凍幹保護劑是除賦形劑外，給於藥物有效成分在
凍幹機冷凍幹燥過程及凍幹後儲存階段保護藥物藥效的成分。常用保護劑有糖類、白蛋白、聚乙二醇等等。凍幹保護劑可影響生物製品的質量、效價和穩定性，改變生物製品的生產工藝，提高產品幹燥能力並增大產品批次間的穩定性。耐熱凍幹保護劑有免疫活性但無藥理活性，可在凍幹和保存時維持疫苗的穩定性，初次幹燥時在適宜的溫度下疫苗不倒塌，企業低成本即可獲取。
一、分類
(一)按相對分子量分按相對分子量分可分為低分子化合物和高分子化合物。
1.低分子化合物低分子化合物可提高微生物存活率，形成均一懸液，起到水分緩解作用。如：酸性物質：穀氨酸、天冬氨酸、乳酸；中性物質：葡萄糖、乳糖、蔗糖、海藻糖、山梨醇；堿性物質：精氨酸、組氨酸。
2.高分子化合物高分子化合物對微生物有保護作用，可促進其升華形成耐熱骨架阻斷熱傳導和熱輻射。如：白蛋白、明膠、蛋白腖、脫脂奶粉。水解明膠水解明膠可去掉雜質蛋白、無抗原性、無過敏反應、無熱源，並且分子量小、均質、易溶於水，可過濾除菌，共熔點為-12℃。對微生物的保護作用高出普通明膠10％以上。脫脂奶粉可促進升華、加熱滅菌，易取得均質產品，並擴大細胞相互間的距離。
(二)按功能和性質分1.耐熱凍幹保護劑耐熱凍幹保護劑在凍結和幹燥過程中，可防止活性組分變性，如海藻糖、蔗糖、聚維酮（PVP）等。2.填充劑可防止有效組分隨水蒸氣一起升華逸散，如：甘露醇、明膠等。3.抗氧化劑產品的自身氧化可消耗凍幹樣品內部和環境中的氧；放入電子或氫離子，可阻斷凍幹樣品中氧化鏈式反應，抑製氧化酶活性，防止樣品在冷凍幹燥及儲藏過程中氧化變質。如硫代硫酸鈉、維生素E、維生素C等。4.酸堿調整劑在冷凍幹燥、儲藏過程中，將生物製品PH值調整到活性物質zui穩定區域。常用的有：磷酸二氫鉀、磷酸氫鈉。
(三)按物質的種類分
1.糖/多元醇類單糖（葡萄糖、半乳糖）：糖與生物製品活性組分的分子形成氫鍵而代替了原有水的位置，起保護作用；低聚糖（蔗糖、海藻糖）：低聚糖能起到低溫保護功能和脫水保護作用；海藻糖則具有相對較高的玻璃化轉變溫度。海藻糖—蛋白質—水微冰晶的形成，有效防止了水對玻璃化態的增塑作用。並且其內部氫鍵較少，有利於蛋白質分子間形成氫鍵。多元醇（甘露醇、山梨醇、丙三醇）:多元醇具有和糖一樣的作用。甘露醇無菌濾液穩定，不易被氧化，可提供支持結構，並且不與活性組分發生反應；山梨醇是甘露醇的同分異構體，但其溶解度比甘露醇大，在常溫下呈粘稠的透明狀液體，有旋光性，略有甜味，具有吸濕性，高溫下不穩定，在冷凍幹燥配方中，山梨醇常用作填充劑。
2.表麵活性劑類表麵活性劑是降低界麵的張力，親水、親油基組成的化合物。表麵活性劑可分為離子型、非離子型。凡是溶於水能電離成離子的，稱為離子型表麵活性劑，否則稱為非離子型表麵活性劑。表麵活性劑在凍結和脫水過程中既能降低冰、水界麵張力所引起的凍結和脫水變形，又能在複水過程中對活性組分起到潤濕劑作用。但在凍幹生物製品測定和長期儲藏中，表麵活性劑並沒有保護作用。
3.氨基酸類氨基酸是蛋白質的基本構成單位，其中zui主要的是a-氨基酸。常用的氨基酸類保護劑有甘氨酸、穀氨酸、精氨酸和組氨酸，試驗表明氨基酸是的填充劑。低濃度甘氨酸可通過抑製10或100mmol/L磷酸緩衝鹽結晶所致PH值的改變而阻止蛋白質藥物變性，並且能升高成品的塌陷（崩解）溫度，阻止因塌陷而引起的蛋白質藥物的破壞。
4.其它添加劑類其它添加劑類保護劑包括抗氧化劑、緩衝劑和凍幹加速劑。抗氧化劑：一種是抗氧化劑的自身氧化，消耗凍幹樣品內部和環境中的氧，使凍幹樣品物料不被氧化；另一種使抗氧化劑給出電子或氫離子，阻斷凍幹樣品中的氧化鏈式反應；還有一種方式是抗氧化劑通過抑製氧化的活性而防止凍幹樣品的氧化變質，如維生素E、維生素C、硫代硫酸鈉、硫脲。緩衝劑：蛋白質具有兩性電解質，既能和酸作用又能和堿作用。在中性環境中，大多數蛋白質是穩定的，由於蛋白質溶液在凍結過程中溶液的濃度是逐漸升高的，所以在高濃度時可改變溶液的PH值，PH值變化4個單位導致蛋白質變性，使生物製品失活。因此在凍幹保護劑配方中，需添加適量緩衝劑。如，磷酸二氫鉀、磷酸二氫鈉。凍幹加速劑：冷凍幹燥過程耗時長、耗能多，迫切需要對凍幹循環進行優化，降低生產成本。叔丁醇是一種小分子醇，與水*互溶，具有低毒性、高蒸汽壓。在藥品水溶液中加入叔丁醇能起到以下作用：可降低幹燥層阻力，從而加速幹燥過程，縮短幹燥時間；對於難溶於水的藥品，可使產品具有較高的比表麵積、好的外觀，並易於複水，提高藥品溶液和凍幹品的穩定性，且有一定的抑菌作用。
二、凍幹保護劑的作用機理
(一)凍結過程中低溫保護機理“優先作用”機理認為，蛋白質溶液在達到zui大凍結濃度之前，優先與水作用（優先水合），而保護劑優先被排斥在蛋白質區域外（優先排斥）。這是由於保護劑的加入，增大了水分子的表麵張力，促使了蛋白質分子優先與水分子相互作用。在這種情況下，蛋白質分子外表麵比其體相中有相對較多的水分子和相對較少的保護劑分子，從而也就保護了蛋白質的天然構象。“優先作用”機理並不能*解釋用聚合物或蛋白質自身在高濃度時保護蛋白質的現象。因此，必然存在其他保護作用機理。表麵張力減小的機理可以用於解釋表麵活性劑對蛋白質溶液凍結過程的保護。限製蛋白質分子擴散的機理認為，許多保護劑都能夠提高溶液的粘度，抑製活性分子的擴散。
(二)幹燥過程中的保護機理玻璃態假說在含有保護劑溶液的幹燥過程中，當濃度足夠大且保護劑不發生結晶時，保護劑與活性組分混合物就會形成玻璃態。玻璃態分為兩種即：強玻璃和弱玻璃。在玻璃化轉變溫度以下進行降溫，弱玻璃粘度的增加，比強玻璃來的快。因此，賦形劑形成弱玻璃要比形成強玻璃的保護效果好得多。蔗糖和海藻糖就是因為能夠形成一種弱玻璃而具有很好的保護作用。水替代假說由於蛋白質分子中存在大量的氫鍵，結合水通過氫鍵與蛋白質分子連接。當蛋白質在冷凍幹燥過程中推動水分後，保護劑的羥基能夠替代蛋白質表麵上水的羥基，使蛋白質表麵形成一層“水合層”，這樣就可以保護氫鍵的聯結位置不直接暴露在周圍環境中，從而保持了蛋白質天然結構和功能的完整性。當冷凍幹燥時，保護劑可與生物大分子的失水部位形成氫鍵，替代保持生物大分子凍幹損傷。
(三)儲藏過程中的保護機理幹燥過程中出現的引起蛋白質變質的時間尺度為小時，而對於儲藏而言，時間尺度為月或年。在正確的冷凍幹燥工藝中，要求產品溫度接近於其玻璃化轉變溫度，而在正確的儲藏條件下，環境溫度應當比其玻璃化轉變溫度低得多，以獲得很長的鬆馳時間。
三、耐熱凍幹保護劑配方需要注意的問題
確定*的pH值生物製品中的活性成分（如蛋白質）隻有在很小的PH值範圍內才是穩定的，並且不同的PH環境會影響蛋白質的溶解性。*的PH環境有利於蛋白質的穩定性和它在溶液中的溶解性，冷凍幹燥配方的PH對凍幹生物製品長期儲藏的穩定性也會帶來很大影響。另外，酸堿度會影響固體狀態下蛋白質的物理和化學的穩定性。緩衝劑的選擇許多緩衝劑能夠用於生物製品耐熱保護劑配方中，但是並非每一種緩衝劑都能夠用於任何溶液；對PH值敏感的蛋白質溶液，就應當避免使用磷酸鈉緩衝液，這是由於在凍結過程中，Na2HPO4易於優先結晶，使得溶液的PH降低，zui終引起蛋白質變性；正確選擇緩衝劑的濃度也是很重要的。填充劑的選擇填充劑有相當好的溶解性，與生物製品中活性組分相容，沒有或者隻有很小的毒性，具有較高的共晶溫度。低溫、幹燥保護劑的選擇糖類是生物製品冷凍幹燥過程中使用zui頻繁的保護劑，一般不選用還原性糖，因為它可能與蛋白質之間發生非酶褐變反應；某些鹽類也要用作生物製品在冷凍幹燥過程中的保護劑；某些聚合物，因其能提高玻璃化轉變溫度，而常被用作保護劑。但是，聚合物與蛋白質分子形成氫鍵的能力遠遠低於糖類，所以常常采用聚合物和糖聯合使用，當然，這種方式並不是對每一種蛋白質都是有效的。本研究采用上海億倍中試機型YB-FD-50L進行凍幹保護劑效果驗證。上海億倍YB-FD-50L機型可實現預凍多階段控製，預凍溫度可調可控；升華階段及解析階段可按工藝要求進行製品溫度，箱內真空度及升溫速率控製。驗證過程中證實預凍過程中凍幹保護劑達到需求效果關聯因素有：凍幹設備性能（
凍幹機隔板均一性，降溫速率大小及傳熱性能等）；凍幹工藝是否擬合凍幹保護劑性能；凍幹保護劑濃度是否正確。
