四環凍干—納豆激酶的凍干

脈管栓塞、腦血栓中風、急性心肌梗死等心血管疾病，是當今社會中嚴重危害人們身體健康的主要疾病之一。納豆激酶有很好的溶解血栓的作用，且在體內的半衰期長達8天，比目前盛行的纖溶酶類藥品的半衰期長。此外，它還具有天然、無毒、口服與注射同樣有效，且作用迅速，可由細菌發酵生產等優點，故而可望開發成為新型的防治血栓病的藥物和保健品。納豆激酶是納豆菌經由大豆發酵制造出來的生物酶，是由275個氨基酸殘基組成的單鏈多肽，在低于40℃時活性相對穩定，高溫時會失去活性。凍干法是目前保存生物活性材料方便有效的一種干燥方法。通過開展納豆激酶凍干研究，優化凍干工藝參數，可以減小凍干過程中納豆激酶活性的損失，提高生產效率。西安工業大學的彭潤玲博士完成了納豆激酶的冷凍干燥研究。

利用OHAUS公司生產的MB45型水分測定儀測定納豆激酶的含水率，取3次測量結果的平均值，確定實驗用納豆激酶溶液的含水率為95.57%。

用電阻測定法，測量曲線見圖4-6～圖4-9，確定納豆激酶溶液的共晶點和共熔點溫度為-23℃。

采用真空蒸發凍結的方法，將裝有納豆激酶溶液的料盤放在凍干箱的擱板上，只給捕水器制冷到-40℃之后，開啟真空泵直接抽真空。隨著壓力降低，納豆激酶溶液內的自由水分蒸發加劇，外界不提供蒸發潛熱，吸收物料本身的熱量自然降溫而實現凍結。

生物酶溶液裝量厚度不同時，真空蒸發凍結過程中溫度隨時間的變化如圖5-29所示，厚度小時，降溫速率比較快，厚度較大時，降溫速率較慢，但對最終凍結溫度的影響不大，均低于-34℃的共晶點溫度。

納豆激酶溶液的厚度與降溫速率之間的關系如圖5-30所示，圖中離散點為實測值，實線為回歸方程曲線。回歸方程為C=11.41608-0.50899h。

式中，c為降溫速率，℃/min；h為物料厚度，mm。相關系數R=0.99691。根據回歸方程可求出物料不同厚度(3～15mm)時的降溫速率。

真空度降到500Pa左右時，物料溫度迅速下降，同時可觀察到物料會起泡，甚至產生飛濺現象。另外在物料厚度超過10mm時，還會有二次沸騰現象。這是因為在500Pa左右，物料表面蒸發速率非常快，物料上層會先凍結，物料下層來不及凍結，但之后凍結層上空壓力還在繼續減小，凍結層上下壓差產生的壓力大于凍結層的強度，會引起二次沸騰，蒸發加速，造成降溫速率又一次突然增加，這一點從圖5-29中也可以看出來。實驗過程中還發現若將擱板溫度預先降到-10℃，可大大減小因沸騰導致的飛濺現象。

上述納豆激酶溶液采用真空蒸發凍結方法凍結后，繼續抽真空，并用隔板加熱，以補充升華熱。圖5-31中為裝料厚度為6mm時，納豆激酶溶液的抽真空凍結干燥過程典型的工藝曲線。

在納豆激酶含水量為95.57%的條件下，采用表5-14所示因素三水平的正交實驗，得出的綜合結果列于表5-15中。干燥后的納豆激酶含水量最高為4.64%。

從表5-15極差R1可看出，凍干過程中幾個影響納豆激酶活力的因素主次順序是：控制溫度、凍結方式、真空室壓力、物料厚度。試驗4酶活力最高，工藝參數為控制溫度-5℃，裝料厚度6mm, 真空蒸發凍結，真空室壓力10Pa,干燥時間730min。從表5-15極差R1可看出，凍干過程中幾個影響凍干總時間的因素主次順序是：物料厚度、凍結方式、控制溫度、真空室壓力，實驗3時間最短，但酶的活性不高，且一次加載的干燥量少，綜合考慮試驗4工藝最好。

納豆激酶物料厚度較小時，適合抽真空凍結干燥，抽真空凍結速率快，不僅酶活率高，還節省了預凍時間，且預凍時納豆激酶溶液內的自由水開始蒸發，干燥（濃縮）即已開始，縮短了總的干燥時間，提高了生產效率。

研發合理的凍干添加劑，如添加甘油、丙二醇、牛血清蛋白、明膠、海藻酸鈉等有利于縮短了總的干燥時間，提高了生產效率。提高酶的熱穩定性，可進一步提高酶的存活率，升高控制溫度，減少干燥時間。