益生菌作為一種對宿主有益的活性微生物，在食品、醫藥、保健品等領域具有廣泛的應用前景。然而，益生菌在加工和儲存過程中容易失活，凍干技術作為一種有效的保存方法，能夠顯著延長益生菌的保質期。本文針對益生菌凍干工藝進行優化，并篩選出合適的保護劑，以提高益生菌的存活率和穩定性。通過多體系凍干技術的應用，實現了對益生菌凍干過程的精細化控制，為益生菌產品的工業化生產提供了理論依據和技術支持。

一、引言

益生菌是指當攝入足夠數量時，能夠對宿主健康產生有益影響的活性微生物。常見的益生菌包括雙歧桿菌、嗜酸乳桿菌、干酪乳桿菌等。益生菌在調節腸道菌群、增強免疫力、預防和治療腹瀉等方面具有顯著的功效。然而，益生菌在生產和儲存過程中容易受到環境因素的影響而失活，這限制了其在實際應用中的效果。凍干技術作為一種能夠有效保存微生物活性的方法，通過將微生物在低溫下快速凍結，然后在高真空條件下升華水分，使微生物處于干燥狀態，從而延長其保質期。本文旨在通過優化益生菌凍干工藝和篩選合適的保護劑，提高益生菌的存活率和穩定性，為益生菌產品的開發和應用提供技術支持。

二、益生菌凍干工藝優化

（一）預處理

在凍干之前，對益生菌進行預處理是提高其凍干存活率的關鍵步驟之一。預處理主要包括細胞的收集、洗滌和懸浮。細胞的收集通常采用離心法，將發酵后的益生菌細胞從培養基中分離出來。洗滌過程中，使用生理鹽水或無菌水對細胞進行多次洗滌，以去除培養基中的殘留成分，減少對益生菌細胞的不良影響。最后，將洗滌后的細胞懸浮于合適的保護劑溶液中，為后續的凍干過程做好準備。

（二）凍結過程凍結是凍干技術中的關鍵步驟之一，凍結速度的快慢對益生菌細胞的存活率有重要影響。快速凍結可以使細胞內的水分迅速形成細小的冰晶，減少冰晶對細胞結構的損傷。常用的快速凍結方法包括液氮速凍和低溫冰箱凍結。液氮速凍的溫度極低（-196℃），能夠在短時間內使細胞凍結，有效保護細胞的活性。然而，液氮速凍設備成本較高，操作過程需要嚴格的安全防護措施。低溫冰箱凍結的溫度一般在-80℃左右，雖然凍結速度相對較慢，但設備成本較低，操作方便。在實際應用中，可以根據具體的實驗條件和益生菌種類選擇合適的凍結方法。

（三）升華解析干燥

升華解析干燥是凍干過程中的核心環節，通過在高真空條件下使冰晶直接升華成水蒸氣，從而實現細胞的干燥。升華解析干燥過程中，溫度和壓力的控制至關重要。溫度過高會導致細胞失活，而溫度過低則會延長干燥時間，降低生產效率。壓力的控制也會影響升華速率和細胞的存活率。一般來說，升華解析干燥過程分為兩個階段：第一階段是大量升華階段，此時溫度和壓力的控制較為寬松，主要目的是使細胞內的水分快速升華；第二階段是解析干燥階段，此時溫度和壓力的控制更為嚴格，以確保細胞內的水分wan全去除，同時避免細胞失活。在升華解析干燥過程中，還可以采用階段升溫法，即在升華干燥過程中逐步提高溫度，以提高干燥效率，同時減少對細胞的損傷。

三、保護劑篩選

（一）保護劑的種類

保護劑是凍干過程中用于保護益生菌細胞活性的重要成分。常見的保護劑包括糖類（如蔗糖、海藻糖、乳糖等）、蛋白質（如酪蛋白、明膠等）、氨基酸（如甘氨酸、丙氨酸等）以及一些復合保護劑。糖類保護劑能夠在凍干過程中形成玻璃態結構，防止細胞內水分的結晶，從而保護細胞的活性。蛋白質保護劑則可以通過與細胞表面的蛋白質相互作用，形成保護膜，減少細胞在凍干過程中的損傷。氨基酸保護劑能夠調節細胞內的滲透壓，維持細胞的穩定性。復合保護劑則是將多種保護劑按照一定的比例混合使用，通過協同作用提高保護效果。

（二）保護劑的篩選方法

保護劑的篩選需要綜合考慮益生菌的種類、保護劑的種類和濃度等因素。常用的篩選方法包括單因素實驗和正交實驗。單因素實驗是通過改變單一保護劑的濃度，觀察其對益生菌凍干存活率的影響，從而確定該保護劑的最佳濃度范圍。正交實驗則是通過設計多個因素和水平的實驗組合，同時考察多個保護劑對益生菌凍干存活率的綜合影響，從而篩選出最佳的保護劑組合。在篩選過程中，還需要考慮保護劑的成本和安全性等因素，以確保篩選出的保護劑在實際應用中的可行性和有效性。

四、多體系凍干技術

（一）多體系凍干技術的概念

多體系凍干技術是指在凍干過程中，通過多種凍干方法和技術手段的組合應用，實現對凍干過程的精細化控制，提高凍干產品的質量和穩定性。多體系凍干技術主要包括預凍多體系、干燥多體系和后處理多體系等方面。預凍多體系是指在凍結過程中，采用多種凍結方法和技術手段的組合，如液氮速凍與低溫冰箱凍結相結合，以實現對凍結過程的優化控制。干燥多體系是指在升華干燥過程中，采用多種干燥方法和技術手段的組合，如階段升溫法與真空脈沖法相結合，以提高干燥效率和細胞的存活率。后處理多體系是指在凍干完成后，采用多種后處理方法和技術手段的組合，如干燥后的包裝和儲存條件的優化，以提高凍干產品的穩定性和保質期。

（二）多體系凍干技術的應用

1. 預凍多體系應用：

在益生菌凍干過程中，采用液氮速凍與低溫冰箱凍結相結合的預凍多體系方法。首先將益生菌細胞懸浮液置于液氮中速凍1 - 2分鐘，使細胞迅速凍結，形成細小的冰晶，減少冰晶對細胞的損傷。然后將速凍后的細胞轉移到低溫冰箱中，繼續凍結2 - 3小時，使細胞內的水分wan全凍結。這種預凍多體系方法能夠在短時間內實現細胞的快速凍結，同時避免了細胞在凍結過程中的反復凍融，有效提高了益生菌的凍干存活率。

2. 干燥多體系應用：

在升華干燥過程中，采用階段升溫法與真空脈沖法相結合的干燥多體系方法。在升華干燥的第一階段，采用階段升溫法，將溫度從-40℃逐步升高至-20℃，同時控制壓力在10 - 20 Pa之間，使細胞內的水分快速升華。在升華干燥的第二階段，采用真空脈沖法，通過周期性地改變真空度，使細胞內的水分在脈沖壓力的作用下加速升華，同時減少細胞在干燥過程中的損傷。這種干燥多體系方法能夠在保證干燥效率的同時，有效提高益生菌細胞的存活率。

3. 后處理多體系應用：

在凍干完成后，采用多種后處理方法和技術手段的組合。首先，對凍干后的益生菌產品進行真空包裝，減少氧氣和水分的接觸，延長產品的保質期。此外，還可以在包裝中添加抗氧化劑和干燥劑，以防止產品在儲存過程中的氧化和吸濕。這種后處理多體系方法能夠有效提高凍干益生菌產品的穩定性和保質期，為益生菌產品的工業化生產和應用提供了有力保障。

五、綜上

通過優化益生菌凍干工藝和篩選合適的保護劑，結合多體系凍干技術的應用，能夠顯著提高益生菌的凍干存活率和穩定性。在凍干工藝優化方面，通過預處理、凍結過程和升華干燥的精細化控制，實現了對益生菌凍干過程的有效優化。在保護劑篩選方面，通過單因素實驗和正交實驗，篩選出了最佳的保護劑組合，為益生菌凍干提供了有效的保護。在多體系凍干技術應用方面，通過預凍多體系、干燥多體系和后處理多體系的綜合應用，實現了對凍干過程的精細化控制，進一步提高了益生菌凍干產品的質量和穩定性。本研究為益生菌產品的工業化生產提供了理論依據和技術支持，具有重要的實際應用價值。