冷冻干燥保护剂冷的分类

按分子量分类 

低分子量化合物：又可以分为酸性物质、中性物质和碱性物质。酸性物质主要为谷氨酸、天冬氨酸、苹果氨酸、乳酸等；中性物质主要为葡萄糖、肌醇、乳糖、蔗糖、棉籽糖、海藻糖、山梨醇D、L-苏氨酸、肌醇、木糖醇等；碱性物质主要为精氨酸和组氨酸等。

高分子化合物：主要如白蛋白、明胶、蛋白胨、可溶性淀粉、糊精、肉汁、果胶、阿拉伯胶、羟甲基纤维素、藻类等以及天然混合物如脱脂牛奶、血清等。

一般认为，低分子化合物在冻干过程中直接发挥作用；而高分子化合物则是促进低分子化合物的保护作用。因此，制备保护剂配方时，一般多将低、高分子化合物配合使用。

按保护剂功能和性质分类 

冻干保护剂（lyoprotectant）：在冻结和干燥过程中，可以防止活性组分发生变性的物质，如甘油、二甲亚砜（DMSO）、海藻糖、蔗糖、聚乙烯吡咯烷酮（PVP）等；

填充剂（bulking agent，bulking compound）：能防止有效组分随水蒸气一起升华逸散，并使有效组分成形的物质，如甘露醇、乳糖、明胶等；

抗氧化剂（antioxidant）：用作防止生物制品在冷冻干燥过程以及贮藏过程中发生氧化变质的物质，如维生素D、维生素E、蛋白质水解物、硫代硫酸钠等；

酸碱调整剂（buffer agent, PH modifier ）：在冷冻干燥过程和贮藏过程中，能将生物制品的pH值调整到活性物质的zui稳定区域的物质，如磷酸、山梨醇、EDTA（乙二胺四醋酸二纳）、氨基酸等。

按物质的种类分类

糖/多元醇类(sugars/polyols)、

聚合物类(polymers)、

表面活性剂类(surfactants)、 

氨基酸类(amino acids)

盐类(salts)

在冷冻干燥配方中，除了活性组分和溶剂以外，还要使用多种添加剂。这些添加剂，有的被称为保护剂,有的被称为添加剂，而又有的被称为赋形剂（excipient），至今没有统一的叫法。赋形剂一词来源于药剂学，原来是指构成药物或抗原的无活性物质辅料 (如阿拉伯胶、糖浆、淀粉)，特别是指在药物混合物中有大量液体情况下，为使混合物有较高的粘性，以便制备丸剂或片剂而加入的物质。而后来，赋形剂的名称被扩大了。根据文献资料统计，“赋形剂”一词在冷冻干燥配方中用得比较多。

在生物制品的冷冻干燥配方中，有些赋形剂只能起到某一特定的作用；而有些赋形剂可以同时起到几方面的作用。如PVP既可用作低温保护剂，同时也可以用作填充剂。对保护剂在配方中具体起什么作用，有时很难严格区分开来。即使是同一种物质，在不同的冻干品也可能表现出不同的作用。

糖/多元醇类保护剂

糖和多元醇的定义

糖的主要组成元素是碳、氢、氧；而且其中氢和氧的比例总是2 ：1，恰好与水中氢和氧的比例相同，所以，糖类也被称为碳水化合物（carbohydrate）。糖类一般可分为单糖、低聚糖和多糖三类。单糖是糖类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个单糖分子的糖，主要有蔗糖、麦芽糖、乳糖、海藻糖、棉子糖等；多糖指能被水解成更多的单糖和低聚糖的糖，主要有淀粉、纤维素、果胶等。

含有两个或两个以上羟基的醇统称为多元醇，又称糖醇（sugar alcohol）。在生物制品的低温冻结、解冻、冷冻干燥以及保存过程中，使用较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团都是羟基，所以，它们用作低温保护剂和冷冻干燥保护剂时，具有一定的共性。 

单糖

从理论上讲，在生物制品的冷冻干燥过程中，如果糖类与生物制品活性组分的分子形成氢键而替代了原有水的位置，那么，它对这些生物制品就能够提供保护作用。

实验证明，单糖（如葡萄糖、半乳糖）对蛋白质的冷冻干燥过程不能起到保护作用，这是因为单糖在冻结过程中只能提供非常微弱的稳定作用，使得蛋白质在脱水干燥前就发生了不可逆变性。而相同浓度的海藻糖在冻结过程和脱水过程中却都能提供有效的保护作用。

目前的生物制品的冷冻干燥配方中，一般不单独使用单糖作为保护剂，而是经常和其它赋形剂联用。

低聚糖

在许多生物制品的冷冻干燥过程中，常常采用低聚糖，尤其是二糖作为保护剂，这是因为二糖既能在冻结过程中起到低温保护剂的功能；又能在干燥脱水过程中起到脱水保护剂的作用。

二糖又分为还原性二糖和非还原性二糖，其中还原性二糖包括乳糖（lactose）、麦芽糖（maltose）等，非还原性二糖包括海藻糖（trehalose）和蔗糖（sucrose）等。

就冷冻干燥过程而言，无论还原性二糖还是非还原性二糖都具有很好的保护效果，但在生物制品冷冻干燥后的贮藏过程中，由于还原性二糖的存在会使得冻干品发生Maillard反应（蛋白质褐变反应），zui终导致冻干品发生变质。所以，在食品、药品以及生物体的冷冻干燥配方中，蔗糖和海藻糖是zui常用的两种保护剂。

海藻糖的特异性

海藻糖是一种天然糖类, 是由特殊双糖分子构成的非还原性糖，非常稳定，能够在高温、高寒、干燥失水等恶劣的条件下在细胞表面形成特殊的保护膜，有效地保护生物分子结构不被破坏，从而维持生命体的生命过程和生物特征。 

多元醇

甘露醇为白色结晶粉末，无臭、味甜；在水中易溶，在乙醇、乙mi中几乎不溶；熔点166-170℃，沸点290-295℃；在无菌溶液中较稳定，不易被空气氧化。在生物制品的冷冻干燥过程中，甘露醇一般用作填充剂，这是因为在慢速冻结时会结晶，从而为活性组分提供支撑结构；同时甘露醇也不会与活性组分发生反应。

山梨醇是甘露醇的同分异构体，但其溶解度比甘露醇大，在常温下呈粘稠状透明液体，有旋光性；略有甜味，具有吸湿性，能溶解多种金属，高温下不稳定。在冷冻干燥配方中，山梨醇一般用作填充剂。

丙三醇又叫甘油，为无色透明的粘稠状液体，无臭而有甜味，熔点17.9℃，沸点290℃；吸水性强，能从空气中吸取水分；可以以任意比例与水、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机溶剂，不溶于油脂。在冷冻干燥配方中，一般用作低温保护剂。

糖/多元醇的浓度对保护效果的影响

糖/多元醇对生物制品冷冻干燥过程的保护效果与其添加的浓度直接相关。当糖/多元醇浓度提高到一定程度时，对蛋白质的稳定作用能力可能达到了极限，过高的浓度甚至会使得冷冻干燥过程中蛋白质发生变性。