Die Gefriertrocknung, die Wissenschaftler als Lyophilisierung bezeichnen könnten, verwendet sowohl einen Vakuum- als auch einen Gefrierprozess, um Wasser aus verderblichen Lebensmitteln und Medikamenten zu entfernen. Das Ergebnis ist ein Produkt, das bei Raumtemperatur jahrelang ohne Verderb gelagert oder in begrenzten Lagerräumen verpackt und später mit Wasser rekonstituiert werden kann. Hersteller von Instantkaffee verwenden häufig ein Gefriertrocknungsverfahren, ebenso wie Ernährungsberater, die Mahlzeiten für Camper, Soldaten und Astronauten herstellen. Dieses Verfahren wird auch in der pharmazeutischen Industrie verwendet, um die Integrität von luft- oder feuchtigkeitsempfindlichen medizinischen Verbindungen zu bewahren.
Das Trocknen von Lebensmitteln mit Hitze zur Konservierung ist ein uraltes Konzept, hat jedoch gewisse Nachteile. Das Wasser in der Nahrung ist in flüssiger Form, aber die Hitze der Sonne oder einer anderen Quelle wandelt es langsam in ein Gas um. Wenn die Flüssigkeit aus dem Lebensmittel austritt, werden die Zellwände oft beschädigt und der wesentliche Geschmack und die Textur des Lebensmittels gehen verloren. Das Hinzufügen von Wasser zu durch Hitze dehydrierten Lebensmitteln stellt nicht immer den Geschmack oder die Textur wieder her. Aus diesem Grund hat die Gefriertrocknung im Konservierungsprozess einen Vorteil gegenüber der Wärmetrocknung.
Bei der Gefriertrocknung wird zuerst das Lebensmittel oder die chemische Verbindung abgekühlt, oft weit unter den Gefrierpunkt von Wasser. Zu diesem Zeitpunkt sollte das gesamte in den Lebensmitteln enthaltene Wasser zu festen Kristallen gefroren sein. Die Grundstruktur von Obst, Gemüse oder Fleisch hat sich nicht verändert, der Wassergehalt ist jedoch im festen Zustand. Die Hälfte des Prozesses ist zu diesem Zeitpunkt durch Temperaturreduktion abgeschlossen.
Der Trocknungsprozess beinhaltet die Verwendung einer Vakuumkammer. Die gefrorenen Lebensmittel oder Chemikalien werden in die Vakuumkammer gegeben und die Umgebungsluft wird abgepumpt. Würde dieser Vorgang bei Raumtemperatur durchgeführt, würden die Lebensmittel höchstwahrscheinlich zerstört, wenn das flüssige Wasser in die Vakuumkammer drängte. Die gefrorenen Wasserkristalle verwandeln sich jedoch tatsächlich von festem Eis in ein Gas und umgehen den flüssigen Zustand vollständig.
Dieser Vorgang wird Sublimation genannt. Es ist der gleiche Effekt, der dazu führt, dass festes Trockeneis praktisch verschwindet, wenn es mit einem Hammer getroffen wird. Während des Gefriertrocknungsprozesses wandelt sich das feste Wasser in der Vakuumkammer in ein dampfendes Gas um, wodurch alle festen Nahrungsmittel entwässert werden.
Nachdem das Wasser durch Gefriertrocknung entfernt wurde, werden die getrockneten Lebensmittel oder Chemikalien oft in vakuumversiegelten Verpackungen aufbewahrt, um Luft und Feuchtigkeit daran zu hindern, sie zu erreichen. Diese Packungen können bei Raumtemperatur gelagert werden, da Bakterien und andere Schadorganismen ohne Luft sowieso nicht überleben können. Die Gefriertrocknung hinterlässt auch winzige Poren, wo früher die gefrorenen Wasserkristalle waren. Aus diesem Grund mischt sich Instant-Kaffeesatz so schnell und gründlich mit heißem Wasser. Die Gefriertrocknung ist auch ein beliebtes Verfahren zur Herstellung von Eisdesserts aus dem Weltraumzeitalter und rucksackfreundlichen Mahlzeiten für Wanderer und Camper.