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菌种冻干是微生物保存领域中的一项关键技术
点击次数：44 更新时间：2025-07-03
菌种冻干(Lyophilization，又称冷冻干燥)是微生物保存领域的一项关键技术，通过低温冷冻→真空升华→解析干燥三步法，将菌体中的水分以冰晶形式直接升华去除，获得含水量低(通常<5%)的干燥菌粉。
菌种冻干的核心在于通过物理状态变化实现菌体脱水，同时保留其生物学活性。其工艺流程可分为三个阶段：
1.预处理阶段：保护剂添加与菌体稳定
保护剂选择：糖类(如海藻糖、蔗糖)：通过氢键替代水分子与菌体蛋白质结合，防止冷冻导致的蛋白质变性；
蛋白质类(如牛血清白蛋白、脱脂奶粉)：形成包裹层，减少冰晶对细胞膜的机械损伤；聚合物(如聚乙烯吡咯烷酮、聚乙二醇)：调节溶液粘度，控制冰晶生长速率。
菌体悬浮：将菌体与?；ぜ涟匆欢ū壤?通常1:1~1:5)混合，制成浓度约10~100 CFU/mL的悬浮液，确保冻干后菌粉的活菌数达标。
2.冷冻阶段：冰晶形成与细胞?；?br />
快速冷冻(-80℃以下)：通过液氮或超低温冰箱实现，使菌体周围水分迅速形成细小冰晶(直径<10 μm)，减少冰晶对细胞膜的穿刺损伤；
慢速冷冻(-20℃至-40℃)：适用于部分对低温敏感的菌种(如某些放线菌)，通过控制降温速率(0.5~1℃/min)，允许细胞内水分逐步外排，减少胞内冰晶形成。
3.升华干燥阶段：真空环境下去除游离水
真空系统启动：当样品温度降至-40℃以下时，开启真空泵(压力通常<10 Pa)，使冰晶直接从固态升华为气态(无需经过液态)；
物理原理：根据克劳修斯-克拉佩龙方程，低温下冰的饱和蒸气压远低于水，因此真空环境可加速冰晶升华。
加热控制：通过隔板加热(温度范围-20℃~30℃)提供升华潜热(约2838 kJ/kg)，避免样品温度过低导致升华速率下降；
4.解析干燥阶段：去除结合水
提高温度(20℃~40℃)：在升华干燥完成后，进一步升高样品温度，破坏菌体与结合水之间的氢键，将残留水分(通常1%~3%)降低；
作用：结合水是微生物代谢活动的主要介质，去除后可抑制酶活性与化学反应，显著延长菌种保存期。
终点判断：通过压力上升测试(Pressure Rise Test)或残余水分分析(如卡尔费休法)确认干燥完成，通常总干燥时间需12~48小时。
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刘先生
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