真空冷冻干燥（Vacuum Freeze Drying）简称冻干，是一种现代化的高新干燥技术，是真空技术、制冷技术和干燥技术的结合，又是一门跨越多个学科领域的交叉科学，涉及传热传质、流体力学、自动控制、食品营养、生物工程、材料学等专业知识。由于在低温及真空状态下完成对制品的脱水干燥，而成为医学生物制品中首选的干燥保存方法。该技术最早于1813 年由英国华莱斯顿（Wollaston）发明，1909 年沙克尔（Shackell）用真空升华干燥法对抗毒素、菌种、狂犬病毒及其他生物制品进行冻干保存，取得较好效果。该技术于1935 年引起各国学者的重视与研究，并首次在冻干过程中采用强制加热，加快了冻干过程。1940年，曾用于为军队保存青霉素及血浆。之后该技术应用于商业生产，如冻干菌种、培养基、荷尔蒙、维生素、人血浆及药品等，使真空冷冻干燥技术开始真正应用于医药生物工业中。50 年代后，各种形式的冷冻干燥设备相继出现，技术进一步得到提高。随着电子技术的不断发展，冻干设备的自动控制也日趋完善，以微机进行干燥过程的全自动控制替代了以往的继电器控制，并出现了可以进行多台设备、多种干燥工艺任选的群控控制方式。我国的冷冻干燥技术起步较晚，1951 年才在上海设计成功，但质量效果均不理想。
    在80 年代后随着市场需求才迅速发展起来，设备性能也逐渐的接近或赶上国际水平，其产品也由以前的医学生物制品广泛的应用到食品工业、材料工业、航空技术等方面。
    冷冻干燥是用来干燥热敏性物料和需要保持生物活性的物质的一种有效方法。此法是将被干燥的药液在低温下冷冻使其所含的水分结冰，然后放在真空环境下干燥，让水分由固态升华为气态并移走使物料得以干燥。该技术在最大程度上防止了干燥物质的理化和生物学方面的变性，对于生物组织和细胞体损伤较少，能减少活菌体及病毒的死亡。冻干使一些液体药物得到浓缩，颜色不变，而且很疏松，加水后能迅速溶解，稳定性好，受污染机会少，从而便于运输，而且延长保存期限，提高药物质量。例如，人血浆在液体状态时只能保存几个月，而冻干后，可保存5-10 年；麻疹弱毒活疫苗在液态的有效期为三个月，冻干后可延长一年。真空冷冻干燥的缺点是投资大，维护费用高，因而产品成本高。现在国内许多制药企业都是用冷冻干燥法加工药物，如各种抗菌素、疫苗、酶制剂、血浆等。
    1 冻干机的性能选择
    冻干设备必须符合《GMP》规范，一台较完善的冻干设备除了容纳最新的冻干技术外，其性能还必须具备安全性、可靠性、适用性和经济性四个方面的综合能力。
(1) 冻干机的容量、规格、，包括隔板面积、冷凝器的捕水量、隔板尺寸、隔板间距等，都应与生产量的大小相匹配。
(2) 隔板正反面都要相当平整，板温应均匀，板与板之间，板的每个点温差应控制在±1℃内，才能保证整批产品质量均一。
(3) 冷凝器的温度，应能在2-5h 内降至所需的温度，一般为45℃以下。
(4) 箱体的真空度，空箱测定，应在30min 内达到2.66pa。冻干箱体、板层和水汽凝结器、蒸汽冷凝管均属受内外压部件，它们在真空下的泄漏对药品可能造成污染。因此，冻干设备中内外压部件都必须进行严格的泄漏量测试。
(5) 箱体应采用优质不锈钢材质，设计合理，方便清洗，高度耐腐蚀。凡是直接和间接接触药品的冻干箱体、板层、软管、活塞杆和水汽凝结器、蒸汽冷凝管以及各类真空阀门、管道件等选用抗蚀性佳的进口低碳不锈钢材质SUS304（L）或SUS316（L）。为便于人工清洁和CIP 自动在线清洗冻干箱体、板层和水汽凝结器。这些部件内部构造尽可能简单，以最少的零件达到同样的功能。清洗水必须是温度50～65℃不得重复使用的超滤水。零件拆装容易维修方便。不允许有死角等不易清洁的结构。冻干箱体采用大园角结构。所有的焊接结构经氩弧焊焊后修磨成园弧角或45°角。板层联接软管为SUS304 不带网体整体螺旋管。箱内零件极少有不易清洁的螺纹结构，箱内管道和箱底设计成略有坡度。为了达到在高真空下最小的材质放气量和清洁时污垢易清除的目的，冻干箱体和板层等表面必须进行镜面抛光处理。
2 冻干机附属装置
(1) 液压压塞装置，用于冻干后在箱内整箱压塞，可减少生产环节及污染机会。板层能上下自由移动，有利于箱内清洗，容易接近箱内各个部位。
(2) 有限量泄漏装置，用于控制箱内的真空度，有控制的渗入氮气或清洁空气，它将有利于二次干燥阶段制品的升温，可缩短冻干周期2-3h。
(3) 控制系统，主要是控制隔板温度，可通过记录仪记录和保存产品温度、隔板温度、冷凝器温度、箱体真空度等。并设连锁报警，提高操作的可靠性，避免产品在操作或配套设施出错时蒙受损失。各企业应根据自己的需求选择进口冻干机或国产冻干机，并考虑价格、安装调试、维修保养、零配件供应等售后服务等问题。
3 真空冷冻干燥过程
武汉生物制品研究所研究和生产多种活菌活毒，从50 年代起，就采用冷冻干燥法生产保存牛痘苗、卡介苗、抗毒素、狂犬血清等产品，进入2000 年，大部分产品都已或即将采用冻干保存。冻干过程分为预冻、升华（第一阶段干燥）、解析干燥（第二阶段干燥）三个阶段，每一个阶段都有相应的要求，不同的物料其要求各不相同，制品的浓度、罐装厚度不一样，容器的形状、容量、口径及热传导不同，各阶段工艺设计及控制手段的差异直接关系冻干产品的质量。不同产品的冻干曲线各不相同。
（1）预冻阶段。预冻首先要把原料进行冻结，使物料温度迅速降低至其共晶点之下，共晶点就是其内部不同成分同时冻结的温度，为下阶段的升华做好准备。冻结温度的高低及冻结速度是控制目的，温度要达到物料的冻结点以下，不同的物料其冻结点各不相同。冻结速度的快慢直接关系到物料中冰晶颗粒的大小，冰晶颗粒的大小对固态物料的结构及升华速率有直接关联。一般情况下，要求1--3 小时完成物料的冻结，进入升华阶段。
（2）升华阶段。升华干燥是冷冻干燥的主要过程，其目的是将物料中的冰通过升华而逸出，整个过程中不允许冰出现溶化，否则便告冻干失败。升华的二个基本条件：一是保证冰不溶化；二是冰周围的水蒸汽必须低于物料冻结点的饱和蒸汽压。升华干燥一方面要不断移走水蒸气，使水蒸汽压低于要求的饱和蒸汽压，另一方面为加快干燥速度，要连续不断地提供维持升华所需的热量，这便需要对水蒸气压和供热温度进行最优化控制，以保证升华干燥能快速、低能耗完成。升华阶段的时间长短，根据不同产品各不相同。
（3）解析干燥。物料中所有的冰晶升华干燥后，物料内留下许多空穴，但物料的基质内还留有残余的未冻结水分在10%左右，解析干燥就是要把残余的未冻结水分降低，使其达到2%左右，最终得到干燥物料。
4 前景
21 世纪是以生物、材料、电子、信息科学等领域的重大发展为标志，真空冷冻干燥技术在此会发挥重要作用。
在一些发达国家，冻干食品占方便食品的比例越来越大，被认为是高档的脱水食品，并广泛应用到食品工业的各个领域，如方便食品、即时汤料、粉末蔬菜、颗粒蔬菜、速溶饮品等国际市场上的冻干食品总是供不应求。
在医学方面，冻干技术也为医学的发展提供技术依托。离体生物组织冻干保持活性的研究，从简单的精子细胞组织到复杂的人角膜细胞结构，正处于深入地发展研究。
在纳米材料领域，冻干作为低温化学制粉过程，因其产品品质和性能的优越，而且用于尖领域或宇航、军事等特殊领域，因而具有良好的开发应用前景。
真空冷冻干燥技术在功能食品和纳米材料、生物、医学等方面的大规模应用，为冻干技术开辟了广阔的前景。
随着冻干技术应用领域的深入和扩展，冻干设备也需要不断发展。生物制品和药品用冻干机应提高自动化程度及运转可靠性，进一步加强清洗消毒灭菌功能。食品用冻干机应提高产量。设备改进的目的是降低设备及产品成本，提高质量。