析牛科技真空冷冻干燥机在益生菌粉剂冻干工艺中的应用

析牛科技真空冷冻干燥机在益生菌粉剂冻干工艺中的应用

一、益生菌粉剂为什么必须冻干

益生菌（乳酸菌、双歧杆菌、嗜酸乳杆菌等）作为活性微生物制剂，对温度、水分和氧气高度敏感。液态菌剂活菌数衰减快、储运必须冷链，难以大规模流通；而将菌泥与冻干保护剂混合后制成菌悬液，经真空冷冻干燥（Freeze Drying / Lyophilization）脱水成粉，可使菌体进入"休眠态"——水分活度降至 0.3 以下、水分残留 ≤1%，活菌在 2~8℃ 下可稳定保存 2~3 年，且复水后能恢复原有活性。

冻干粉剂已成为益生菌产品（粉剂、胶囊、固体饮料、婴幼儿辅食添加）的主流形态。但益生菌对冻干过程极其"娇气"：冰晶刺破细胞膜、升温过快导致塌陷、残留水分引发复水等，都会造成活菌率断崖式下跌。能否拿到高存活率菌粉，设备（冷冻干燥机）的控温精度、真空稳定性与污染控制能力是决定性因素。

本文围绕"冷冻干燥机在益生菌粉剂冻干工艺中的应用"，给出一套从工艺原理、设备选型到标准化 SOP 的完整方案，并重点介绍析牛科技真空冷冻干燥机 XU 系列在其中的落地配置。

二、益生菌粉剂冻干工艺总体流程

以最常见的"菌悬液—西林瓶/托盘冻干"路线为例，前处理与冻干主线如下：

1.菌种扩培：37℃、pH 6.5~7.0 下高密度发酵，逐级放大至生产规模；

2.离心收集菌泥：4000~6000 r/min 离心 10 min，去除上清与代谢杂质，浓缩菌液使含水量降至 15~20%，减少冻干时大冰晶生成；

3.制备菌悬液：将菌泥与冻干保护剂（脱脂乳粉、海藻糖、甘油等）按 5~20% 浓度混合，调节 pH 至 6.5 左右，无菌水洗涤 1~2 次；

4.分装：将菌悬液均匀分装至冻干托盘或西林瓶，料层厚度控制在 3~5 mm，保证干燥均匀；

5.预冻：快速降温至 -40℃ 以下（5~10 min 内达到），使水分形成细小冰晶，减少细胞结构损伤；

6.真空冷冻干燥：抽真空后依次进行一次干燥（升华）与解析干燥（解吸）；

7.压塞 / 出仓：在真空或充氮环境下压塞、出仓，真空铝箔包装防潮隔氧。

其中步骤 5~6 全程在冷冻干燥机内完成，是活菌率留存的核心环节，也是设备选型的聚焦点。

三、设备一：析牛科技真空冷冻干燥机 XU 系列

析牛科技（XIUILAB）提供从实验小试到中试生产的全系列真空冷冻干燥机，覆盖益生菌粉剂研发、工艺验证与批量制备各阶段。按规模与功能分为三大系列：

3.1 XU-10N / 12N / 18N 系列（实验型，非原位）

适合实验室工艺摸索、配方筛选与小批量菌粉制备。该系列采用冷阱捕水、透明有机玻璃干燥室，可选普通型 / 多岐管型 / 压盖型 / 多岐管压盖型。

说明：该系列为"非原位"机型，预冻通常在外接低温冰箱或冷阱内完成，物料转移入干燥室时存在轻微暴露；适合研发阶段小样，不做无菌生产用途。

3.2 XU-20S / 50T / 100T 系列（硅油导热原位冻干机，中试/生产型）

这是益生菌粉剂冻干的主力推荐机型。原位冻干设计让预冻、一次干燥、解析干燥在同一干燥室内连续完成，物料不转移、无暴露，从根本上避免污染；压盖型（T 型）可直接在真空下对西林瓶压塞，是益生菌活菌粉剂的理想配置。

核心配置与益生菌工艺契合点：

搁板温度 -55~70℃ 可调 + PID 智能控温（温差 ±1℃）：覆盖预冻 -40℃ 以下、一次干燥 -20~0℃、解析干燥 25~30℃ 的全曲线，避免升温过冲导致菌粉塌陷；

工业级 PLC + 7 寸真彩触摸屏：可存储冻干配方、每组编辑 36 段，断电自动保存数据，带 USB 导出；

原位预冻 + 真空压盖：西林瓶全程不暴露，压塞后直接出仓，契合益生菌无菌要求；

选配共晶点测试 / 全自动真空调节阀：精准掌握物料升华温度、自动控制真空度，进一步提升活菌存活率；

干燥室与冷阱双腔 304 不锈钢、电除霜：耐腐蚀、易清洁。

3.3 XU-HL 系列（中试/小型生产型）

搁板面积 0.1~5 ㎡（XU-HL-1/2/5/10/25/50），搁板温度可达环境温度~80℃、产品冷冻温度 -35℃、捕水器极限 -45℃，PLC 触摸屏控制、硅胶加热片，适合已有前处理产线、需要更大批量的粉剂生产。

选型建议：益生菌粉剂研发/配方筛选选 XU-10N/12N 实验型；工艺验证与中试选 XU-20T/50T 原位压盖型（推荐，无菌+可直接压塞）；规模化生产选 XU-100T 或 XU-HL-10/25/50。热敏感菌株（如双歧杆菌）优先选冷阱 -80℃ 深冷机型。

四、配套设备与耗材

台式离心机：离心收集菌泥（4000~6000 r/min），可配析牛科技XU-TD4 Pro（6000 r/min / 4669xg）；

冻干保护剂：脱脂乳粉、海藻糖、甘油、麦芽糊精、抗坏血酸、谷氨酸钠等（常用复合配方：脱脂乳+海藻糖，存活率可破 95%）；

西林瓶 / 冻干托盘：料层厚度 3~5 mm，压盖型对应 φ12/16/22 mm 西林瓶；

真空泵：主机标配品牌防腐蚀真空泵，静音无泄漏；

铝箔复合包装 / 充氮设备：出仓后真空或充氮包装，相对湿度控制 <10%。

五、益生菌粉剂冻干标准化 SOP（以 XU-20T 原位压盖型为例）

1.菌泥制备：发酵液 5000 r/min 离心 10 min，无菌水洗涤 2 次，收集菌泥；

2.保护剂混合：按 5~20% 加入脱脂乳+海藻糖复合保护剂，调 pH 6.5，4℃ 融合 30 min 制成菌悬液；

3.分装：菌悬液注入西林瓶，料层 ≤5 mm，半压塞；

4.预冻：原位搁板降温至 -40℃ 以下，保持 1~2 h，形成细小冰晶；

5.一次干燥（升华）：抽真空至 ≤5 Pa，搁板由 -20℃ 梯度升至 0℃，维持 24~48 h 去除游离水；

6.解析干燥：搁板升温至 25~30℃，真空保持，残留水分降至 ≤1%；

7.压塞出仓：真空下液压压塞，充氮或真空铝箔包装，2~8℃ 贮存。

提示：具体温度曲线与停留时间应结合共晶点测试与活菌计数（平板涂布法）验证，以贵司内控标准为准。

六、总结

益生菌粉剂的活菌率，七分看工艺、三分看设备。析牛科技真空冷冻干燥机 XU 系列，以原位预冻、硅油导热精准控温、真空下液压压盖三大能力，为益生菌粉剂提供从研发到生产的全链路冻干保障——既守住活菌存活率的底线，又满足食品/保健品对无菌与批间一致性的要求。

注：冻干工艺参数参考行业通行方案，具体温度曲线与质控指标请以贵司内控标准及现行法规为准。