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技术

本发明专利技术涉及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。具体而言，本发明专利技术涉及将活的或死的微生物和/或生物活性材料包埋在保护性干燥制剂基质中，其中所述制剂包括生物活性微生物或材料、制剂稳定剂和保护剂。通过使用或不使用真空将所有固体组分分散在溶液中，并将溶液冷却至高于其凝固温度的温度来制备制剂。方法包括制剂以所需温度和时间段的初级干燥步骤，以及在最大真空和升高的温度下的加速二级干燥步骤，以达到干燥材料的最终所需水活度。

Stabilized dry powder compositions comprising bioactive microorganisms and / or bioactive materials and methods of making same

The present invention relates to stabilized dry powder compositions comprising bioactive microorganisms and / or bioactive materials and methods of making the same. Specifically, the invention relates to a live or dead organisms and / or bioactive materials embedded in a protective drying agent in the matrix, wherein the preparation comprises the biological activity of microorganisms or materials, preparation of stabilizer and protective agent. The preparation is prepared by using or without using a vacuum, dispersing all solid ingredients in the solution, and cooling the solution to a temperature higher than its freezing temperature. The method comprises the preparation of a primary drying step at a desired temperature and time period, and an accelerated two stage drying step at maximum vacuum and elevated temperature to achieve the ultimate water activity of the drying material.

【技术实现步骤摘要】
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本申请为国际申请日2010年5月26日、国际申请号PCT/US2010/036098于2011年12月29日进入中国国家阶段、申请号201080029392.4、专利技术名称“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”的分案申请。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(UnitedStatesPatentandTrademarkOffice)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。
本专利技术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，本专利技术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。
技术介绍
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(lactobacillusrhamnosus)，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(Annear1962)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)。上面描述的干燥方法在其放大到大规模工业过程的能力方面也受到限制。免除冷冻需要在比常规冷冻干燥或喷雾冷冻干燥方法循环更低的真空水平下(>7托)执行方法。上述方法的最显著缺点是不能控制和限制泡沫在容器、盘或小瓶中的膨胀。不能控制的喷发和往往过量的泡沫形成使得在实践上不可能产生工业规模的方法。沸腾步骤的喷发和起泡性质导致一部分材料被溅射到容器壁上并进入干燥仓室。为了减弱沸腾期间的喷发，Bronshtein(美国专利No.6,884,866、6,306,345)提出了特殊的室和受控的温度/压力施加方案，其将过热降低到可接受的水平。包含喷发和过度起泡的另一种方法描述在美国专利申请No.2008/0229609中，其中将生物活性溶液装在覆盖有透气膜的容器或袋子中。同样地，这些方案难以在工业水平下执行，并且它们难以使用不同制剂可靠地重复。对于能够在液体状态下干燥的适合的保护性制剂，以及特别是在高于冷冻的温度下用于干燥生物活性微生物例如活的或死的病毒、细菌和细胞的可工业上放大规模的方法，仍存在着需求。特别是对于也适合于制药工业之外的应用例如食品和农业的具有成本效益的可放大规模的干燥方法，存在着需求。为了提供足够的干燥而不暴露于高温，需要保护性制剂和温和的干燥方法。需要能够保护在高的温度和湿度条件下储存的这些生物物质的组合物。正如下文所描述的，本专利技术为所有这些挑战提供了解决方法。
技术实现思路
本专利技术包括用于保护储存中的生物活性材料的组合物和方法，所述生物活性材料例如肽、蛋白质、激素、维生素、矿物质、药物、杀微生物剂、杀真菌剂、除草剂、杀虫剂、杀精子剂、核酸、抗体、疫苗和/或生物活性微生物例如细菌(益生的或其他)、病毒和/或细胞悬液。干燥方法提供了包含生物活性微生物或材料、制剂稳定剂和保护剂的制剂的可控膨胀过程。所述制剂通过将所有固体组分在真空或不在真空下分散在溶液中来制备。将溶液冷却至高于其凝固温度的温度并在真空下干燥成干燥组合物，其表现出意想不到的高稳定性。所述方法包括制剂在所需温度和时间段下的初级干燥步骤，以及在最大真空和升高的温度下的加速二级干燥步骤，以达到干燥材料的最终期望的水活度。在一个实施方案中，所述制剂包含足够量的其中包埋有微生物的制剂稳定剂。适合的制剂稳定剂的实例包括但不限于邻苯二甲酸醋酸纤维素(CAP)、羧甲基纤维素、果胶、藻酸钠、藻酸盐、羟丙基甲基纤维素(HPMC)、甲基纤维素、角叉菜聚糖、瓜尔胶、阿拉伯胶、黄原胶、刺槐豆胶、脱乙酰壳多糖和脱乙酰壳多糖衍生物、胶原蛋白、聚羟基乙酸、淀粉和改性淀粉、环糊本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种稳定的无定形和玻璃样干燥组合物，其包含：(i)生物活性微生物或材料，(ii)至少两种稳定剂，以及(iii)至少两种保护剂；其中生物活性微生物或材料选自病毒、益生菌、蛋白或疫苗，且其以2重量％至50重量％的量存在；其中至少两种稳定剂包括重量比为1:1至1:10的藻酸钠和菊粉；其中至少两种保护剂包括蛋白水解物和选自海藻糖、蔗糖和乳糖的二糖，并且其中所述保护剂的总量在20重量％至80重量％之间；以及其中所述生物活性微生物或材料被包埋在保护性干燥组合物基质中。

【技术特征摘要】
2009.05.26 US 61/181,248;2009.07.06 US 61/223,2951.一种稳定的无定形和玻璃样干燥组合物，其包含：(i)生物活性微生物或材料，(ii)至少两种稳定剂，以及(iii)至少两种保护剂；其中生物活性微生物或材料选自病毒、益生菌、蛋白或疫苗，且其以2重量％至50重量％的量存在；其中至少两种稳定剂包括重量比为1:1至1:10的藻酸钠和菊粉；其中至少两种保护剂包括蛋白水解物和选自海藻糖、蔗糖和乳糖的二糖，并且其中所述保护剂的总量在20重量％至80重量％之间；以及其中所述生物活性微生物或材料被包埋在保护性干燥组合物基质中。2.权利要求1的组合物，其中稳定剂以1重量％至20重量％的量存在。3.权利要求1的组合物，其中保护剂易溶于水性溶液中，并且在接触水后不变稠或不聚合。4.权利要求1的组合物，其中蛋白水解物包含选自以下蛋白的水解物：人血清白蛋白、牛血清白蛋白、卵清蛋白、明胶、免疫球蛋白、分离的大豆蛋白、小麦蛋白、脱脂奶粉、酪蛋白酸盐、乳清蛋白和豌豆蛋白。5.权利要求1的组合物，其中生物活性微生物或材料为益生菌。6.权利要求1的组合物，其中生物活性微生物或材料为疫苗。7.权利要求1的组合物，其中生物活性微生物或材料为病毒。8.权利要求1的组合物，生物活性微生物或材料为蛋白。9.一种用于制备权利要求1的稳定的无定形和玻璃样干燥组合物的方法，所述方法包含：(i)将生物活性微生物或材料、至少两种稳定剂和至少两种保护剂在水性溶剂中合并；(ii)将步骤(i)的混合物冷却至高于其凝固温度的温度；(iii)在真空下，在高于冷却的混合物的凝固温度的温度下，通过蒸发对冷却的混合物进行初级干燥；(iv)在20℃或更高温度下对混合物进行二级干燥，其时间足以将混合物的水活度降低至Aw-0.3或更低。10.权利要求9的方法，其中混合物的初级干燥和二级干燥通过蒸发进行。...

【专利技术属性】
技术研发人员：莫迪·哈莱尔，罗杰·德鲁斯，布莱恩·卡朋特，伊莱纳·阿迪莫维奇，
申请(专利权)人：先进生物营养公司，
类型：发明
国别省市：美国,US