冻干机搁板梯度升温程序对益生菌存活率影响研究

一、实验目的

益生菌属于热敏微生物，冻干升华与解析阶段搁板升温速率直接影响冰晶升华界面稳定性、菌体细胞膜完整性。本实验以植物乳杆菌为研究对象，对比4组不同搁板梯度升温程序下益生菌冻干后的存活率与残水含量，确定适配该菌株的升温工艺；同时验证骏德仪器冻干机搁板控温精度对益生菌冻干工艺稳定性的支撑能力，为益生菌菌粉标准化冻干曲线开发提供依据。

二、仪器耗材

仪器：骏德仪器FD-5真空冷冻干燥机、厌氧培养箱、高压蒸汽灭菌锅、超净工作台、电子天平。

耗材：植物乳杆菌 Lp-1、MRS 培养基、海藻糖冻干保护剂、无菌生理盐水、无菌培养皿。

三、实验过程

菌株活化扩培至对数中期，离心收集菌体，加入 10% 海藻糖保护剂重悬，分装至冻干瓶，装料厚度 5 mm。统一预冻：搁板 - 45 ℃保温 4 h。预冻完成抽真空（8–12 Pa），设置 4 组梯度升温方案： A 组（快速升温）：1 h 由 - 45 ℃升至 25 ℃； B 组（中等梯度）：-45 ℃→-20 ℃（3 h）→0 ℃（3 h）→25 ℃（4 h）； C 组（慢速梯度）：-45 ℃→-30 ℃（4 h）→-10 ℃（4 h）→10 ℃（4 h）→25 ℃（4 h）； D 组（分段控温）：升华阶段维持 - 20 ℃保温 10 h，解析阶段匀速升至 25 ℃。 冻干结束取样，平板计数法测定活菌数，计算存活率，卡尔费休法测定残水，每组 3 平行。

四、实验结果

表1 不同搁板梯度升温方案益生菌冻干指标

五、数据分析与讨论

由数据可见，升温过快（A 组）菌体存活率低。快速升温会造成搁板与样品温差过大，冰晶局部融化、样品塌陷，渗透压剧烈变化破坏细胞膜，大量菌体失活。随着升温梯度放缓，样品升华界面稳定，残水同步下降，存活率逐步提升。D 组采用升华阶段低温恒温、解析阶段缓慢升温的组合模式，兼顾升华传质效率与菌体耐受度，获得优结果。

骏德仪器 FD-5 冻干机搁板支持多段可编程梯度升温，板层温度均匀性≤±0.5 ℃，可精准执行长时间分段升温程序，避免局部过热，适合益生菌这类热敏菌种工艺开发。但过慢升温会拉长生产周期，增加能耗。综合存活率与生产效率，D 组升温程序为本条件下优选方案。后续可在该升温框架下，结合保护剂配方进一步优化益生菌长期储存稳定性。