表面活性剂类、氨基酸类的保护剂和其他添加剂
表面活性剂类、氨基酸类的保护剂和其他添加剂
在食品、药品以及生物体的冷冻干燥和贮藏过程中，很多因素(例如，化学成分、冻结速率、冻结和脱水应力、玻璃化转变温度、干燥固体中剩余水分、贮藏环境的温度和湿度等)都会影响其中活性组分的稳定性甚至会导致失活。
大量的实验研究表明，除了一些食品、人血浆、牛奶等少数物料可以直接冷冻干燥外;大多数的药品和生物制品，都需要添加合适的冷冻干燥保护剂和添加剂，配制成混合液后，才能进行有效的冷冻干燥和贮藏。
1、表面活性剂类的保护剂
通常把凡是能降低界面张力的,由亲水和亲油基组成的化合物,称为表面活性剂。它们分子中的碳氢链部分是造成溶于油的原因,而分子中的极性基（如-COOH、-OH)则对水有亲和力。当这些分子处于空气-水界面或油-水界面时,亲水基会定位在水相,而亲油基则指向气相或油相。
表面活性剂可分为离子型和非离子型两大类。凡是溶于水时能电离成离子的，称为离子型表面活性剂;否则,称为非离子型表面活性剂。
在生物制品的冷冻干燥的全过程中,表面活性剂既能在冻结和脱水过程中降低冰-水界面张力所引起的冻结和脱水变性,又能在复水过程中对活性组分起到润湿剂和重褶皱剂的作用，近些年来,表面活性剂在食品、药品和生物体的低温保存和冷冻干燥过程中得到了一定的应用。下表列出了常用的表面活性剂。
2、氨基酸类的保护剂
氨基酸是蛋白质的基本构成单位,其中最主要的是α-氨基酸。它是由一个氨基(-NH2)、一个羧基(-COOH)、一个氢原子(-H)和一个R基团(-R)连接在一个α碳原子所组成。a-氨基酸及其两性离子的结构通式如下:
由于氨基酸离子具有酸、碱两性,因此能够在生物制品的低温保存和冷冻干燥过程中能抑制溶液的pH变化,从而达到保护活性组分的目的。
由于氨基酸同时含有羧基(酸性)和氨基(碱性),在生物制品溶液的冻结过程中,它能够抑制溶液的pH变化。此外,有许多氨基酸还是很好的填充剂。冷冻干燥配方中常用的氨基酸,如下表所示：
3、其他添加剂
(1) 抗氧化剂
抗氧化剂的种类繁多,抗氧化的作用机理也不尽相同,但都以其还原性为依据。一种是抗氧化剂的自身氧化,消耗冻干样品内部和环境中的氧,使冻干样品物料不被氧化;另一种是抗氧化剂给出电子或氢原子,阻断冻干样品中的氧化链式反应;还有--种方式是抗氧化剂通过抑制氧化酶的活性而防止冻干样品的氧化变质。在食品、药品和生物体的冷冻干燥和储藏中常用的抗氧化剂如表所示。
(2) 缓冲剂
由于在蛋白质溶液的冻结过程中,溶液的浓度逐渐提高。在高浓度时可能会改变溶液的 pH,严重情况下会导致蛋白质变性,从而直接使得生物制品失活。所以，在生物制品的冻干保护剂配方中,往往要添加适量的缓冲剂。常用的缓冲剂如表所示。
(3) 冻干加速剂
冷冻干燥过程耗时长、耗能多,因此迫切需要对冻干循环进行优化,降低生产成本。近年来发现,在冻干配方中加入适量的叔丁醇(tertiary butyl alcohol)后,冻结时会形成针状结晶;冰晶升华后,留下了管状通道,使水蒸气流动阻力大大减小升华速率显著提高。
叔丁醇是一种小分子醇,分子式为(CH;)COH,与水完全互溶,具有低毒性高蒸气压,既可以单独作为冻干溶剂,又可以与水组成复合溶剂,目前的研究热点是叔丁醇-水复合溶剂[71~"4]。
在药品水溶液中加入叔丁醇能起到以下作用:
1) 可以降低干燥层阻力,从而加速了干燥过程,缩短了干燥时间。
2) 溶解难溶于水的药品。
3) 使产品具有高的比表面积、好的外观,并易于复水。
4) 可提高药品溶液和冻干品的稳定性。
5) 有一定的抑菌作用。
