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冷凍干燥機由于冷凍干燥機凍干過程存在多種應力損傷，因此保護劑保護藥品活性的機理也是不同的，可以分為低溫保護和凍干保護。

對于低溫保護，目前被廣為接受的液體狀態下蛋白質穩定的機理之一是優先作用原理。優先作用是指蛋白質優先與水或水溶液中的保護劑作用。在有起穩定作用的保護劑存在的條件下，蛋白質優先與水作用（優先水合），而保護劑優先被排斥在蛋白質區域外（優先排斥）。在這種情況下，蛋白質表面就比其內部有較多的水分子和較少的保護劑分子。優先作用原理同樣適用于冷凍-融解過程。蛋白質保護劑，在溶液中被從蛋白質表面排斥，在凍結過程中能夠穩定蛋白質。但是優先作用機理不能*解釋用聚合物或蛋白質自身在高濃度時保護蛋白質的現象。

在冷凍干燥機中，凍干保護劑作用簡單來說就是為了使某些制劑能成功地進行真空冷凍干燥、改善凍干產品的溶解性和穩定性、使凍干產品有美觀的形狀等。需要在液體制劑中加入一些附加物質，它們就是保護劑，保護劑對凍干制品必須是化學惰性的。