用于制备含有生物活性分子的粉状组合物的方法与流程

用于制备含有生物活性分子的粉状组合物的方法
1.微生物安全是对食品的重要要求。常规的生产和保存方法确保了微生物安全性，但味道和营养成分往往受到这些方法的负面影响。因此，一直需要将对食品的营养价值和味道的影响最小化的保存方法。此外，这些方法应该是环境和经济上可接受的。
2.乳制品含有具有促进健康特性的生物活性分子。常规地，乳制品(如乳)的微生物安全性是通过热巴氏杀菌或超高温处理(uht)来保证的。然而，这两种方法都导致所述生物活性分子(如热敏性维生素和蛋白质)的显著降解。
3.一些乳制品以粉末形式出售，通过喷雾干燥获得。为了确保微生物安全性和延长的保质期，在喷雾干燥之前，常规地施加巴氏杀菌步骤。因此，这种喷雾干燥方法包括在巴氏杀菌器中在巴氏消毒条件下(至少72℃，持续至少15秒)对产品预热，将巴氏杀菌的产品通过塔进料管线输送到喷雾干燥塔的顶部，以及在喷雾干燥器中雾化液体。雾化通常由转盘或通过喷嘴进行。在输送到喷雾干燥器的顶部期间，产品未被主动冷却，并因此保持在约72℃。冷却会对喷雾干燥过程的能力和能量输入产生负面影响，并会对喷雾干燥的颗粒的尺寸产生负面影响。实际上，这意味着产品在至少72℃的温度下持续约一分钟的时间段。然而，大多数生物活性蛋白的变性是在高于65℃开始的，这意味着产品的营养价值将受到这一方法的负面影响。
4.本发明的目的是提供一种用于通过喷雾干燥制备包含天然存在于乳中的生物活性分子的微生物安全粉末的方法，其中(促进健康的)生物活性分子的变性被最小化。换句话说：该目的是提供一种方法，其中产品在高于所述生物活性分子变性温度的时间段被最小化。
5.该目的已通过根据本发明的方法实现，该方法包括以下步骤：
6.a.提供包含生物活性分子的液体组合物，
7.b.任选地预热所述液体组合物，前提是该液体组合物的温度不超过65℃，
8.c.通过塔进料管线将任选地预热过的液体组合物输送到喷雾干燥塔的顶部，
9.d.使用位于该塔进料管线内的直接电容积式加热器使该任选地预热过的液体组合物的温度升高，该液体组合物的最终温度在60℃-80℃的范围内，之后
10.e.将所得的液体组合物通过塔进料管线输送到喷雾干燥器的雾化器。
11.该方法包括处理包含生物活性分子的液体组合物。优选地，所述生物活性分子是天然存在于乳中的生物活性分子。
12.在本说明书中，术语“乳”是指从牛(例如乳牛、水牛、绵羊、山羊、马和骆驼)获得的乳，但也指人乳。因此，“天然存在于乳中的生物活性分子”包含天然存在于人乳和/或来自牛(如乳牛)乳中的生物活性分子。
13.液体组合物包含至少一种类型的生物活性分子，这意味着液体组合物可能含有其他组分。实际存在于组合物中的天然存在于乳中的生物活性分子确实可以在乳中找到其来源，但也可能是合成的或从乳以外的天然来源获得的。
14.天然存在于乳中的生物活性分子的实例包括各种蛋白质、脂类、维生素、唾液酸、核苷酸、低聚糖、氨基酸和牛磺酸。
15.在优选的实施例中，液体组合物包含天然存在于乳中的蛋白质。此类蛋白质的实例是抗微生物因子、免疫球蛋白因子、细胞因子、促炎/抗炎因子、趋化因子、消化酶、蛋白激素、转运蛋白、糖巨肽、α-乳白蛋白、β-乳球蛋白、牛血清白蛋白和乳脂肪球膜的蛋白质。抗微生物因子的实例是免疫球蛋白、乳铁蛋白、溶菌酶和抗微生物肽(如β-防御素和补体c3)。免疫球蛋白可包含选自iga、ige、igg、igm和igd中的一种或多种。在优选的实施例中，液体组合物包含iga和/或igg中的一种或多种亚型。
16.液体组合物可包含全脂乳、半脱脂乳、脱脂乳、初乳、减脂乳、低脂乳、无脂乳、酪蛋白、甜乳清和/或酸乳清，基本上由其组成或由其组成。
17.液体组合物任选地预热至40℃-65℃，优选地50℃-65℃，最优选地55℃-65℃的范围内的温度，该温度低于大多数(促进健康的)生物活性分子的变性温度。预热不应导致温度超过65℃。
18.这种预热用于降低后续步骤期间的电能输入，并且因此使该方法更加节能。
19.这种预热可以在任何合适的设备中分批或连续进行。分批预热可以在容器中进行；连续预热可以使用热交换器(例如板式热交换器)进行。预热优选地连续进行。
20.在达到所希望的预热温度后，预热过的液体组合物被输送到喷雾干燥塔的顶部。在进行所述输送之前，无需将组合物在所希望的温度下保持一定的时间段。因此，整个方法可以以连续的方式进行。
21.如果不预热，那么液体组合物优选地保持在低于20℃、更优选地低于15℃、并且最优选地低于10℃，直到到达喷雾干燥塔的顶部。
22.塔进料管线可以是高压管线，或可以在常规工艺压力下工作，这取决于喷雾干燥器的类型。如果喷雾干燥器的雾化器包括喷雾嘴，所述管线中的压力优选地设定在50-350mpa的范围内。转盘雾化器需要在1-5mpa的范围内的压力。
23.在喷雾干燥塔的顶部，使用位于塔进料管线内的直接电容积式加热器对(预热)液体组合物进行加热。在此步骤中，使该液体组合物的温度升高。换句话说：以t1的温度进入直接电容积式加热器的(预热的)液体组合物将以t2的温度离开该直接容积式加热器，其中t2＞t1。优选地，液体组合物在进入直接电容积式加热器之前和离开其之后的温度差(即t2-t1)是至少5℃、优选地至少10℃、甚至更优选地至少20℃、并且最优选地至少30℃。在直接电容积式加热器加热后的液体组合物的温度优选地在60℃-90℃、更优选地60℃-80℃、并且最优选地70℃-75℃的范围内。
24.喷雾干燥塔的顶部被定义为靠近雾化器(例如喷头或转盘)的位置，使得液体组合物可以在短时间内，优选地小于约40秒从加热器移动到雾化器。与使用热交换器相比，使用直接容积式加热器允许非常快速地加热，即使是高粘度材料像婴儿配方奶粉也是如此。
25.直接电容积式加热器优选地通过电介质加热、欧姆加热(也被称为焦耳加热或电阻加热)或脉冲电场(pef)加热来操作。
26.电介质加热可以通过微波或射频加热进行，其中射频加热的频率为13.56mhz、27.12mhz或40.68mhz，并且微波加热的频率为915mhz或2450mhz。在射频加热下，加热是由溶液中盐离子的运动引起的；在微波加热下，加热是由盐离子和水分子二者的运动引起的。
27.欧姆加热和pef加热是由液体的电阻率引起的。电流通过产品，并且电阻导致产品升温。这可以用直流电、交流电或脉冲电流来完成。
28.wo 2013/007620中披露了使用pef处理来减少乳制品的微生物负荷。根据现有技术程序，乳制品首先被加热到20℃-45℃，优选地30℃，之后进行pef处理。在pef处理后，据说产品具有的温度是64v或更低、最优选50℃或更低。任选地，组合物可以被引导到喷雾干燥塔。在本发明的情况下——其要求直接电容积式加热器位于塔进料管线内——可以达到更高的温度而不增加生物活性分子的变性，从而提高微生物安全性。
29.然后，加热过的液体组合物通过塔进料管线被输送到喷雾干燥器的一个或多个雾化器(即喷嘴或转盘)，并且喷雾形成粉末。
30.法定巴氏杀菌要求产品的每一部分都要在≥72℃下保持至少15秒，或如fda巴氏杀菌乳条例中规定的同等条件。如果在本发明的方法期间确实需要法定巴氏杀菌，那么在塔进料管线的最后部分——即直接电容积式加热器与雾化器之间的停留时间应使得在施加的温度下法定巴氏杀菌(或等同)所需的时间得到满足。
31.在某些情况下，不需要法定巴氏杀菌。在这些情况下，可以将直接容积式加热器放置在离雾化器适当的距离处，以便达到节能喷雾干燥和/或充分灭活微生物所希望的温度，并且同时确保生物活性分子(例如蛋白质)的最小变性。因此，使用电介质、欧姆或pef加热使在塔进料管线的最后部分——即直接电容积式加热器与雾化器之间的停留时间-小于20秒、优选地小于15秒、更优选地小于10秒、甚至更优选地小于5秒、甚至更优选地小于2秒，并且最优选地小于1秒。
32.步骤d中，pef处理是直接电容积式加热的优选方式。
33.随后使用在140℃-300℃、优选地150℃-260℃，并且最优选地170℃-210℃的范围内的温度的热空气进行喷雾干燥。
34.可以使用任何类型的喷雾干燥器，如单级、双级、多级和型喷雾干燥器。
35.使用本发明的方法可以生产的优选的粉末是含有乳制品的粉末如乳粉(例如全脂乳粉、半脱脂乳粉、脱脂乳粉、初乳粉、减脂脱粉、低脂脱粉、无脂脱粉)、酪蛋白粉、浓缩乳清蛋白粉或分离乳清蛋白粉、浓缩血清蛋白粉或分离血清蛋白粉、乳铁蛋白粉、用于婴幼儿的营养组合物、以及用于此类营养组合物的基础粉末。
36.而且低聚糖像人乳低聚糖、低聚半乳糖和低聚果糖、维生素像维生素a或维生素d、乳脂或基于乳脂的产品、磷脂、多不饱和脂肪酸以及益生菌也可以用本发明的方法进行喷雾干燥。
37.实例
38.在搅拌的同时将生乳在水浴中的5l不锈钢桶中加热。在均质化之前，将乳加热至45℃。均质化在170巴(第一阶段)以及30巴(第二阶段)下进行。
39.这种生乳经历了三种不同的工艺：
40.1.喷雾干燥前模仿法定巴氏杀菌(74℃持续20秒)的工艺，该工艺包括在管式加热器中将乳在74℃下加热20秒，之后将其输送到管式冷却器中。输送花费31秒，代表从巴氏杀菌器输送到喷雾干燥喷嘴的时间。
41.2.模仿最小化法定巴氏杀菌和喷雾干燥的工艺，该工艺包括在管式加热器中将乳加热到50℃的温度，之后将其输送到管式冷却器中。输送花费31秒，但在冷却器之前的停留时间为20秒，使用pef电加热装置将温度提高到74℃。
42.3.模仿巴氏杀菌和直接雾化的工艺，该工艺包括在管式加热器中将乳加热到50℃的温度，在31秒内将其输送到管式冷却器中，以及使用pef电加热装置将刚好在冷却器之前的温度提高到74℃。在此工艺中，在冷却前没有停留时间。
43.管式加热器是缠绕在线圈中的双夹套管。该双夹套用热水逆流冲洗，以达到所希望的温度。
44.pef加热装置包括欧姆加热单元，有3个腔室设计，2x[1.8x10mm]和1x[1.8x20mm]，电加热的场强被设定为300v/cm。脉冲持续时间逐渐斜升到1000μs；一旦达到脉冲持续时间，频率就以约20hz的步进从0增加到125hz。从100hz开始，使用约5hz的小步进，以防止温度过高。
[0045]
管式冷却器是缠绕的双夹套管，其中冰水在外管中并流供给。
[0046]
这些工艺运行15分钟，之后收集样品。离开冷却器的流体被收集在无菌容器中并且储存在冰上。
[0047]
天然免疫球蛋白水平(活性igg、活性iga活性igm)和乳铁蛋白通过牛igg、iga、igm和lf elisa定量集确定，如r.l.valk-weeber，t.eshuis-de ruiter，l.dijkhuizen，和s.s.van leeuwen，international dairyjournal[国际乳品杂志]，第110卷，2020年11月，104814)所描述的。
[0048][0049][0050]
该表示出天然免疫球蛋白的水平随着热负荷的降低而增加。
[0051]
通过将乳(进口温度：50℃)送入压力为50巴、空气进口温度为170℃、以及空气出口温度为80℃的中试喷雾干燥器，分别研究了喷雾干燥对天然ig和乳铁蛋白水平的影响。未检测到活性igg、igm以及乳铁蛋白的损失；并且仅观察到活性iga的少量损失(约5％)。
[0052]
换句话说，巴氏杀菌和喷雾干燥期间的生物活性损失是由喷雾干燥之前的热负荷造成的。通过进行根据本发明的方法来减少这种热负荷，保持了大量的生物活性。