一项医学的伟大技术，为何最后造就的却是水果干和速溶咖啡？

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水果冻干，绝对是懒人的福音。

不用切就能食用，除了没有水分，其他与正儿八经的水果几乎没差别。

它们都是通过冻干技术制成，在去除水分的同时，足足保留95%左右的营养。

冻干技术的英文俗称为“Freeze-dried”，直译便是冷冻干燥。

要论起冻干的历史，可以追溯到公元前1250年以前。

有趣的是，为了便于存储食物，在美洲、亚洲和北欧各自发展出了自己的冻干土法。

美洲秘鲁地区的特有食物“Chuño”，就是自古传承下来的冻干土豆。

在还没有科技加持的古代，原住民全靠阳光和寒冷。

安第斯山脉的寒冷使土豆冻结、6月的太阳再使其解冻蒸发，再用脚踩出多余水分，制成冻干食物。

在收成不佳的过去，Chuño能让他们全年吃得饱。

白色的Chuño：浸泡在冰冷的河流中，再晒干而制成

而在大西洋彼岸，北欧的维京人使用类似的技术来保存鳕鱼。

他们建造了三角形的木架，用于制作冻鱼干。

这种土法能让鱼类保存长达两年，在当时来说已经很不可思议。

无独有偶，距今数百年前，一位日本僧侣利用高山低压干冷的环境，制作了名为作“koyadofu”的豆腐。

这些利用自然的土法，许多至今盛行。

而冻干技术进入科学领域，却已经是1890年。

这一年，德国病理学家理查德·阿尔特曼（Richard Altmann）在进行线粒体研究时，设计了一种可用于冷冻干燥的方法与配套设备。

然而，由于技术限制，该方法难以复制，直到20世纪30年代前都几乎没被注意到。

理查德·阿尔特曼

让人始料未及的是，第二次世界大战会是冻干技术的重要转折点。

在前线，输血是伤员治疗中的重要一环。

但缺少保存血液的方法，采集到的全血只能冷藏，即便是这样也需要尽快使用。

苛刻的储存条件，导致治疗时常出现血液供应不及的情况。

前线需求紧迫，血液保存的研究，自然如火如荼地进行中。

血液在体外环境下，蛋白质会被微生物降解。

而用当时的工业技术处理，也会导致蛋白质结构被破坏，发生变性。

唯有克服变性与降解，才能极大提高血液的储存时间。

降低含水量，能减少微生物滋生。

这在当时已经不是什么新鲜概念，例如加热干燥、风干等常规干燥手段，早在商业得到运用。

要如何沥干血液中的水，又能不使其变性？

1927年，一个美国专利中，首次提到了真空条件下的冷冻干燥，引起了科学家们的关注。

1935年，弗洛斯多夫和穆德两人研究出了真空冻干技术。

这个及技术主要包含两个阶段：

首先，是将血液冻结，在-9℃至-12℃的环境下，利用高压蒸汽喷射，让冰升华为水汽直接泵出。

二次干燥后，血液样本中含水仅有0.5%。

弗洛斯多夫（右）

冷冻干燥的核心，是让冰升华，从固态直接变作气态。

水蒸气会带走血液原有的热量，保证温度不会过高。

这种状态下，蛋白质便不会变性而被破坏。

之所以可以达到这种效果，要从水的三种状态——冰、水、水蒸气说起。

我们都知道，水在常温下是液态的；100℃时达到沸点，会转变成水蒸气；低于0℃时达到凝点，会变成冰。

而这都是在一个标准大气压的情况下，才会发生的变化。

在气压低、温度低的情况下，冰就会升华为水蒸气。

这一系列的过程可以绘制成如下三相图

当水处于固态时，抽掉空气（气压变低），低温低压则发生升华。

不过水从血液中流失，同时升华会带走热量，再降低温度，使升华变慢。

只要继续给血液提供适当热量，维持温度一直在三相点临界处。

低温不会伤及血液中的蛋白质，还能持续去除水分。

升华时，如果热量过高，出现液态水，则会导致“物料崩解”。

水分蒸发难以带走热量，不断积累后，高温就会破坏血液。

一般而言，升华去水能够减少90%左右的含水量。

余下的水量，则需要在更低的气压、略高的温度下，使水分散逸。

经过二次干燥后，最终含水量可以降低到1%~3%。

在大洋彼岸，另一位科学家也为冻干技术添砖加瓦。

罗纳德·格里夫斯曾在英国剑桥的血液干燥部门工作，并致力于冷冻干燥工厂化。

他提出了离心真空旋转冷冻的方法：通过离心作用，将血液均匀扩散到容器内壁上，将其冻结。

这种方法在加拿大和英国得到了更广泛的应用。

正是这三个人的工作，挽救了二战战场上无数士兵的生命。

冻干技术在青霉素的发现中，也起到了关键作用。

青霉素是20世纪最伟大的医学发现，但事实上，弗莱明很早就发现了青霉素，青霉素在实验室里沉睡10年之久，他却始终无法将其成功分离。

青霉素不能加热，它在高温条件下很快失活，但不去除它的水分，在常温下也保存不了多久。

直到1939年，弗莱明的论文被弗洛里和钱恩看到。

两人恰巧懂得冻干技术，既然不能加热，那就让水分升华吧！

最终，他们得到了不含水分的青霉素粉末。

弗洛里、弗莱明、钱恩（从左到右）

同一时期下，冻干技术也被运用与疫苗生产。

1909年2月，第一个天花疫苗的冷冻干燥配方在美国发表。

随后，卡介苗（结核病疫苗）和天花疫苗都被制成干粉。

而在欧洲，也有实验室将卡介苗制成冻干疫苗。

这也进一步使各国接受了冻干疫苗。

到1970年，冻干技术已经是科学研究中的基本操作。

例如在医学领域，在1980年就有科学家使用冻干技术来制备组织切片。

如今，冻干也被广泛应用于生物技术、制药和生物医药行业。

抗生素、电解质、蛋白质、激素、病毒、疫苗……你能想到的生物材料，都得依赖冷冻干燥来保存。

在我们生活中，同样也有着冻干技术的影子。

冻干食品就是最大分支，冻干咖啡是最著名的冻干产品。

雀巢公司最早在瑞士，推出了冻干咖啡产品。

在1966~1971年期间，旧金山的希尔斯兄弟咖啡公司进凭着冻干咖啡，还获得了47项美国和外国专利。

新的冻干技术，比那些冻干土法，更能保住食物的营养价值*。

同时冻干食品还具有复水性，只要加些水，就能恢复成原本的状态。

1968年，NASA还开发了专供宇航员的冻干冰淇淋。

因为冻干食品的各样特性，如今也是太空旅行、居家常备。

*注：1960年至今，超过400种冻干食品投入商业化生产。另外，生菜和西瓜被认为是最不适合冷冻干燥的食品，因为它们的含水量太高了。

不得不说，民以食为天。

无论是经验中领悟的冷冻干燥，还是实验中发明的冻干技术，最终都运用在了食品上。

人类对于吃的执念，大抵是可以贯穿今古的吧。

来源：SME科技故事、国家人文历史

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