图1. 美墨尔特公司的VO型可调式真空干燥箱。

冷冻干燥法是目前广泛应用的干燥发酵剂和益生菌的方法，但该技术的缺点是耗能大，且有些菌株无法承受冰点以下的温度。低温真空干燥技术在保证节能的同时，为温和地保藏菌株提供了新的前景。

如今消费者都希望食品上出现“天然免疫素”、“功能性”或“低胆固醇”等字眼，这种需求刺激了功能性食品市场逐年显著地增长。市场调研公司Ipsos于2012年2月公布的一项调查表明：近半年来，几乎每两个德国人中就有一人（47%）每月多次购买有益健康的功能性食品。消费者购买功能性食品的热情高涨，促使食品和制药企业不断地在益生菌添加领域增加研究投入。

有益人体健康的肠道菌群主要有乳酸杆菌和双歧杆菌，它们可以维持人体免疫系统的稳定。但是，细菌个体之间是存在差异的，不同的菌株对胃酸的承受能力并不相同。因此，食品和制药领域的生产商都要筛选及保存好母株，使其能尽量多地承受胃酸的侵蚀，从而在肠道中发挥出健康功效。此外，这些细菌被加进玻璃杯或塑料杯之前要经过生产线，其稳定性和活力在生产流程中会受到影响，最可能对这些细菌造成伤害的因素有：干燥工艺、粉末储存以及细菌与产品间的相互作用。

温和的干燥工艺

传统保存益生菌母株和发酵剂的方法是冷冻干燥法（GT），即把菌株冻结，然后在真空状态下干燥。该工艺在实践上存在两个严重缺陷：高耗能且一些菌株无法承受冰点以下的温度。为此，以慕尼黑工业大学食品工艺与乳制品技术教研组的Ulrich Kulozik教授和Petra Först博士为首的团队进行了低温真空干燥技术（NTVT）的工业化研究，并取得了突破性的进展。

图2. 低温真空干燥（NTVT）和冷冻干燥（GT）下3个菌种的最高成活率比较，剩余含水量6%~7% 。

真空干燥的显著优势在于：当气压减小时，液体的沸点也随之下降，并能在低于正常大气压的温度下沸腾蒸发，因此可以避免其细胞结构遭强烈破坏，同时对一些不稳定的物质如细菌、蛋白质或细胞培养液等进行干燥处理。慕尼黑工大的学者们对三种益生菌（副干酪乳杆菌副干酪亚种、德氏乳杆菌保加利亚亚种、乳双歧杆菌）进行了低温真空干燥试验，并在《生物工程学报》上公布了第一批结果。校内通讯刊物简明扼要地概括了研究成果：最适合的干燥工艺因菌株的种类而异。例如，用NTVT处理后的保加利亚乳杆菌（酸奶菌种）产量比用GT处理的高10倍，而另两个菌种对NTVT的承受力反而更差。慕尼黑工业大学技术微生物学教研组Jürgen Behr博士的科研团队对该现象做出了解释，他们认为：不同菌株细胞膜的脂肪酸成分存在差异，正是这种差异造成了菌株对相同工艺处理不同的反应，进而做出推测，通过菌株培养有目的地改变细菌细胞膜的成分，可以将菌株干燥后的成活率提高到50%左右。

能源成本降低40%

低温真空干燥工艺的项目工程师Simon Bauer很看好该工艺在食品和制药领域的前景。NTVT技术不仅对菌株温和，且节省成本高达40%，这是它在资源日益匮乏时代的最大优势。此外，该技术初期投资低，耗时少，高温下比冷冻干燥的贮藏时间长，也更稳定。这意味着添加干燥益生菌的食品和药品能在室温下保存更长的时间，而又不会失去益生菌的功效。消费者只需在食用前加些水，益生菌就能重新恢复活力。

低温真空干燥箱

在接下来的研究中，该研究团队与位于施瓦巴赫的美墨尔特公司合作，以其VO 200系列真空干燥箱为雏形，设计出一种带冷却装置的实验室真空干燥箱，并希望通过实验获取制造理想的工业标准干燥箱的信息。这一系列测试的首要目标是找到理想的温度-压力组合，实验的气压范围为10~30 mbar，设定温度介于15~35℃之间，由此产生的最低样品温度可达0℃。因此真空干燥阶段开始时，样品的温度通常先急剧下降，10~30 min后才慢慢升到设定值，经过24 h的干燥，样品的最终含水量为6%~7%。

图3. 真空干燥箱上节能的帕尔贴冷却器。

该真空干燥箱设有可编程的数字化压力调节装置，因此在未来的实验中可以通过调节真空度及温度的变化率，验证出最有利于细胞新陈代谢活动的样品含水量和温降梯度。此外，还能直接在样品上放置温度感应器，以测量和记录干燥过程中菌株的温度。根据慕尼黑科学家们的经验：样品温度的下限为-1℃，此时的细菌悬浮液刚好处于非冻结状态。

实验室应用前景

低温真空干燥箱的温度调节范围为5~80℃，只要技术允许，还可以制造出其他温控范围的干燥箱。美墨尔特的低温真空干燥箱为食品和制药业等一系列实验室应用带来了新机遇，氨基酸（如赖氨酸）和一些维生素都是热敏性物质，而糖类和糖醇类物质的稳定性则会随温度变化，因此可通过设置各种气压及温度的变化率组合，进行大量的模拟，得到效应物在不同压力和温度条件下的变化及数量。

干燥箱结构紧凑，采用帕尔贴元件（半导体制冷片）进行冷却，无需压缩机。在VO型标准真空箱里，帕尔贴冷却器同控制系统和大量的程序及记录功能合成一体，因此，低温真空干燥箱也可以用来贮藏热敏性的主发酵剂。如果实验室的质量安全条例要求对干燥参数和发酵剂温度进行跟踪，则可以通过仪器内部的数据记录器或远程计算机的内置软件记录。此外，帕尔贴技术在高温控精度（可精确至±0.1 K）、静音、节能及环保（无制冷剂冷却）等方面均有很大的优势。