Lyofilisointi on prosessi, joka tunnetaan yleisemmin kylmäkuivauksena. Sana on johdettu kreikasta ja tarkoittaa “tehty liuotinta rakastavaksi”. Tämä prosessi on tapa kuivata jotain, joka minimoi sen sisäisen rakenteen vaurioitumisen. Koska se on suhteellisen monimutkainen ja kallis kuivausmuoto, se rajoittuu materiaaleihin, jotka ovat herkkiä lämmölle ja joilla on herkät rakenteet ja huomattava arvo. Yksi ainoista aineista, joita ei voida säilyttää tehokkaasti kylmäkuivaamalla, ovat nisäkässolut, jotka ovat liian hauraita.
Suositeltavaa säilöntämenetelmää bioteknologiateollisuudessa, lyofilisointia käytetään säännöllisesti rokotteiden, lääkkeiden ja muiden proteiinien säilyttämiseen. Pakastekuivausta käytetään myös erityisten elintarvikkeiden säilyttämiseen, jolloin jäähdytys ei ole tarpeen. Pakastekuivattua ruokaa syövät vuorikiipeilijät ja astronautit. Kasvitieteilijät käyttävät lyofilisointia kukanäytteiden säilyttämiseen loputtomiin. Koska kylmäkuivausprosessi poistaa suurimman osan vedestä näytteestä, kylmäkuivatut materiaalit tulevat erittäin imukykyisiksi, ja pelkkä veden lisääminen voi palauttaa näytteen alkuperäiseen tilaansa.
Lyofilisoinnin energia- ja laitteistokustannukset ovat noin 2-3 kertaa korkeammat kuin muiden kuivausmenetelmien. Kuivausjakso on myös pidempi, noin 24 tuntia. Ensinnäkin näytteen lämpötila lasketaan lähellä jäätymispistettä. Sitten näyte työnnetään tyhjiökammioon. Energisemmät molekyylit poistuvat, alentaen lämpötilaa entisestään, kun taas erittäin alhainen paine aiheuttaa vesimolekyylien vetämisen näytteestä. Tyhjiökammioon on liitetty lauhdutin, joka muuntaa ilmassa olevan kosteuden nesteeksi ja imee sen pois.
Koko prosessin aikana huolehditaan siitä, että näytteen rakenne pysyy vakiona. Esimerkiksi näyte voitaisiin vain jäädyttää tyhjiössä sen sijaan, että se jäädytettäisiin ilmanpaineessa, mutta se aiheuttaisi näytteen kutistumisen ja vahingoittaisi sen rakennetta peruuttamattomasti.
Ensisijainen pakastekuivausta mahdollistava mekanismi on sublimaatio, jolloin jää muunnetaan suoraan vesihöyryksi ilman, että se kulkee nesteen välivaiheen läpi. Kuumennuksen sijaan tämä tehdään poistamalla paine niin, että jää kiehuu sulattamatta. Tuloksena on näyte, jonka rakenne on pitkälti säilynyt ja joka voidaan säilyttää huoneenlämmössä ja paineessa.