~4%。