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冷凍干燥的基本原理是基于水的三態變化。水有固態、液態和氣態，三種狀態既可以相互轉換又可以共存。 當水在三相點（溫度為0.01℃，水蒸氣壓為610.5Pa）時，水、冰、水蒸氣三者可共存且相互平衡。在高真空狀態下，利用升華原理，使預先凍結的物料中的水分，不經過冰的融化，直接以冰態升華為水蒸氣被除去，從而達到冷凍干燥的目的。凍干制品呈海綿狀、無干縮、復水性*、含水分極少，相應包裝后可在常溫下長時間保存和運輸。
冷凍干燥是利用升華的原理進行干燥的一種技術，是將被干燥的物質在低溫下快速凍結，然后在適當的真空環境，使凍結的水分子直接升華成為水蒸氣逸出的過程。 物質在干燥前始終處于低溫（凍結狀態），同時冰晶均勻分布于物質中，升華過程不會因脫水而發生濃縮現象，避免了由水蒸氣產生泡沫、氧化等副作用。干燥物質呈干海綿多孔狀，體積基本不變，極易溶于水而恢復原狀。在大程度上防止干燥物質的理化和生物學方面的變性。
凍干法優點：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，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，干燥后的物質疏松多孔，呈海綿狀，加水后溶解迅速而*，幾乎立即恢復原來的性狀，干燥能排除95%～99%以上的水分，使干燥后產品能保存而不致變質。
缺點：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。