冷凍干燥保護(hù)劑冷的分類(lèi)

按分子量分類(lèi) 

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(píng)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(lèi)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(guò)程中直接發(fā)揮作用；而高分子化合物則是促進(jìn)低分子化合物的保護(hù)作用。因此，制備保護(hù)劑配方時(shí)，一般多將低、高分子化合物配合使用。

按保護(hù)劑功能和性質(zhì)分類(lèi) 

凍干保護(hù)劑（lyoprotectant）：在凍結(jié)和干燥過(guò)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(guò)程以及貯藏過(guò)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(guò)程和貯藏過(guò)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(lèi)分類(lèi)

糖/多元醇類(lèi)(sugars/polyols)、

聚合物類(lèi)(polymers)、

表面活性劑類(lèi)(surfactants)、 

氨基酸類(lèi)(amino acids)

鹽類(lèi)(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(chēng)為保護(hù)劑,有的被稱(chēng)為添加劑，而又有的被稱(chēng)為賦形劑（excipient），至今沒(méi)有統(tǒng)一的叫法。賦形劑一詞來(lái)源于藥劑學(xué)，原來(lái)是指構(gòu)成藥物或抗原的無(wú)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(lái)，賦形劑的名稱(chēng)被擴(kuò)大了。根據(jù)文獻(xiàn)資料統(tǒng)計(jì)，“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(shí)起到幾方面的作用。如PVP既可用作低溫保護(hù)劑，同時(shí)也可以用作填充劑。對(duì)保護(hù)劑在配方中具體起什么作用，有時(shí)很難嚴(yán)格區(qū)分開(kāi)來(lái)。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(lèi)保護(hù)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(lèi)也被稱(chēng)為碳水化合物（carbohydrate）。糖類(lèi)一般可分為單糖、低聚糖和多糖三類(lèi)。單糖是糖類(lèi)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(gè)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(gè)或兩個(gè)以上羥基的醇統(tǒng)稱(chēng)為多元醇，又稱(chēng)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(guò)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(tuán)都是羥基，所以，它們用作低溫保護(hù)劑和冷凍干燥保護(hù)劑時(shí)，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(guò)程中，如果糖類(lèi)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(duì)這些生物制品就能夠提供保護(hù)作用。

實(shí)驗(yàn)證明，單糖（如葡萄糖、半乳糖）對(duì)蛋白質(zhì)的冷凍干燥過(guò)程不能起到保護(hù)作用，這是因?yàn)閱翁窃趦鼋Y(jié)過(guò)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(guò)程和脫水過(guò)程中卻都能提供有效的保護(hù)作用。

目前的生物制品的冷凍干燥配方中，一般不單獨(dú)使用單糖作為保護(hù)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(guò)程中，常常采用低聚糖，尤其是二糖作為保護(hù)劑，這是因?yàn)槎羌饶茉趦鼋Y(jié)過(guò)程中起到低溫保護(hù)劑的功能；又能在干燥脫水過(guò)程中起到脫水保護(hù)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(guò)程而言，無(wú)論還原性二糖還是非還原性二糖都具有很好的保護(hù)效果，但在生物制品冷凍干燥后的貯藏過(guò)程中，由于還原性二糖的存在會(huì)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(hù)劑。

海藻糖的特異性

海藻糖是一種天然糖類(lèi), 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(hù)膜，有效地保護(hù)生物分子結(jié)構(gòu)不被破壞，從而維持生命體的生命過(guò)程和生物特征。 

多元醇

甘露醇為白色結(jié)晶粉末，無(wú)臭、味甜；在水中易溶，在乙醇、乙mi中幾乎不溶；熔點(diǎn)166-170℃，沸點(diǎn)290-295℃；在無(wú)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(guò)程中，甘露醇一般用作填充劑，這是因?yàn)樵诼賰鼋Y(jié)時(shí)會(huì)結(jié)晶，從而為活性組分提供支撐結(jié)構(gòu)；同時(shí)甘露醇也不會(huì)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(wú)色透明的粘稠狀液體，無(wú)臭而有甜味，熔點(diǎn)17.9℃，沸點(diǎn)290℃；吸水性強(qiáng)，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(jī)溶劑，不溶于油脂。在冷凍干燥配方中，一般用作低溫保護(hù)劑。

糖/多元醇的濃度對(duì)保護(hù)效果的影響

糖/多元醇對(duì)生物制品冷凍干燥過(guò)程的保護(hù)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(shí)，對(duì)蛋白質(zhì)的穩(wěn)定作用能力可能達(dá)到了極限，過(guò)高的濃度甚至?xí)沟美鋬龈稍镞^(guò)程中蛋白質(zhì)發(fā)生變性。