胶原蛋白作为一种纤维蛋白，具有很多功能，目前在医美领域、生物医学、口服保健、化妆品等很多领域都有应用，由于其常温不稳定性，需要冻干保存，或者冻干使得胶原蛋白的应用更广泛，更快捷。

真空冷冻干燥俗称冻干，就是在低温真空下将物质干燥除水，保持其活性，保持微观结构，得到组织结构排列整齐，疏松多孔，表面积大，复水速度快的干燥物质。而胶原蛋白是三维蛋白结构，为了保持其活性，需要确保脱水的同时保留胶原蛋白的三级结构。因此胶原蛋白冻干工艺需要设计开发。胶原蛋白冻干工艺过程包括：

1. 预冻（-40℃以下）：  

   -预冻的目的是将胶原溶液凝结固化，其中的水变成固态冰晶，升华出去后形成多孔骨架 ，而通常根据胶原蛋白的关键温度，一般预冻温度为-40℃以下。一般是采用慢速冷冻（1℃/min）减少冰晶损伤，而又确保升华的通道顺畅，升华速度适中。

2. 一次干燥（也叫升华干燥）：这一步是除去胶原蛋白中90%以上的水分，这部分水是自由水，在预冻阶段固化凝结成为冰，冰直接变成水蒸气被除掉的过程就叫升华。升华过程中要确保样品温度低于融化点温度，低于塌陷温度，这样就可以防止样品融化变形，防止样品塌陷无固定结构，影响升华干燥速度，影响外观。一般是升华干燥阶段的真空度是小于30帕，升华温度一般是在-20~0℃之间。可以采用一步升华法，也可以采用多段升华法。  

3. 二次干燥（解吸干燥）：  这一阶段需要的能量或者热量多，因为除去的是升华以后剩下的结合水，结合水由于和物料结合紧密，需要很高的热量才能除去，所以解析阶段的温度一般比较高，可以升华到25-30℃左右，确保胶原蛋白不变性失活即可。二次干燥的快门取决于温度，温度越高解析越快。通常经过解析干燥胶原蛋白含水量≤3%以下。

冻干工艺根据胶原蛋白溶液的关键温度和监视的冻干数据，可以进行设计修正，相对来说简单，只需要按照常用的冻干工艺设计方法即可进行设计优化，而胶原蛋白冻干成功的关键是冻干配方。

胶原蛋白冻干不管是冻干片，冻干粉还是冻干球，都要追寻冻干配方保护的原则，确保有稳定的结构，活性蛋白不丧失。一般胶原蛋白浓度为1%~5%，胶原蛋白自身浓度不能过低，过低没有稳定的骨架支撑，结构脆，容易变形，松散度高。过高粘度大，升华通道小，干燥速度慢。PH条件也很关键，由于胶原蛋白是蛋白结构，需要在等电点附近才能减少聚集，蛋白变性解离。而为了确保体系冻干成功，我们需要添加保护剂、复形剂，目前胶原蛋白常用保护剂：糖类，如海藻糖、蔗糖，主要作用机制是替代水分子氢键，维持蛋白质水化层，不同的冻干形式添加浓度和量不一样；多元醇类如 甘露醇、山梨醇具有形成玻璃态，抑制冰晶生长的作用；大分子聚合物如PVP、聚乙二醇，主要是空间位阻保护，减少冻融应力；氨基酸如常用 甘氨酸、精氨酸等，主要是抑制pH波动，稳定电荷环境。如我公司协助客户开发的某胶原蛋白冻干粉的配方 胶原蛋白3% + 海藻糖1% + 甘露醇2% + 甘氨酸1% + pH5.0缓冲液。胶原蛋白配方摸索可以采用单因素法，响应曲面法等进行设计开发，而目前同类型其他蛋白冻干的配方和工艺也是非常关键的，找到相似度高的进行参考，能大大节省忙筛的过程。

胶原蛋白冻干工艺，配方要结合起来，要获得好的配方，前期的工艺必须可以满足要求，不然急于求成可能导致冻干失败。

   冻干设备选型表