四环冻干—纳豆激酶的冻干

纳豆激酶的冻干

       脉管栓塞、脑血栓中风、急性心肌梗死等心血管疾病，是当今社会中严重危害人们身体健康的主要疾病之一。纳豆激酶有很好的溶解血栓的作用，且在体内的半衰期长达8天，比目前盛行的纤溶酶类药品的半衰期长。此外，它还具有天然、无毒、无副作用，口服与注射同样有效，且作用迅速，可由细菌发酵生产等优点，故而可望开发成为新型的防治血栓病的药物和保健品。纳豆激酶是纳豆菌经由大豆发酵制造出来的生物酶，是由275个氨基酸残基组成的单链多肽，在低于40℃时活性相对稳定，高温时会失去活性。冻干法是目前保存生物活性材料Z方便有效的一种干燥方法。通过开展纳豆激酶冻干研究，优化冻干工艺参数，可以减小冻干过程中纳豆激酶活性的损失，提高生产效率。西安工业大学的彭润玲博士完成了纳豆激酶的冷冻干燥研究。

一、纳豆激酶物性参数的测定

含水率的测定  

       利用OHAUS公司生产的MB45型水分测定仪测定纳豆激酶的含水率，取3次测量结果的平均值，确定实验用纳豆激酶溶液的含水率为95.57%。

共晶点和共熔点温度的测

      用电阻测定法，测量曲线见图4-6～图4-9，确定纳豆激酶溶液的共晶点和共熔点温度为-23℃。

二、纳豆激酶冻干的实验

纳豆激酶溶液的冻结

        采用真空蒸发冻结的方法，将装有纳豆激酶溶液的料盘放在冻干箱的搁板上，只给捕水器制冷到-40℃之后，开启真空泵直接抽真空。随着压力降低，纳豆激酶溶液内的自由水分蒸发加剧，外界不提供蒸发潜热，吸收物料本身的热量自然降温而实现冻结。

       生物酶溶液装量厚度不同时，真空蒸发冻结过程中温度随时间的变化如图5-29所示，厚度小时，降温速率比较快，厚度较大时，降温速率较慢，但对Z终冻结温度的影响不大，均低于-34℃的共晶点温度。

       纳豆激酶溶液的厚度与降温速率之间的关系如图5-30所示，图中离散点为实测值，实线为回归方程曲线。回归方程为C=11.41608-0.50899h。

式中，c为降温速率，℃/min；h为物料厚度，mm。相关系数R=0.99691，拟合效果显著。根据回归方程可求出物料不同厚度(3～15mm)时的降温速率。

       真空度降到500Pa左右时，物料温度迅速下降，同时可观察到物料会起泡，甚至产生飞溅现象。另外在物料厚度超过10mm时，还会有二次沸腾现象。这是因为在500Pa左右，物料表面蒸发速率非常快，物料上层会先冻结，物料下层来不及冻结，但之后冻结层上空压力还在继续减小，冻结层上下压差产生的压力大于冻结层的强度极限时，会引起二次沸腾，蒸发加速，造成降温速率又一次突然增加，这一点从图5-29中也可以看出来。实验过程中还发现若将搁板温度预先降到-10℃，可大大减小因沸腾导致的飞溅现象。

纳豆激酶溶液冻结物的干燥

        上述纳豆激酶溶液采用真空蒸发冻结方法冻结后，继续抽真空，并用隔板加热，以补充升华热。图5-31中为装料厚度为6mm时，纳豆激酶溶液的抽真空冻结干燥过程典型的工艺曲线。

        在纳豆激酶含水量为95.57%的条件下，采用表5-14所示因素三水平的正交实验，得出的综合结果列于表5-15中。干燥后的纳豆激酶含水量Z高为4.64%。

       从表5-15极差R1可看出，冻干过程中几个影响纳豆激酶活力的因素主次顺序是：控制温度、冻结方式、真空室压力、物料厚度。试验4酶活力Z高，工艺参数为控制温度-5℃，装料厚度6mm, 真空蒸发冻结，真空室压力10Pa,干燥时间730min。从表5-15极差R1可看出，冻干过程中几个影响冻干总时间的因素主次顺序是：物料厚度、冻结方式、控制温度、真空室压力，实验3时间Z短，但酶的活性不高，且一次加载的干燥量少，综合考虑试验4工艺。

        纳豆激酶物料厚度较小时，适合抽真空冻结干燥，抽真空冻结速率快，不仅酶活率高，还节省了预冻时间，且预冻时纳豆激酶溶液内的自由水开始蒸发，干燥（浓缩）即已开始，缩短了总的干燥时间，提高了生产效率。

         研发合理的冻干添加剂，如添加甘油、丙二醇、牛血清蛋白、明胶、海藻酸钠等有利于缩短了总的干燥时间，提高了生产效率。提高酶的热稳定性，可进一步提高酶的存活率，升高控制温度，减少干燥时间。