物料中所含水分，有两种存在方式：①游离水，即机械结合水和物化结合水。它主要以吸附和渗透方式存在于物料表面、毛细管、孔隙之中。②结构水，以化学结合形式存在于物品的组织中。冷冻升华干燥主要是升华游离水，而不是结构水。升华游离水，先是将其冻成冰，然后在真空中加热升华。

水的相变图，用来说明物料中水的升华机理。水在不同温度和压力下，可以为气态、液态或固态。

冷冻升华干燥原理:纯水升华

　OA线为水气分界线，OB为冰一水两相分界线，即为冰的融化线。OC线为冰—气交界线，在此线上冰一气共存，即为冰真接由固相转为气相曲线。通常把这种由固相直接转变为气相的现象叫做升华。

　　0点，为固一液一气三相共存点，称做三相点或共晶点。纯水三相点对应的温度为0℃，此温度下所对应冰面上的饱和蒸气压为Po=5.98×102Pa。物料中所含水，均为水溶液，其三相点温度要低于纯水的温度。由图可见，在O点以上（图中虚线以上），冰需转化咸水，水再转化为气，其过程是普通的蒸发干燥。只有在三相点压力pQ线以下，冰才能由固相直接转变为气相，这就是升华。因而，若要得到冻干食品，其升华温度必须低于三相点温度。否则得到的是蒸发干燥食品。

　其干燥过程是由周围逐渐向内部干燥，干燥层逐渐增厚，可看成多孔结构。升华热由加热体通过干燥层不断地传给冻结部分，在干燥与冻结交界的升华面上，水分子得到加热后，将脱离升华面，沿着毛细孔跑到周围环境中。而环境中的气压必须低于升华面上的饱和蒸气压Po，只有这样才能造成一个水分子向外迁移的动力。

　　这意味着升华干燥必须在真空环境中进行。另外物料是处于冻结状态，需维持温度低于三相点；在真空环境下，此温度易于保持。