04冷冻干燥保护剂

1、04冷冻干燥保护剂冻十保护剂一、冻十损伤机理：蛋白质冷冻十燥全过程分为预冻、第一阶段升华十燥和第二阶段再十燥。预冻过程中水结冰时体积增大，致使活性物质活性部位中一些由弱分子力键连接的键遭到破坏，从而使活性损失；另外，水结冰后引起溶质浓度上升以及由于各种溶质在不同温度条件下溶解度变化不一致而引起pH值的变化，导致活性物质所处的环境发生变化而造成失活或变性。二、冻十保护作用机理：第一，“水替代假说”：认为由于蛋白质分子中存在大量氢键，结合水通过氢键与蛋白质分子联结。当蛋白质在冷冻十燥过程中失去水分后，蛋白的主相变温度会升高，发生变性。但某些糖类届于亲水性物质，形成氢键能力较强，能替代蛋白表面的水的

2、羟基，与蛋白质中的极性基团形成氢键，使得蛋白的主相变温度变化不人,低于操作温度，从而避免了生物活性物质由于发生相变所造成的机械损伤。能够直接测量到冻十的蛋白质与保护剂蔗糖问的氢键。第二，“玻璃态假说”：认为在含糖溶液的十燥过程中，糖-水混合物会玻璃化，兼有固体和流体的行为，粘度极高，不容易形成结晶；且分子扩散系数很低，因而具有粘性的保护剂包围在蛋白质分子的周围，形成一种在结构上与玻璃状的冰相似的碳水化合物玻璃体，使大分子物质的链锻运动受阻，阻止蛋白质的伸展和沉淀，维持蛋白质分子三维结构的稳定，从而起到保护作用。研究表明，单糖、双糖、多羟基化合物以及结构蛋白质、酶都能显示玻璃行为，只是玻璃化转变

3、温度不同而已。由于某些糖的玻璃化温度较高，在较高的保存温度下，仍能在蛋白质分子附近形成玻璃态。（大于玻璃化温度就不形成玻璃态了）一般说来，如工作温度低于保护剂的玻璃化温度，高于被保护的活性物质的主相变温度，那么该活性物质就能有效地保持活性。但在目前，这两种假说还不能完全解释现有的实验现象。三、冻十保护剂的选择：冻十保护剂需要具备四个特性：玻璃化转变温度高、吸水性差、结晶率低和不含还原基。常用的保护剂有如下几类物质：1. 糖类/多元醇：蔗糖、海藻糖、甘露醇、乳糖、葡萄糖、麦芽糖等；其中，葡萄糖、乳糖具有还原性，而蔗糖、海藻糖、葡聚糖没有还原性。2. 聚合物:HESPVRPEG葡聚糖、白蛋白等；3

4、. 无水溶剂：乙烯乙二醇、甘油、DMSODM奇;4. 表面活性剂：Tween80等；5. 氨基酸:L-丝氨酸、谷氨酸钠、丙氨酸、甘氨酸、肌氨酸等；6. 盐和胺：磷酸盐、醋酸盐、柠檬酸盐等；具体分类：（一）按相对分子量分1. 低分子化合物低分子化合物可提高微生物存活率，形成均一悬液，起到水分缓解作用。如：酸性物质：谷氨酸、天冬氨酸、乳酸；中性物质:葡萄糖、乳糖、蔗糖、海藻糖、山梨醇D；碱性物质：精氨酸、组氨酸。2. 高分子化合物高分子化合物对微生物有保护作用，可促进其升华形成耐热骨架阻断热传导和热辐射。如:白蛋白、明胶、蛋白膘、脱脂奶粉。明胶水解明胶可去掉杂质蛋白、无抗原性、无过敏反应、无热源，

5、并且分子,12?。对微生物的保护作用高出普量小、均质、易溶于水，可过滤除菌，共熔点为通明胶10,以上。脱脂奶粉可促进升华、加热灭菌，易取得均质产品，并扩大细胞相互问的距离。（二）按功能和性质分1. 耐热冻十保护剂耐热冻十保护剂在冻结和十燥过程中，可防止活性组分变性，如海藻糖、蔗糖、聚乙烯毗咯酮（PVP）等。2. 填充剂可防止有效组分随水蒸气一起升华逸散，如：甘露醇、明胶等。3.抗氧化剂产品的自身氧化可消耗冻十样品内部和环境中的氧；放入电子或氢离子，可阻断冻十样品中氧化链式反应，抑制氧化酶活性，防止样品在冷冻十燥及储藏过程中氧化变质。如，硫代硫酸钠、维生素E、维生素C等。4.酸碱调整剂在冷冻十燥

6、、储藏过程中，将生物制品PH值调整到活性物质最稳定区域。常用的有：磷酸二氢钾、磷酸氢钠。（三）按物质的种类分1. 糖/多元醇类单糖（葡萄糖、半乳糖）：糖与生物制品活性组分的分子形成氢键而代替了原有水的位置，起保护作用；低聚糖（蔗糖、海藻糖）:低聚糖能起到低温保护功能和脱水保护作用；海藻糖则具有相对较高的玻璃化转变温度。海藻糖蛋白质水微冰晶的形成，有效防止了水对玻璃化态的增塑作用。并且其内部氢键较少，有利于蛋白质分子问形成氢键。多元醇（甘露醇、山梨醇、丙三醇）：多元醇具有和糖一样的作用。甘露醇无菌滤液稳定，不易被氧化，可提供支持结构，并且不与活性组分发生反应；山梨醇是甘露醇的同分异构体，但其溶液

7、度比甘露醇大，在常温下呈粘稠的透明状液体，有旋光性，略有甜味，具有吸湿性，高温下不稳定，在冷冻十燥配方中，山梨醇常用作填充剂。2. 表面活性剂类表面活性剂是降低界面的张力，亲水、亲油基组成的化合物。表面活性剂可分为离子型、非离子型。凡是溶于水能电离成离子的，称为离子型表面活性剂，否则称为非离子型表面活性剂。表面活性剂在冻结和脱水过程中既能降低冰、水界面张力所引起的冻结和脱水变形，乂能在复水过程中对活性组分起到润湿剂和重皱褶剂的作用。但在冻十生物制品测定和长期储藏中，表面活性剂并没有保护作用。3. 氨基酸类氨基酸是蛋白质的基本构成单位，其中最主要的是a-氨基酸。常用的氨基酸类保护剂有甘氨酸、谷氨

8、酸、精氨酸和组氨酸，试验表明氨基酸是最好的填充剂。低浓度甘氨酸可通过抑制10或100mmol/L磷酸缓冲盐结晶，所致PH值的改变而阻止蛋白质药物变性，并且能升高成品的塌陷温度，阻止因塌陷而引起的蛋白质药物的破坏。4.其它添加剂类其它添加剂类保护剂包括抗氧化剂、缓冲剂和冻十加速剂。抗氧化剂：一种是抗氧化剂的自身氧化，消耗冻十样品内部和环境中的氧，使冻十样品物料不被氧化；另一种是抗氧化剂给出电子或氢离子，阻断冻十样品中的氧化链式反应；还有一种方式是抗氧化剂通过抑制氧化镁的活性而防止冻十样品的氧化变质，如维生素E、维生素G硫代硫酸钠、硫脉。缓冲剂：蛋白质具有两性电解质，既能和酸作用乂能和碱作用。在中性环境中，大多数蛋白质是稳定的，由于蛋白质溶液在冻结过程中溶液的浓度是逐渐升高的，所以在高浓度时可改变溶液的PH值，PHffi变化4个单位导致蛋白质变性，使生物制品失活。因此在冻十保护剂配方中，需添加适量缓冲剂。如，磷酸二氢钾、磷酸二氢钠。冻十加速剂：冷冻十燥过程耗时长、耗能多，迫切需要对冻十循环进行优化，降低生产成本。