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技術文章

凍干保護劑的類型及機理

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冷凍干燥技術發(fā)展悠久,適用于多類型樣品(如菌種、藥物和果蔬等)的保存或脫水,該技術具有應用場景廣泛、樣品無損干燥、活性物質功能水平穩(wěn)定等特點,集成冷凍干燥技術的各類型凍干機可在生物工程、醫(yī)學領域、食品工程、材料化工等多個領域發(fā)揮作用。

在實際使用場景中,用戶可根據樣品類型、樣品量、保存方式選擇凍干機種類;如根據樣品量大小選擇實驗型、中試型或生產型凍干機;根據承載容器類型(西林瓶、茄型瓶、廣口瓶等)選擇壓蓋型或外置型凍干機等。


凍干保護劑的類型及機理

凍干保護劑的類型及機理


但對于用戶而言,根據樣品狀態(tài)選擇到合適凍干機型號后,仍會出現(xiàn)一些使用問題,具體表現(xiàn)為:

01凍干粉表面出現(xiàn)裂縫

02凍干菌粉復蘇率低

03凍干蛋白功能性下降

凍干保護劑的類型及機理

▲出現(xiàn)裂縫的凍干菌粉

以乳酸菌為例,保持較高存活率是乳酸菌凍干粉充分發(fā)揮其功能的重要保障,在冷凍和干燥過程中菌粉失活的原因有以下幾個方面:

01細胞膜通透性增加

02膜流動性降低

03酶及蛋白質類物質變性

04遺傳物質改變

大量研究表明:有很多因素會對乳酸菌凍干存活率產生影響,具體包括:細胞生理狀態(tài)、細胞大小、菌液濃度、pH值以及冷凍保護劑等,但保護劑對菌體的保護效果較為突出。保護劑對于菌體凍干過程中各生理機能的穩(wěn)定性有很大的保護作用,優(yōu)良的凍干保護劑可以改善菌體凍干時的環(huán)境,能較好地緩解菌體在冷凍干燥過程中受到的各種損傷。最大限度的保留菌體原有的各種生理生化特性和生物活性。

凍干保護劑的類型及機理

凍干保護劑分類的方法有很多,較傳統(tǒng)的按其滲透性可以分為三類,即滲透性保護劑、半滲透性保護劑非滲透性保護劑。

滲透性保護劑

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▲甘油球棍模型

滲透性保護劑指可以很容易的透過細胞膜進入細胞內部發(fā)揮作用的物質,如甘油就是一種典型的滲透性保護劑,它可以提高細胞膜的流動性,從而抑制細胞內冰晶的形成,進而實現(xiàn)對菌體的保護。

半滲透性保護劑

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▲蔗糖

半滲透性保護劑指能穿過細胞壁而不能穿過細胞膜發(fā)揮作用的物質,其能誘導菌體質壁分離,抑制冰晶的形成,如單糖、蔗糖、氨基酸等。

非滲透性保護劑

凍干保護劑的類型及機理

▲海藻糖結構式

非滲透性保護劑指被排除在細胞外部,在細胞外側為菌體提供保護的物質,包括多糖、海藻糖、脫脂乳等大分子,這類保護劑通過在細胞壁外側形成保護層實現(xiàn)對菌體的保護,從而減輕細胞的損傷。

凍干保護劑的類型及機理

按凍干保護劑的化學結構可以分為有機保護劑無機保護劑,由于有機保護劑所自身的結構與乳酸菌的有效抗冷凍密不可分,而無機保護劑僅表現(xiàn)為無機鹽(谷氨酸鈉、硫代硫酸鈉等),起到緩沖作用調節(jié)pH,故在乳酸菌發(fā)酵劑生產過程中廣泛應用有機保護劑提升凍干存活率。常見的高效有機保護劑有糖類、醇類、氨基酸類、蛋白質類等。

凍干保護劑的類型及機理

在實際使用中,客戶根據樣品的特性選擇不同類型的凍干保護劑,并根據效果復配多種保護劑,集成多種保護機理,為細胞、組織提供最佳的保護效果。

新芝生物深耕冷凍干燥技術研究多年,立足客戶需求,從凍干面積、樣品特性、溶劑組成等多個維度出發(fā),推出具有高性價比、高效率、高適配性的一系列產品,體積從小到大、功能從簡到繁,總有一款可滿足您的需求,歡迎垂詢。


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