精子冷凍保護劑之主要功能為避免或減少精子於冷凍與解凍過程中受到的物理性和化學性傷害。冷凍保護劑可分為滲透性（penetrating）與非滲透性 (nonpenetrating）兩大類。精液冷凍為何需要使用冷凍保護劑，又冷凍保護劑如何於精子冷凍過程中提供保護呢？精子中含有之水分會在冷凍過程中形成冰晶，冰晶形成時產生之尖銳表面會穿刺精子胞器，使精子受損，進而影響到它的存活。為避免此一現象，我們使用冷凍保護劑，利用擴散原理將精子中的水分置換成為冷凍保保護劑，藉此減少精子內部水分存在。水分減少，冰晶形成減少，精子受傷害之機會 便降低。然而滲透型冷凍保護劑大多為極性物質 ，這些物質對精子是有毒性的，此外，在擴散作用進行當中 ，精子膜之內外會產生滲透壓差，這個壓力差也會使得精子膜產生緊迫，甚至發生不可逆的傷害。

　　因此，常會利用一起生物性物質，如蛋黃、脫脂乳、低密度脂蛋白及酷類作為冷凍保護劑，這些冷凍保護劑多為非滲透性的，其作用為減緩膜內外之滲透壓差所致之緊迫，並增加或維持精子膜之穩定性，藉此達到減少精子受到損害之目的。以下將針對冷凍保護劑進行介紹：

1.滲透性冷凍保護劑
　　此類冷凍保護劑於細胞冷凍過程中扮演溶質的角色，可於細胞內外形成滲透壓差，而冷凍保誰劑與精子內部水分經過短時間的平衡後，將可使精子內部之水分減少，而達到使精子脫水之目的。細胞內部水分變少，會使冰點下降，冷凍過程中冰 晶形成量亦會減少，因而降低了對精子的傷害。此外，滲透性冷凍保護劑亦可促使精子細胞膜上的脂質與蛋白質重新排列，從而增加細胞膜的通透性，更利於精子脫水作用，進而提升精子冷凍解凍後之存活率。用於山羊精液冷凍常見之滲透性冷凍保護劑有甘油（glycerol）、乙二醇（ethylene glycol,EG）、二甲基礦氧化物（dimethyl sulfoxide,  DMSO）、及丙二醇（propylene glycol,PG）等，其中最常被使用的仍為甘油。然而這品冷凍保護劑添加之最終濃度(v/v）及平衡時間與溫度，需取決於其毒性以及對精子冷凍解凍後精液品質之效益而定。Glycerol、EG、DMSO 與 PG之毒性強弱，以 PG 最強，DMSO 次之，其次為EG，最弱者則為 Glycerol。

2. 非滲透性冷凍保護劑
非滲透性冷凍保護劑無法穿過精子細胞膜 ，因此僅在細胞外產生功能。非滲透性冷凍保護劑之功能為修飾精子細胞膜、脫水及降低精液冷凍時凍結溫度。最常使用的非滲透性冷凍保護劑為蛋黃（eggylk）與脫脂乳粉（ skim milk）及醋類。其中，蛋黃內含有某些顆粒物質，會阻止精子代謝轉換作用及降低其活動力，且山羊精液中由尿道球腺分泌之蛋黃凝集酵素可將蛋黃中卵磷脂水解成為不飽和脂肪酸，如油酸與次油酸及溶血卵磷脂，而溶卵磷脂真有高毒性，不飽和脂肪酸會降低 pH 值，均對精子有害。因此，山羊冷凍精子製作時，在以蛋黃為冷凍保護劑之條件下，精漿之去除已是必需步驟。

　　惟蛋黃中顆粒物質對冷凍精液之負面影響仍未能藉由去除精將而獲得解決。研究報告中利用蛋黃中低密脂蛋白（ lowdensity lipoprotein, LDL）探討精子冷凍保護劑之可行性，結果發現在 Tris 基礎稀釋液添加 8% LDL ( v/v ）山羊冷凍精液其解凍後精子之頭帽完整性、活力，ALH 及直線運動，性能皆較添加蛋黃之對照組佳；學者普遍認為 LDL 乃藉由穩定精子細胞膜安定性而達到保護作用。認為 LDL 中的磷脂質（phospholipids）可於精子細胞外形成一保護層或可以補充精子於冷凍解涷過程中細胞膜上磷脂質的損失；另則 LDL可抓取殘存於離心精子精漿中有害之蛋白質而提升精子之冷凍解凍後之精液品質。脫脂乳（skim milk）是除了蛋黃以外另一被廣泛使用的非滲透性冷凍保護劑。脫脂乳粉之乳蛋白在低溫環境中真有安定精細胞膜之作用，可保護精子抵抗冷休克。雖然脫脂乳被廣泛使用，但以脫脂乳為山羊冷凍精液保護劑時，其會與山羊尿道球腺中分泌之 SBU III 蛋白產生交互作用，將脫脂乳中的二酸甘油脂分解成為油酸，降低精液冷凍後之存活率。非滲透性冷凍保護劑氯基酸其研究顯示取自山羊之精子，在不合甘油的蛋黃培養液中添加脯胺酸 ( L-proline）、丙胺酸（ L-alanine ）、甘胺酸（glycine）與穀醯胺酸（L-glutamine )各 100~150 mM，均較未添加胺基酸之對照組可顯著提升其解凍後精子活力。由上可知，精子冷凍保護劑之使用需考慮滲透壓，毒性，膜穩定性等等因素，如何在眾多影響因子間取得適當之平衡乃成功冷凍精子的關鍵。