冷凍干燥保護劑冷的分類

按分子量分類 

低分子量化合物：又可以分為酸性物質(zhì)、中性物質(zhì)和堿性物質(zhì)。酸性物質(zhì)主要為谷氨酸、天冬氨酸、蘋果氨酸、乳酸等；中性物質(zhì)主要為葡萄糖、肌醇、乳糖、蔗糖、棉籽糖、海藻糖、山梨醇D、L-蘇氨酸、肌醇、木糖醇等；堿性物質(zhì)主要為精氨酸和組氨酸等。

高分子化合物：主要如白蛋白、明膠、蛋白胨、可溶性淀粉、糊精、肉汁、果膠、阿拉伯膠、羥甲基纖維素、藻類等以及天然混合物如脫脂牛奶、血清等。

一般認(rèn)為，低分子化合物在凍干過程中直接發(fā)揮作用；而高分子化合物則是促進低分子化合物的保護作用。因此，制備保護劑配方時，一般多將低、高分子化合物配合使用。

按保護劑功能和性質(zhì)分類 

凍干保護劑（lyoprotectant）：在凍結(jié)和干燥過程中，可以防止活性組分發(fā)生變性的物質(zhì)，如甘油、二甲亞砜（DMSO）、海藻糖、蔗糖、聚乙烯吡咯烷酮（PVP）等；

填充劑（bulking agent，bulking compound）：能防止有效組分隨水蒸氣一起升華逸散，并使有效組分成形的物質(zhì)，如甘露醇、乳糖、明膠等；

抗氧化劑（antioxidant）：用作防止生物制品在冷凍干燥過程以及貯藏過程中發(fā)生氧化變質(zhì)的物質(zhì)，如維生素D、維生素E、蛋白質(zhì)水解物、硫代硫酸鈉等；

酸堿調(diào)整劑（buffer agent, PH modifier ）：在冷凍干燥過程和貯藏過程中，能將生物制品的pH值調(diào)整到活性物質(zhì)的zui穩(wěn)定區(qū)域的物質(zhì)，如磷酸、山梨醇、EDTA（乙二胺四醋酸二納）、氨基酸等。

按物質(zhì)的種類分類

糖/多元醇類(sugars/polyols)、

聚合物類(polymers)、

表面活性劑類(surfactants)、 

氨基酸類(amino acids)

鹽類(salts)

在冷凍干燥配方中，除了活性組分和溶劑以外，還要使用多種添加劑。這些添加劑，有的被稱為保護劑,有的被稱為添加劑，而又有的被稱為賦形劑（excipient），至今沒有統(tǒng)一的叫法。賦形劑一詞來源于藥劑學(xué)，原來是指構(gòu)成藥物或抗原的無活性物質(zhì)輔料 (如阿拉伯膠、糖漿、淀粉)，特別是指在藥物混合物中有大量液體情況下，為使混合物有較高的粘性，以便制備丸劑或片劑而加入的物質(zhì)。而后來，賦形劑的名稱被擴大了。根據(jù)文獻資料統(tǒng)計，“賦形劑”一詞在冷凍干燥配方中用得比較多。

在生物制品的冷凍干燥配方中，有些賦形劑只能起到某一特定的作用；而有些賦形劑可以同時起到幾方面的作用。如PVP既可用作低溫保護劑，同時也可以用作填充劑。對保護劑在配方中具體起什么作用，有時很難嚴(yán)格區(qū)分開來。即使是同一種物質(zhì)，在不同的凍干品也可能表現(xiàn)出不同的作用。

糖/多元醇類保護劑

糖和多元醇的定義

糖的主要組成元素是碳、氫、氧；而且其中氫和氧的比例總是2 ：1，恰好與水中氫和氧的比例相同，所以，糖類也被稱為碳水化合物（carbohydrate）。糖類一般可分為單糖、低聚糖和多糖三類。單糖是糖類中不能再水解的化合物，是zui小分子的糖，如葡萄糖、果糖、半乳糖、核糖等；低聚糖指能被水解成2-10個單糖分子的糖，主要有蔗糖、麥芽糖、乳糖、海藻糖、棉子糖等；多糖指能被水解成更多的單糖和低聚糖的糖，主要有淀粉、纖維素、果膠等。

含有兩個或兩個以上羥基的醇統(tǒng)稱為多元醇，又稱糖醇（sugar alcohol）。在生物制品的低溫凍結(jié)、解凍、冷凍干燥以及保存過程中，使用較多的是多元醇包括丙三醇（甘油）、山梨醇和甘露醇。由于糖和多元醇的官能團都是羥基，所以，它們用作低溫保護劑和冷凍干燥保護劑時，具有一定的共性。 

單糖

從理論上講，在生物制品的冷凍干燥過程中，如果糖類與生物制品活性組分的分子形成氫鍵而替代了原有水的位置，那么，它對這些生物制品就能夠提供保護作用。

實驗證明，單糖（如葡萄糖、半乳糖）對蛋白質(zhì)的冷凍干燥過程不能起到保護作用，這是因為單糖在凍結(jié)過程中只能提供非常微弱的穩(wěn)定作用，使得蛋白質(zhì)在脫水干燥前就發(fā)生了不可逆變性。而相同濃度的海藻糖在凍結(jié)過程和脫水過程中卻都能提供有效的保護作用。

目前的生物制品的冷凍干燥配方中，一般不單獨使用單糖作為保護劑，而是經(jīng)常和其它賦形劑聯(lián)用。

低聚糖

在許多生物制品的冷凍干燥過程中，常常采用低聚糖，尤其是二糖作為保護劑，這是因為二糖既能在凍結(jié)過程中起到低溫保護劑的功能；又能在干燥脫水過程中起到脫水保護劑的作用。

二糖又分為還原性二糖和非還原性二糖，其中還原性二糖包括乳糖（lactose）、麥芽糖（maltose）等，非還原性二糖包括海藻糖（trehalose）和蔗糖（sucrose）等。

就冷凍干燥過程而言，無論還原性二糖還是非還原性二糖都具有很好的保護效果，但在生物制品冷凍干燥后的貯藏過程中，由于還原性二糖的存在會使得凍干品發(fā)生Maillard反應(yīng)（蛋白質(zhì)褐變反應(yīng)），zui終導(dǎo)致凍干品發(fā)生變質(zhì)。所以，在食品、藥品以及生物體的冷凍干燥配方中，蔗糖和海藻糖是zui常用的兩種保護劑。

海藻糖的特異性

海藻糖是一種天然糖類, 是由特殊雙糖分子構(gòu)成的非還原性糖，非常穩(wěn)定，能夠在高溫、高寒、干燥失水等惡劣的條件下在細(xì)胞表面形成特殊的保護膜，有效地保護生物分子結(jié)構(gòu)不被破壞，從而維持生命體的生命過程和生物特征。 

多元醇

甘露醇為白色結(jié)晶粉末，無臭、味甜；在水中易溶，在乙醇、乙mi中幾乎不溶；熔點166-170℃，沸點290-295℃；在無菌溶液中較穩(wěn)定，不易被空氣氧化。在生物制品的冷凍干燥過程中，甘露醇一般用作填充劑，這是因為在慢速凍結(jié)時會結(jié)晶，從而為活性組分提供支撐結(jié)構(gòu)；同時甘露醇也不會與活性組分發(fā)生反應(yīng)。

山梨醇是甘露醇的同分異構(gòu)體，但其溶解度比甘露醇大，在常溫下呈粘稠狀透明液體，有旋光性；略有甜味，具有吸濕性，能溶解多種金屬，高溫下不穩(wěn)定。在冷凍干燥配方中，山梨醇一般用作填充劑。

丙三醇又叫甘油，為無色透明的粘稠狀液體，無臭而有甜味，熔點17.9℃，沸點290℃；吸水性強，能從空氣中吸取水分；可以以任意比例與水、乙醇相混合，微溶于乙mi，不溶于苯、氯仿、四lv化碳和二硫化碳等有機溶劑，不溶于油脂。在冷凍干燥配方中，一般用作低溫保護劑。

糖/多元醇的濃度對保護效果的影響

糖/多元醇對生物制品冷凍干燥過程的保護效果與其添加的濃度直接相關(guān)。當(dāng)糖/多元醇濃度提高到一定程度時，對蛋白質(zhì)的穩(wěn)定作用能力可能達到了極限，過高的濃度甚至?xí)沟美鋬龈稍镞^程中蛋白質(zhì)發(fā)生變性。