[发明专利]喷雾冷冻

说明书

本发明涉及用于保存例如微生物、尤其是乳酸菌的改善方法，所述方法包括喷雾冷冻。

技术领域

本发明涉及用于干燥和/或冷冻蛋白质或微生物、尤其是乳酸菌的改善方法，所述方法包括将所述蛋白质或微生物的悬浮液/溶液喷雾到气体中。

背景技术

喷雾干燥先前已被用于干燥乳酸菌，但没有获得大的商业成功。例如美国专利US6010725A(Nestle)涉及用于在具有高于250摄氏度(℃)的入口温度的喷雾干燥设备中喷雾干燥微生物的工艺。据说至少有10％的微生物在处理中存活。

近来已提出喷雾冷冻用于冷冻乳酸菌，但商业成功有限。Semyonov等(FoodResearch International 43,193-202(2010))已研究了通过“喷雾冷冻干燥”(即喷雾冷冻，继之以冷冻干燥)微胶囊化的副干酪乳杆菌(Lactobacillus paracasei)细胞的存活率。显然，细菌悬浮液以其液态形式被直接喷雾到氮气中，该工艺产生具有400到1800微米的大小分布的微胶囊。推断大容量冷冻干燥(bulk freeze drying)产生略高于喷雾冷冻干燥的存活率，并且具有约1000-1400微米的大小的粒子产生高于400微米粒子的存活率。

美国专利US7007406(Wang)公开了一种喷雾冷冻设备，其中冷冻产物被收集在过滤器上。

所有上述喷雾冷冻和干燥工艺都具有有限的商业成功，尤其是当待保存的产品是应当在解冻或再水合后有活力的细菌细胞时。

发明内容

本发明人已惊讶地发现，如果存在以下情况，则可通过包括喷雾冷冻的工艺非常有效地且以高存活率保存细菌细胞：

-喷雾冷冻步骤之前是干燥步骤，其中雾化粒子通过与干燥气体接触而被(部分)干燥；

-通过在低温气体中冷冻雾化粒子来实施冷冻；和/或

-借助于旋风分离器收集冷冻产物。

此外，本发明人已观察到，与传统的冷冻工艺相比，本发明的冷冻工艺具有诸如以下的意想不到的优点：

-改善的工艺经济性，因为i)与颗粒冷冻相比，用于冷冻的氮气的消耗更少，ii)可能用通过本发明获得的冷冻产物更有效地操作冷冻干燥器，由加载到冷冻干燥器中的量和冷冻干燥后获得的最终产物的量计算，和iii)获得更紧凑的冷冻产物，从而减少对冷冻器空间和/或更容易的运输的需要，和

-如果使悬浮液/溶液在冷冻步骤前经受预干燥步骤，则改善液体的去除；明显地，蒸发的液体在冷冻步骤中不形成粒子并与低温气体一起被去除，和/或任何形成的粒子都小到使得它们与期望的冷冻产物在例如旋风分离器中分离。

更详细地说，本发明人已证明，使用液氮和/或非常冷的氮气在环境大气压力下对含水制剂的常规喷雾冷冻中，根本不会在冷冻工艺期间发生干燥，因此与在液氮中常规造粒获得的较大颗粒相比，仅提供较小的微粒用于下游冷冻干燥。常规地，喷雾干燥器的通过率如此低使得这些干燥方法不提供例如对冷冻干燥的经济可行的替代方案。过高的干燥器出口温度将有效地破坏并杀死大多数乳酸菌菌株，因为生活在人肠道中的大多数细菌(如乳酸菌-下文简称为LAB，特别是厌氧LAB))在40℃将不会存活很长时间。

在将喷雾干燥和部分脱水的液滴的下游冷冻相结合的尝试中，本发明人在置于喷雾冷冻室顶部的雾化装置周围改装(retrofitted)加热的(氮)气体分配器。喷雾冷冻室被改造成使得上半部分将维持远高于大部分含水LAB悬浮液的凝固点的温度，并且在组合的喷雾干燥/冷冻室的下半部分中，注入液氮以实现由室顶部中的雾化装置产生的部分脱水液滴的喷雾冷冻。