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冷凍干燥機通過配置制而成的溶液,先降溫凍結成固體,然后在真空的狀態(tài)下,通過升高環(huán)境溫度,使得水分從固體直接升華為水蒸氣,減少制品中的水分,從而保證物質中的熱敏成分得到保護,也可以保證物質中一些易氧化的成分損失減少,確保制品不會出現(xiàn)問題。...
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層析冷柜是專為生化層析實驗而研制的特殊用途低溫柜,也可用于其他需要低溫環(huán)境的實驗,或用于物品冷藏。經(jīng)過科學設計,冷柜總高度一般不超過2米,便于進出房間和電梯。層析冷柜主要用在生命科學研究的高校學科和科研院所,主要用來進行各種酶類,肽類,大分子,核酸等物質的生化層析分析試驗。也可用于其他需要低溫環(huán)境的實驗,或用于物品冷藏。專門為對溫度要求很高的各種應用設計,可以在箱內操作層析設備和其它簡易安裝的儀器和設備。...
真空冷凍干燥機是一種常用的干燥設備,通常被用于制藥、食品、化妝品等行業(yè)。干燥過程中,先將原料物質冷凝為固體,再在低壓下使其變成氣體。這個過程中,物質的溫度始終低于冰點溫度,從而避免了原料的熱性質損失。在真空環(huán)境下,水分子很容易變成氣態(tài),把水分從器皿中抽出,達到干燥效果。...
冷凍干燥機是一種廣泛應用于食品、生物制藥、化學等領域的干燥設備。常規(guī)的干燥方法通常包括自然干燥、熱風干燥、真空干燥等。那么,冷凍干燥機與常規(guī)方法相比具有哪些優(yōu)勢呢?在本文中,我們將對兩者的原理、設備特點、應用場景等方面進行詳細對比。...
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冷凍干燥過程和儲藏過程的變性機理

更新日期:2018-12-21 00:00:00
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    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,化學成分、凍結速率、凍結和脫水應力、玻璃化轉變溫度、干燥固體中剩余水分、貯藏環(huán)境的溫度和濕度等)都會影響其中活性組分的穩(wěn)定性甚至會導致失活。

大量的實驗研究表明,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劑和添加劑,配制成混合液后,才能進行有效的冷凍干燥和貯藏。 

    在生物制品的冷凍干燥過程中,主要有三種效應會導致生物制品中活性組分的變性:低溫效應、凍結效應和脫水效應。

低溫效應

     生物制品中活性組分在降溫與復溫過程的一定溫度范圍內會發(fā)生變性。如對卵清蛋白(ovalbumin)的研究發(fā)現(xiàn),在-10℃~-40℃之間,其活性顯著降低,而繼續(xù)降溫到在-192℃,活性幾乎沒有變化。 

凍結效應

 包括離子濃度的增加、冰晶的形成與生長、pH值變化以及相分離等 

  (1)在生物制品的凍結過程中,不斷結晶會導致溶液的濃度快速升高。小分子糖在最大凍結濃縮基質中的計算濃度高達80%。當溶液濃度發(fā)生變化時,離子濃度增加,促進了化學反應。

  (2)在生物制品溶液在凍結過程中也會產(chǎn)生大量的冰-水界面。其中活性組分分子,如蛋白質,可能會被吸附到界面上,從而可能破壞蛋白質的天然褶皺結構,最終導致蛋白質變性。 

  (3)在有些生物制品溶液的凍結過程中,溶液的pH值也會發(fā)生變化。如在添加有pH值為7的磷酸鹽緩沖液(NaH2PO4和Na2HPO4的摩爾比為0.72)的蛋白質溶液凍結過程中,由于NaH2PO4的溶解度遠遠大于Na2HPO4,當溶液達到三相共晶點時,它們之間的摩爾比為57,最終導致了pH值的很大改變。蛋白質發(fā)生物理聚集和化學變性。 

脫水效應

(1)水溶液中蛋白質經(jīng)過充分水合作用后,在蛋白質分子表面附著一單層水,這就是所說的水合層(hydration shell)。一般來講,參與完全水合作用的水含量為0.3-0.35g(水)/g(蛋白質)。而在凍干蛋白質產(chǎn)品中水的含量一般不超過10%,因此,必定有一部分結合水在干燥過程中被除去。

(2)結合水的去除很可能破壞蛋白質的天然結構,最終導致蛋白質變性。這是因為富含結合水的蛋白質在脫水過程中暴露在乏水環(huán)境中,將質子轉化為帶電羧酸基團,破壞了蛋白質中電荷平衡,電荷密度的降低可能促進蛋白質分子之間的疏水作用,從而使蛋白質發(fā)生聚集 。 

儲藏過程

1、蛋白質凝聚:是凍干生物制品活性組分在貯藏過程中發(fā)生變性的主要因素之一。導致蛋白質凝集可能是物理(非共價)相互作用,也可能是蛋白質發(fā)生化學凝集(共價)。  

2、脫酰胺作用:也是蛋白質發(fā)生變性的主要途徑之一。天冬酰胺(Asn)和//33、氨酰胺(Gln)是蛋白質中易于發(fā)生脫酰胺作用的兩種氨基酸。

4、非酶褐變:也稱作Maillard反應。它使得還原性糖(如葡萄糖)與蛋白質中的賴氨酸(lysine)和精氨酸(arginine)形成碳水絡合物。 

5、氧化反應:蛋白質中蛋氨酸Met,胱氨酸Cys,組氨酸His,色氨酸Trp和酪氨酸Tyr殘基的側鏈是發(fā)生氧化反應的可能位置。 

6、水解作用: 雖然凍干的蛋白質中含有極少量的水分,但在貯藏過程中仍然會發(fā)生水解作用。 

如前所述,生物制品的冷凍干燥過程是一個多步驟過程,會產(chǎn)生低溫、凍結和脫水等多種效應;即使成功完成冷凍干燥過程后,在長期保存過程中也很難保證凍干生物制品活性組分的穩(wěn)定性。為了防止生物制品在冷凍干燥和貯藏過程中活性組分的變性,研究者們研究和探索了大量有效的保護劑。

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