在食品、藥品以及生物體的冷凍干燥和貯藏過程中，很多因素(例如，化學(xué)成分、凍結(jié)速率、凍結(jié)和脫水應(yīng)力、玻璃化轉(zhuǎn)變溫度、干燥固體中剩余水分、貯藏環(huán)境的溫度和濕度等)都會(huì)影響其中活性組分的穩(wěn)定性甚至?xí)?dǎo)致失活。

大量的實(shí)驗(yàn)研究表明，除了一些食品、人血漿、牛奶等少數(shù)物料可以直接冷凍干燥外;大多數(shù)的藥品和生物制品，都需要添加合適的冷凍干燥保護(hù)劑和添加劑，配制成混合液后，才能進(jìn)行有效的冷凍干燥和貯藏。

1、表面活性劑類的保護(hù)劑

通常把凡是能降低界面張力的,由親水和親油基組成的化合物,稱為表面活性劑。它們分子中的碳?xì)滏湶糠质窃斐扇苡谟偷脑?/span>,而分子中的極性基（如-COOH、-OH)則對(duì)水有親和力。當(dāng)這些分子處于空氣-水界面或油-水界面時(shí),親水基會(huì)定位在水相,而親油基則指向氣相或油相。

表面活性劑可分為離子型和非離子型兩大類。凡是溶于水時(shí)能電離成離子的，稱為離子型表面活性劑;否則,稱為非離子型表面活性劑。

在生物制品的冷凍干燥的全過程中,表面活性劑既能在凍結(jié)和脫水過程中降低冰-水界面張力所引起的凍結(jié)和脫水變性,又能在復(fù)水過程中對(duì)活性組分起到潤(rùn)濕劑和重褶皺劑的作用，近些年來,表面活性劑在食品、藥品和生物體的低溫保存和冷凍干燥過程中得到了一定的應(yīng)用。下表列出了常用的表面活性劑。

2、氨基酸類的保護(hù)劑

氨基酸是蛋白質(zhì)的基本構(gòu)成單位,其中最主要的是α-氨基酸。它是由一個(gè)氨基(-NH₂)、一個(gè)羧基(-COOH)、一個(gè)氫原子(-H)和一個(gè)R基團(tuán)(-R)連接在一個(gè)α碳原子所組成。a-氨基酸及其兩性離子的結(jié)構(gòu)通式如下:

由于氨基酸離子具有酸、堿兩性,因此能夠在生物制品的低溫保存和冷凍干燥過程中能抑制溶液的pH變化,從而達(dá)到保護(hù)活性組分的目的。

由于氨基酸同時(shí)含有羧基(酸性)和氨基(堿性),在生物制品溶液的凍結(jié)過程中,它能夠抑制溶液的pH變化。此外,有許多氨基酸還是很好的填充劑。冷凍干燥配方中常用的氨基酸,如下表所示：

3、其他添加劑

(1) 抗氧化劑

抗氧化劑的種類繁多,抗氧化的作用機(jī)理也不盡相同,但都以其還原性為依據(jù)。一種是抗氧化劑的自身氧化,消耗凍干樣品內(nèi)部和環(huán)境中的氧,使凍干樣品物料不被氧化;另一種是抗氧化劑給出電子或氫原子,阻斷凍干樣品中的氧化鏈?zhǔn)椒磻?yīng);還有--種方式是抗氧化劑通過抑制氧化酶的活性而防止凍干樣品的氧化變質(zhì)。在食品、藥品和生物體的冷凍干燥和儲(chǔ)藏中常用的抗氧化劑如表所示。

(2) 緩沖劑

由于在蛋白質(zhì)溶液的凍結(jié)過程中,溶液的濃度逐漸提高。在高濃度時(shí)可能會(huì)改變?nèi)芤旱?pH,嚴(yán)重情況下會(huì)導(dǎo)致蛋白質(zhì)變性,從而直接使得生物制品失活。所以，在生物制品的凍干保護(hù)劑配方中,往往要添加適量的緩沖劑。常用的緩沖劑如表所示。

(3) 凍干加速劑

冷凍干燥過程耗時(shí)長(zhǎng)、耗能多,因此迫切需要對(duì)凍干循環(huán)進(jìn)行優(yōu)化,降低生產(chǎn)成本。近年來發(fā)現(xiàn),在凍干配方中加入適量的叔丁醇(tertiary butyl alcohol)后,凍結(jié)時(shí)會(huì)形成針狀結(jié)晶;冰晶升華后,留下了管狀通道,使水蒸氣流動(dòng)阻力大大減小升華速率顯著提高。

叔丁醇是一種小分子醇,分子式為(CH;)COH,與水互溶,具有低毒性高蒸氣壓,既可以單獨(dú)作為凍干溶劑,又可以與水組成復(fù)合溶劑,目前的研究熱點(diǎn)是叔丁醇-水復(fù)合溶劑[71~"4]。

在藥品水溶液中加入叔丁醇能起到以下作用:

1)可以降低干燥層阻力,從而加速了干燥過程,縮短了干燥時(shí)間。

2)溶解難溶于水的藥品。

3)使產(chǎn)品具有高的比表面積、好的外觀,并易于復(fù)水。

4)可提高藥品溶液和凍干品的穩(wěn)定性。

5)有一定的抑菌作用。