冻干保护剂的类型及机理

冷冻干燥技术发展悠久，适用于多类型样品（如菌种、药物和果蔬等）的保存或脱水，该技术具有应用场景广泛、样品无损干燥、活性物质功能水平稳定等特点，集成冷冻干燥技术的各类型冻干机可在生物工程、医学领域、食品工程、材料化工等多个领域发挥作用。

在实际使用场景中，用户可根据样品类型、样品量、保存方式选择冻干机种类；如根据样品量大小选择实验型、中试型或生产型冻干机；根据承载容器类型（西林瓶、茄型瓶、广口瓶等）选择压盖型或外置型冻干机等。

但对于用户而言，根据样品状态选择到合适冻干机型号后，仍会出现一些使用问题，具体表现为：

01冻干粉表面出现裂缝

02冻干菌粉复苏率低

03冻干蛋白功能性下降

▲出现裂缝的冻干菌粉

以乳酸菌为例，保持较高存活率是乳酸菌冻干粉充分发挥其功能的重要保障，在冷冻和干燥过程中菌粉失活的原因有以下几个方面：

01细胞膜通透性增加

02膜流动性降低

03酶及蛋白质类物质变性

04遗传物质改变

大量研究表明：有很多因素会对乳酸菌冻干存活率产生影响，具体包括：细胞生理状态、细胞大小、菌液浓度、pH值以及冷冻保护剂等，但保护剂对菌体的保护效果较为突出。保护剂对于菌体冻干过程中各生理机能的稳定性有很大的保护作用，优良的冻干保护剂可以改善菌体冻干时的环境，能较好地缓解菌体在冷冻干燥过程中受到的各种损伤。最大限度的保留菌体原有的各种生理生化特性和生物活性。

冻干保护剂分类的方法有很多，较传统的按其渗透性可以分为三类，即渗透性保护剂、半渗透性保护剂及非渗透性保护剂。

渗透性保护剂

▲甘油球棍模型

渗透性保护剂指可以很容易的透过细胞膜进入细胞内部发挥作用的物质，如甘油就是一种典型的渗透性保护剂，它可以提高细胞膜的流动性，从而抑制细胞内冰晶的形成，进而实现对菌体的保护。

半渗透性保护剂

▲蔗糖

半渗透性保护剂指能穿过细胞壁而不能穿过细胞膜发挥作用的物质，其能诱导菌体质壁分离，抑制冰晶的形成，如单糖、蔗糖、氨基酸等。

非渗透性保护剂

▲海藻糖结构式

非渗透性保护剂指被排除在细胞外部，在细胞外侧为菌体提供保护的物质，包括多糖、海藻糖、脱脂乳等大分子，这类保护剂通过在细胞壁外侧形成保护层实现对菌体的保护，从而减轻细胞的损伤。

按冻干保护剂的化学结构可以分为有机保护剂和无机保护剂，由于有机保护剂所自身的结构与乳酸菌的有效抗冷冻密不可分，而无机保护剂仅表现为无机盐（谷氨酸钠、硫代硫酸钠等），起到缓冲作用调节pH，故在乳酸菌发酵剂生产过程中广泛应用有机保护剂提升冻干存活率。常见的高效有机保护剂有糖类、醇类、氨基酸类、蛋白质类等。

在实际使用中，客户根据样品的特性选择不同类型的冻干保护剂，并根据效果复配多种保护剂，集成多种保护机理，为细胞、组织提供最佳的保护效果。

新芝生物深耕冷冻干燥技术研究多年，立足客户需求，从冻干面积、样品特性、溶剂组成等多个维度出发，推出具有高性价比、高效率、高适配性的一系列产品，体积从小到大、功能从简到繁，总有一款可满足您的需求，欢迎垂询。