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 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。

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 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 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。