Ein Prozess, der auch als Lyophilisierung, Gefriertrocknung oder Gefriertrocknung bezeichnet wird, ist der Prozess, bei dem einer Substanz Wasser entzogen wird, indem sie bei niedriger Temperatur eingefroren und anschließend erhitzt wird, um bei niedrigem Druck zu verdampfen. Diese Methode basiert auf dem Prinzip der direkten Verdampfung des in der Substanz enthaltenen Wassers vom festen Eis in den gasförmigen Zustand, auch Liquid Phase Skipping genannt.

Der Gefriertrocknungsprozess ermöglicht den direkten Übergang von Wasser von der flüssigen Phase in die Gasphase, während die strukturelle Integrität der Substanz erhalten bleibt. Der Prozess besteht aus drei Stufen: Gefriersublimation (Wasserverdampfung) und Desorption (Wasserdampfentfernung).

Einfrieren: Artikel werden normalerweise bei niedriger Temperatur (-50 bis -80 °C) eingefroren. In diesem Stadium gefrieren die Wassermoleküle und bilden festes Eis. Der Gefrierprozess dient dazu, die Struktur der Substanz zu bewahren und die Reaktionen zu verlangsamen.

Sublimation: Auf das gefrorene Material wird ein geringer Druck ausgeübt und die Temperatur des Gegenstands wird allmählich erhöht. Dabei geht der Wasserdampf direkt vom eisigen in den gasförmigen Zustand über, das heißt, die Wassermoleküle verdampfen direkt aus dem festen Zustand, ohne den flüssigen Zustand zu verlassen. Durch diesen Schritt wird der Wassergehalt der Substanz schnell reduziert, während die Struktur der Substanz erhalten bleibt.

Desorption: Nach Abschluss des Sublimationsprozesses kann der Wassergehalt der Substanz noch gering sein. Dabei wird der Wasserdampf des Stoffes bei höherer Temperatur (meist 20 bis 30 °C) und unter vermindertem Druck desorbiert und vollständig entfernt. In diesem Schritt wird die Trockenheit der Substanz erhöht und ein für die Langzeitlagerung stabilisiertes Produkt erhalten.

Die Lyophilisierung reduziert den Wassergehalt einer Substanz und behält gleichzeitig ihre strukturelle Integrität bei, was eine langfristige Lagerung, Transport und Verwendung ermöglicht. Daher ist es eine weit verbreitete Methode in der pharmazeutischen Industrie, der biomedizinischen Forschung, der Lebensmittelindustrie und vielen anderen Bereichen, um die Stabilität empfindlicher oder thermolabiler Komponenten aufrechtzuerhalten.