在食品、藥品以及生物體(ti) 的冷凍幹燥和貯藏過程中，很多因素（例如，化學成分、凍結速率、凍結和脫水應力、玻璃化轉變溫度、幹燥固體(ti) 中剩餘(yu) 水分、貯藏環境的溫度和濕度等）都會(hui) 影響其中活性組分的穩定性甚至會(hui) 導致失活。
大量的實驗研究表明，除了一些食品、人血漿、牛奶等少數物料可以直接冷凍幹燥外；大多數的藥品和生物製品，都需要添加合適的冷凍幹燥保護劑和添加劑，配製成混合液後，才能進行有效的冷凍幹燥和貯藏。
在生物製品的冷凍幹燥過程中，主要有三種效應會(hui) 導致生物製品中活性組分的變性：低溫效應、凍結效應和脫水效應。
低溫效應
生物製品中活性組分在降溫與(yu) 複溫過程的一定溫度範圍內(nei) 會(hui) 發生變性。如對卵清蛋白(ovalbumin)的研究發現，在-10℃~-40℃之間，其活性顯著降低，而繼續降溫到在-192℃，活性幾乎沒有變化。
凍結效應
包括離子濃度的增加、冰晶的形成與(yu) 生長、pH值變化以及相分離等
（1）在生物製品的凍結過程中，不斷結晶會(hui) 導致溶液的濃度快速升高。小分子糖在最大凍結濃縮基質中的計算濃度高達80%。當溶液濃度發生變化時，離子濃度增加，促進了化學反應。
（2）在生物製品溶液在凍結過程中也會(hui) 產(chan) 生大量的冰-水界麵。其中活性組分分子，如蛋白質，可能會(hui) 被吸附到界麵上，從(cong) 而可能破壞蛋白質的天然褶皺結構，最終導致蛋白質變性。
（3）在有些生物製品溶液的凍結過程中，溶液的pH值也會(hui) 發生變化。如在添加有pH值為(wei) 7的磷酸鹽緩衝(chong) 液（NaH2PO4和Na2HPO4的摩爾比為(wei) 0.72）的蛋白質溶液凍結過程中，由於(yu) NaH2PO4的溶解度遠遠大於(yu) Na2HPO4，當溶液達到三相共晶點時，它們(men) 之間的摩爾比為(wei) 57，最終導致了pH值的很大改變。蛋白質發生物理聚集和化學變性。
脫水效應
（1）水溶液中蛋白質經過充分水合作用後，在蛋白質分子表麵附著一單層水，這就是所說的水合層(hydration shell)。一般來講，參與(yu) 完全水合作用的水含量為(wei) 0.3-0.35g（水）/g（蛋白質）。而在凍幹蛋白質產(chan) 品中水的含量一般不超過10%，因此，必定有一部分結合水在幹燥過程中被除去。
（2）結合水的去除很可能破壞蛋白質的天然結構，最終導致蛋白質變性。這是因為(wei) 富含結合水的蛋白質在脫水過程中暴露在乏水環境中，將質子轉化為(wei) 帶電羧酸基團，破壞了蛋白質中電荷平衡，電荷密度的降低可能促進蛋白質分子之間的疏水作用，從(cong) 而使蛋白質發生聚集 。
儲(chu) 藏過程
1、蛋白質凝聚：是凍幹生物製品活性組分在貯藏過程中發生變性的主要因素之一。導致蛋白質凝集可能是物理（非共價(jia) ）相互作用，也可能是蛋白質發生化學凝集（共價(jia) ）。
2、脫酰胺作用：也是蛋白質發生變性的主要途徑之一。天冬酰胺（Asn）和//33、氨酰胺（Gln）是蛋白質中易於(yu) 發生脫酰胺作用的兩(liang) 種氨基酸。
4、非酶褐變：也稱作Maillard反應。它使得還原性糖（如葡萄糖）與(yu) 蛋白質中的賴氨酸（lysine）和精氨酸（arginine）形成碳水絡合物。
5、氧化反應：蛋白質中蛋氨酸Met，胱氨酸Cys，組氨酸His，色氨酸Trp和酪氨酸Tyr殘基的側(ce) 鏈是發生氧化反應的可能位置。
6、水解作用: 雖然凍幹的蛋白質中含有極少量的水分，但在貯藏過程中仍然會(hui) 發生水解作用。
如前所述，生物製品的冷凍幹燥過程是一個(ge) 多步驟過程，會(hui) 產(chan) 生低溫、凍結和脫水等多種效應；即使成功完成冷凍幹燥過程後，在長期保存過程中也很難保證凍幹生物製品活性組分的穩定性。為(wei) 了防止生物製品在冷凍幹燥和貯藏過程中活性組分的變性，研究者們(men) 研究和探索了大量有效的保護劑。
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