[发明专利]包含生物活性微生物和/或生物活性材料的稳定干粉组合物及其制造方法

说明书

与相关申请的交叉参考

本申请要求分别于2009年5月26日和2009年7月6日在美国专利和商标局(United States Patent and Trademark Office)提交的美国临时申请No.61/181,248和61/223,295的优先权，所述申请的内容在此以所有目的引为参考。

发明背景

技术领域

本发明属于在高的温度和湿度条件中保护生物活性微生物和/或材料的领域。具体来说，本发明涉及将活的微生物和/或生物活性材料包埋在保护性干燥制剂基质中。

背景技术

生物活性微生物例如活的或死的细菌和病毒，或生物活性材料例如蛋白质、维生素、矿物质、激素和细胞，当在高的温度和湿度条件下储存时通常不稳定。例如，许多可商购的益生细菌例如鼠李糖乳杆菌(lactobacillus rhamnosus)，当储存在室温(约25℃)和环境气氛下时，可能不到两周就失去一个对数以上的生存力。在从培养容器(例如发酵罐)收获后干燥并保护这些生物活性微生物的常用方法是将活细胞的浓缩液滴在液氮中，然后将冷冻珠储存在-80℃冰箱中，用于以后的冷冻干燥或运输到其他地点。冷冻干燥是用于干燥敏感性生物活性材料的主要方法。其他方法例如喷雾干燥、临界流体干燥和脱水干燥，一般不适合于敏感性生物活性物质例如活的或减毒的细菌和病毒，这是因为在这些方法中使用的高干燥温度会引起对微生物本身的显著伤害。此外，它们不能将材料充分干燥至产品稳定所需的特定残余湿度要求，因此可能需要通过其他手段执行附加的干燥步骤。

在冷冻干燥中，通常将生物活性微生物或材料在保护剂溶液或悬液中混合，冷冻，然后通过在完全真空下升华来脱水。冷冻干燥方法的低温减少了生物活性物质的降解反应，使最终干燥形式中活性的丧失降到最低。然而，对低于零度的温度的要求是能量密集性的，并且冷冻材料的表面积与体积比低需要使用长干燥时间(每个批次周期长达数天)。冷冻干燥方法的缓慢干燥也促进冰晶形成，其能够损坏敏感性生物活性物质或使其变性。出于这种原因，生物活性微生物或材料例如病毒、细菌和具有细胞壁或脂质膜的细胞，对冷冻干燥方法提出了重大的挑战。

减少冰晶结构形成的一种选择方案是相生物活性物质液添加低温保护剂。这样的保护剂是添加到制剂中用于在冷冻期间保护细胞膜和细胞内蛋白质并在储存期间提高稳定性的高度可溶的化学物质。常用于活的细菌和病毒的稳定剂包括高浓度糖类例如蔗糖、甘油或山梨糖醇以及细胞材料或生物活性物质(Morgan等，2006；Capela等，2006)。然而，这样的保护剂不能充分穿透到细胞中以保护细胞内容积中的活性组分。因此，对于开发使干燥损失降到最低同时实现干燥材料的足够储存稳定性的最佳干燥方法和制剂，仍是重大的挑战。

与冷冻干燥相关的一些问题，已通过在液体状态下组合使用某些制剂和真空干燥得以解决。Annear(Annear 1962)开发了在糖和氨基酸溶液中包含细菌的制剂以及包含沸腾和泡沫形成的真空干燥方法。Roser等(美国专利6,964,771)公开了通过泡沫形成进行干燥的类似概念，其包括液体浓缩步骤，然后在真空下将浓缩的溶液(糖浆)进行沸腾和发泡。为了减少在沸腾步骤期间可能发生的氧化和变性损伤，Bronshtein(美国专利No.5,766,520、7,153,472)引入了含有糖类和表面活性剂的改进的保护性配方。保护性溶液的干燥还包括在中度真空下浓缩、然后施加强真空以引起剩余水起泡沸腾来形成干燥的稳定泡沫的逐步方法。在消除沸腾步骤的尝试中，Busson和Schroeder(美国专利No.6,534,087)提出了使用真空烤箱，在不沸腾的情况下，通过施加高于30托的非常温和的真空压力，在液态制剂中对不敏感生物活性物质的干燥方法。在不使材料沸腾的情况下达到一定水平的干燥后，施加高于20℃的热，并且在仅仅几个小时后就收获到干燥的材料。

这种其中生物活性溶液在整个干燥过程中维持在液体状态下的干燥方法类型，由于沸腾期间液体的对流和由起泡表面提供的增加的表面积而具有干燥更快的优点。然而，沸腾和起泡需要输入大量的热来提供溶液必需的喷发。这样的干燥方法不是非常适合于干燥敏感性生物物质，例如活病毒、细胞或细菌，这是因为施加的热加速了能够破坏生物材料的活性或生存力的酶过程(例如蛋白水解)和化学过程(例如氧化和自由基攻击)。