菌种冻干（冷冻干燥）是一种通过低温冷冻和真空脱水实现微生物长期保存的技术，广泛应用于医药、食品、农业等领域。
一、菌种冻干的原理
冷冻干燥通过以下机制实现微生物的长期存活：
1. 低温冷冻：菌种悬液在低温（通常低于-40℃）下快速冻结，形成冰晶，抑制细胞代谢活动。
2. 真空升华：在真空条件下（<10Pa），冰晶直接升华为水蒸气，避免传统干燥导致的细胞结构破坏。
3. 休眠状态维持：最终菌种处于低温、干燥、缺氧的环境，代谢活动几乎停止，长期保持活性。
二、菌种冻干的方法
冻干工艺主要包括以下步骤：
1. 菌种准备
· 选择高活性、无污染的菌种，培养至对数生长期或稳定期（如细菌24-48小时，酵母3天）。
· 对耐氧性差的菌种（如厌氧菌），需在保护剂中脱氧处理。
2. 保护剂配制
· 常用保护剂包括脱脂乳、海藻糖、甘油等，需根据菌种特性调整浓度（5%-20%）。
3. 分装与预冻
· 分装量一般为0.1-0.2ml/管，预冻温度需低于菌种共晶点（通常-40℃至-80℃），时间不少于2小时。
4. 冷冻干燥
· 分为升华干燥（去除自由水）和解析干燥（去除结合水），总时长24-48小时，真空度控制在<5Pa。
5. 封存与保存
· 在真空状态下熔封安瓿管，避光保存于2-8℃或-20℃以下。
三、菌种冻干工艺的重要性
冻干工艺参数直接影响菌种存活率和稳定性：
1. 预冻速率：过快导致冰晶细小但溶质效应增强，过慢引发细胞脱水损伤。优化速率（如1-10℃/min）可提升存活率。
2. 真空度与温度：真空度<10Pa确保升华效率，加热板温度需低于菌种共熔点（通常-20℃至25℃）。
3. 干燥时间：不足会导致残留水分（>3%）引发氧化，过长则增加能耗。需结合菌种类型调整（如香菇冻干优化至7.27小时）。
四、菌种冻干保护剂配方的重要性
保护剂通过以下机制减少冻干损伤：
1. 渗透压调节：如甘露醇、海藻糖平衡细胞内外渗透压，防止冰晶机械损伤。
2. 玻璃化作用：海藻糖、脱脂乳形成玻璃态基质，稳定细胞膜和蛋白质结构。
3. 抗氧化与修复：谷胱甘肽、维生素C清除自由基，保护酶活性。
典型配方示例：
· 革兰氏阴性菌：甘露醇（8%）+海藻糖（5%）+维生素C（0.2%）。
· 肺炎链球菌：大豆胨（2%）+海藻糖（2%）+甘油（0.6%）+甘露醇（6%）。
五、菌种冻干设备的选择
设备选型需综合考虑以下因素：
1. 冻干面积与产能：实验室级设备（<0.2㎡）用于小批量研发，工业级设备（>0.5㎡）满足大规模生产。
2. 冷阱温度：推荐-80℃以下，确保高效捕水（避免坍塌）。
3. 温控精度：板层温度波动≤±1℃，支持梯度升温程序。
4. 自动化与灭菌：配备CIP/SIP系统（如LYO冻干机），符合GMP标准。
推荐设备类型：
· 实验室：Pilot2-4M、Pilot2-4H、Pilot2-4T、:-55℃冻干机,真空度调节，可以选择冻干终点判断。
· 工业级：LYO-1~LYO-50系列。
