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菌種凍干是微生物保存領(lǐng)域中的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)
點(diǎn)擊次數(shù)：82 更新時(shí)間：2025-07-03
菌種凍干(Lyophilization，又稱冷凍干燥)是微生物保存領(lǐng)域的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，通過(guò)低溫冷凍→真空升華→解析干燥三步法，將菌體中的水分以冰晶形式直接升華去除，獲得含水量低(通常<5%)的干燥菌粉。
菌種凍干的核心在于通過(guò)物理狀態(tài)變化實(shí)現(xiàn)菌體脫水，同時(shí)保留其生物學(xué)活性。其工藝流程可分為三個(gè)階段：
1.預(yù)處理階段：保護(hù)劑添加與菌體穩(wěn)定
保護(hù)劑選擇：糖類(如海藻糖、蔗糖)：通過(guò)氫鍵替代水分子與菌體蛋白質(zhì)結(jié)合，防止冷凍導(dǎo)致的蛋白質(zhì)變性；
蛋白質(zhì)類(如牛血清白蛋白、脫脂奶粉)：形成包裹層，減少冰晶對(duì)細(xì)胞膜的機(jī)械損傷；聚合物(如聚乙烯吡咯烷酮、聚乙二醇)：調(diào)節(jié)溶液粘度，控制冰晶生長(zhǎng)速率。
菌體懸?。簩⒕w與保護(hù)劑按一定比例(通常1:1~1:5)混合，制成濃度約10~100 CFU/mL的懸浮液，確保凍干后菌粉的活菌數(shù)達(dá)標(biāo)。
2.冷凍階段：冰晶形成與細(xì)胞保護(hù)
快速冷凍(-80℃以下)：通過(guò)液氮或超低溫冰箱實(shí)現(xiàn)，使菌體周圍水分迅速形成細(xì)小冰晶(直徑<10 μm)，減少冰晶對(duì)細(xì)胞膜的穿刺損傷；
慢速冷凍(-20℃至-40℃)：適用于部分對(duì)低溫敏感的菌種(如某些放線菌)，通過(guò)控制降溫速率(0.5~1℃/min)，允許細(xì)胞內(nèi)水分逐步外排，減少胞內(nèi)冰晶形成。
3.升華干燥階段：真空環(huán)境下去除游離水
真空系統(tǒng)啟動(dòng)：當(dāng)樣品溫度降至-40℃以下時(shí)，開(kāi)啟真空泵(壓力通常<10 Pa)，使冰晶直接從固態(tài)升華為氣態(tài)(無(wú)需經(jīng)過(guò)液態(tài))；
物理原理：根據(jù)克勞修斯-克拉佩龍方程，低溫下冰的飽和蒸氣壓遠(yuǎn)低于水，因此真空環(huán)境可加速冰晶升華。
加熱控制：通過(guò)隔板加熱(溫度范圍-20℃~30℃)提供升華潛熱(約2838 kJ/kg)，避免樣品溫度過(guò)低導(dǎo)致升華速率下降；
4.解析干燥階段：去除結(jié)合水
提高溫度(20℃~40℃)：在升華干燥完成后，進(jìn)一步升高樣品溫度，破壞菌體與結(jié)合水之間的氫鍵，將殘留水分(通常1%~3%)降低；
作用：結(jié)合水是微生物代謝活動(dòng)的主要介質(zhì)，去除后可抑制酶活性與化學(xué)反應(yīng)，顯著延長(zhǎng)菌種保存期。
終點(diǎn)判斷：通過(guò)壓力上升測(cè)試(Pressure Rise Test)或殘余水分分析(如卡爾費(fèi)休法)確認(rèn)干燥完成，通?？偢稍飼r(shí)間需12~48小時(shí)。
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