由于真空冷冻干燥是在低温和真空状态下进行的，物料中的水分直接从固态升华为气态，因此最大限度地保持了被干燥物料的细胞活性和被干燥物料的色、香、味、形及营养成分，复水性能好。真空冷冻干燥技术广泛应用于各种热敏性物质的干燥和储存，如生物制品和药物的生产、食品的冷冻干燥和脱水、人体组织和器官的储存、超导材料粉末的制备等。随着人们对冻干产品需求的增加，冻干设备也有了很大的发展。真空冷冻干燥设备的原理真空冷冻干燥设备的工作原理是:首先将物料冷冻到共晶点温度以下， 使物料中的水分变成固体冰，然后将预处理后的预冻物料放入干燥箱中。在低温真空状态下，热能由加热板的热传导或辐射提供，使物料中的水直接从冰升华成水蒸气。不断升华的水蒸气被真空泵组抽入捕水仓，在-40℃ ~-45℃的排气管外壁上冷凝捕集，直至按照冻干曲线的规定要求停止加热和抽真空，物料冻干全过程完成。真空冷冻干燥机(简称冻干机)主要由真空冷冻干燥机(简称冻干机)、真空系统、制冷系统、加热系统和自动控制系统组成。
211干燥箱
干燥箱是真空密封容器，是冻干设备的重要组成部分之一，是干燥过程中传热传质的场所。其性能直接影响冻干设备的性能。如果有蒸汽灭菌功能，冻干箱也应该是低压内压容器。干燥室主要有两种形状:圆形和矩形。圆形干燥室具有操作简单、强度高、制造成本低的优点，但其内部空间利用率低。矩形干燥室空间利用率高，但制造成本高。
212真空系统
真空系统包括真空干燥室、隔离阀、水蒸气捕获冷凝器、真正连接的旋片真空泵、连接管道、放气阀等。系统中空气蒸汽的抽取由真空泵完成。真空泵工作时，隔离阀打开，真空干燥室内的空气和水蒸气通过水蒸气捕获冷凝器捕获水分后进入真空泵，通过真空泵的排气口排出系统。为了防止水汽捕集冷凝器抽出的气体中有少量水汽进入泵内，系统配有气体镇流阀。冷冻干燥时，打开压载阀。真空泵的排气口装有油雾捕集器，防止废气中的烟雾污染室内环境。
213加热系统
为了使冻品中的水蒸气不断从冰晶中升华出来，为水蒸气的升华提供足够的热量，于是就有了加热系统。除加热板外，加热系统还包括热媒加热罐、换热器、气动调节阀、循环泵及管道、阀门、液位计、温度传感器等。
214制冷系统
水蒸气冷凝器，又称冷阱，是制冷系统的主要部件。在1313Pa的真空下，质量为1g的冰可以升华产生100m3的水蒸气。如果这种大量的水蒸气不经处理就用真空泵抽出来，就需要大容量的抽气器来维持所需的真空度。冷阱的作用是将干燥室内的水蒸气冷凝吸附成冰，以免进入真空泵。一方面可以减少真空泵的工作量，另一方面可以保证干燥室具有较低的真空度。
215自动控制系统
自动控制系统是冻干机的指挥机构。冻干机的控制包括制冷机和真空泵的启动和停止，加热温度的控制，物料温度、冷阱温度和真空度的检测和控制，自动保护和报警装置等。自动控制系统的功能是测量和显示冻干机的重要参数。根据预设的设置，J-控制冻干机使其运行在规定的状态，可以报警故障状态，自动处理紧急情况。通过测量和记录冻干过程的工艺参数，可以全面了解整个冻干过程；通过有效控制这些参数，可以优化整个冷冻干燥过程，也就是说， 在保证产品质量的前提下，可以提高生产效率，降低能耗。
3冻干机的研究现状
冻干机的突出特点是产量高，脱水量大。因此，要求真空系统具有大的位移和低的真空度。目前除大型捕水器和罗茨旋转泵机组外，多级水汽喷射泵串联使用，可直接去除气态水汽，系统无需设置捕水器。在食品冻干机中，丹麦Atlas公司的RAY型间歇式冻干机和CONRAD型连续式冻干机，日本共和真空株式会社的无隔离干燥过程水蒸气冷凝器除冰再生技术和TL型液体食品封闭系统管式冻干机代表了世界食品冻干机的技术水平。1989年10月17日，保加利亚索非亚成立了低温生物学与冻干技术研究所(ICL)，主要研究航天食品、儿童食品、 方便食品、保健食品和营养食品。目前该研究所排名世界第三，仅次于美国和俄罗斯[1]。
早在解放前，中国就开始利用简易的冻干装置在实验室进行菌种和病毒的保存实验。50年代初，武汉、北京的生物制品研究所和一些工厂先后进口了一批冻干机。20世纪60年代，北京、天津、南京、上海、大连等地相继建立了一些实验性的冻干食品生产工厂，并陆续购置了一批冻干机，其特点是整体式、架温不均、手动操作、自动记录。为了加快我国冷冻干燥技术的发展，1986年，机电部将工业真空冻干机列入工业技术发展项目。 由华中科技大学承担，与浙江真空设备公司合作研制[2]，并于1989年通过部级鉴定。该机结构紧凑，功能齐全，搁板间距可调。它是由微型计算机编程的。此外，清华大学核能设计研究院引进俄罗斯大型食品真空冷冻干燥设备技术，与一流企业烟台冰轮集团直接合作，共同开发探索出一条发展我国冷冻干燥产业的新路，提高了我国大型食品冻干机的整体设计和控制水平[3]。国产冻干机的性能见表1 [4]。
目前国内食品冻干机厂家大多走的是这条路。有些厂家在采用国外技术的同时，也有了很大的改进。比如加热板采用了特殊的导流装置，使板内流体流动均匀，保证了加热的均匀性和稳定性；集水器在运行中可以交替集水和融冰，集水器盘管中氨水的制冷方式由传统的氨水相变制冷变为氨水相变制冷，集水器盘管内温度均匀，结霜性能好。另外，国内的研究能力也在提高，已经有部分单位脱离了国外的模式。抽气系统使用低框架蒸汽喷射泵来抽取蒸汽， 省去了捕水器和制冷系统，降低了设备价格。