海藻糖为什么是优的冻干保护剂——从玻璃化转变温度说起

发布时间：2021-11-24

关键词：海藻糖，玻璃化转变温度，冻干保护剂，蛋白保护剂，注射级，生物制品，疫苗

 

1.玻璃化转变

聚合物科学中，玻璃化转变是指非晶态聚合物或晶态聚合物中的非晶部分从玻璃态到橡胶态或从橡胶态到玻璃态的转变，此时链段的微布朗运动在冷却时被冻结或在升温时被解冻，其特征温度被称为玻璃化转变温度，用Tg表示。

当外界温度低于玻璃化转变温度时，体系所处状态为玻璃态，此时分子运动能量很低，链段基本处于“冻结”状态，高分子链不能实现构象的转变，体系黏度很高，各种受扩散控制的松弛过程进行的十分缓慢，甚至不会发生。而当外界温度高于玻璃化转变温度时，体系所处状态为橡胶态，体系黏度急剧降低，各种受分子扩散运动控制的变化反应相当快。

 

2.玻璃化转变温度与制品储藏稳定性的关系

生物高聚物是典型的无定形或部分无定形物，因此对于含有生物大分子的食品或药品来说，玻璃化转变可以用来评估引起腐败变质的各种动力学过程，诸如冷冻干燥过程中制品的皱缩、塌陷、结晶、褐变，或喷雾干燥过程中制品的发粘、烧结等现象都是可以借助玻璃化转变来解释的物理化学变化。

由于水对无定形物质的增塑作用，玻璃化转变温度受制品水分含量的影响很大。特别是水分含量相对较低的干燥制品，其加工贮藏过程中的物理性质和质构受水分增塑性影响更为显著。如乳糖、蔗糖及其与果糖的混合物，玻璃化转变温度随水分含量的增加呈快速下降趋势。

冻干制品由于在冷冻干燥过程中形成了多孔疏松结构，使得制品水分含量随着吸湿过程的进行而增加，导致玻璃化转变温度不断降低，制品由相对稳定的玻璃态转化为不稳定的橡胶态，其黏度骤降几个数量级，多孔层不能支持自身重力而出现皱缩、微观流动甚至塌陷现象。

水对无定形物的上述增塑效应可以从两个方面加以解释：一方面水在体系中引入了自由体积，为溶质分子链段运动提供了所需的空间；另一方面，水分子会破坏聚合物链之间的氢键，减弱了分子间力，从而使分子链有更大的活动性，使分子与分子链完全冻结所需的温度即玻璃化转变温度降低。

此外，诸如氧化、褐变、蛋白质失活等现象也可以借助玻璃化转变来解释：在玻璃化转变温度之下，由于分子链段运动处于冻结状态，分子扩散系数非常小，诸如结晶、酶活性等受扩散控制的相对反应速率几乎为零，体系处于相对稳定状态；但在玻璃化转变温度以上时，由于分子链段运动被解冻，体系黏度迅速下降，扩散系数迅速上升，导致各种反应速率迅速加快，体系处于非稳态，有发生结块、塌陷等不良反应的趋势。

 

3.提高玻璃化转变温度对制品储存有重要意义

综上所述，当制品储藏温度低于玻璃化转变温度时，体系处于相对稳定的玻璃态，制品储藏稳定性好，保质期长；当储藏温度高于其玻璃化转变温度时，体系处于不稳定的橡胶态，该状态下制品容易发生氧化、褐变、酶失活等现象，稳定性差，保质期短。

因此，为延长储藏期限，保证制品品质，同时控制储运成本，应尽可能提升制品自身的玻璃化转变温度。

实际生产过程中，常在体系中加入添加剂来提高体系玻璃化转变温度。

 

4.海藻糖的应用优势

在常见糖类保护剂中，海藻糖具有最高的玻璃化转变温度（115℃），可以有效提升体系的玻璃化转变温度。

此外，海藻糖具有低吸湿特性。将海藻糖放置在相对湿度90%以上的地方超过1个月，海藻糖也几乎不会吸湿。因此当选择海藻糖作为冻干保护剂时，无需担心由于其吸湿导致体系玻璃化转变温度降低。

对于生物制品，海藻糖作为一种稳定的非还原性双糖，不含还原基，不与蛋白质等活性物质反应，且具有对生物大分子和生物体的非特异性保护作用，是理想的冻干保护剂或蛋白保护剂选择。

 

5.艾伟拓（AVT）海藻糖产品介绍

艾伟拓（AVT）注射级海藻糖产品，超低内毒素（<0.1IU/g）,符合各国药典标准，支持中美双报，已同中国各大生物制药药企稳定合作；本地化生产供应，产能充足，吨级现货供应，适用于化药、生物制品、疫苗等各类高端制剂生产需求。