喷雾冷冻干燥技术制备含鼠李糖乳杆菌GG的益生菌粉末：一种新型干燥工艺的评估与应用

本研究针对益生菌粉末制备过程中传统干燥技术（如喷雾干燥和冷冻干燥）存在的细胞损伤、工艺复杂等问题，创新性地采用喷雾冷冻干燥（Spray freeze drying, SFD）技术，结合冷却气氛喷雾和旋转批量冷冻干燥工艺，成功制备出高存活率（7.4 log CFU/g）、高球形度（0.97）的鼠李糖乳杆菌GG（Lacticaseibacillus rhamnosus GG, LGG）微球粉末。该技术通过优化喷嘴参数（300/400 μm孔径）和动态冻干条件，显著降低细胞损伤（最低1.0 log CFU/g损失），并改善粉末流动性及吸湿性（临界湿度40%），为益生菌制药工业化提供了新思路。

　　

在当今健康医学领域，益生菌因其对宿主健康的潜在益处而备受关注。然而，如何将活菌稳定地递送至人体仍是一大挑战。传统干燥技术如喷雾干燥（Spray drying）会导致热应激损伤，而冷冻干燥（Freeze drying）虽能保留活性却需额外粉碎步骤，且冰晶损伤不可避免。这些问题严重制约了益生菌制剂的工业化生产和临床应用。

针对这一瓶颈，由Meridion Technologies GmbH支持的研究团队在《European Journal of Pharmaceutics and Biopharmaceutics》发表了一项突破性研究。该团队创新性地将喷雾冷冻干燥（SFD）技术应用于益生菌领域，以模式菌株鼠李糖乳杆菌GG（LGG）为对象，通过冷却气氛喷雾（非液氮直接接触）结合旋转批量冻干工艺，成功开发出兼具高活性和优良物理特性的益生菌粉末。

研究采用分层实验设计，重点考察了喷嘴参数对细胞存活率的影响。通过激光衍射分析粒径分布、扫描电镜评估微观形貌，并结合动态水分吸附分析吸湿性。菌株培养使用MRS培养基，冻干保护剂选用20%海藻糖（Trehalose），最终通过平板计数法量化活菌数。

细菌细胞培养
LGG在MRS培养基中扩增后，调整至8.4±0.1 log CFU/g浓度作为原料悬浮液。

喷雾冷冻干燥参数对LGG活性的影响
300 μm和400 μm喷嘴产生的微球粒径分别为532±35 μm和739±57 μm，存活率差异显著（5.4-7.4 log CFU/g）。实验证实较小的喷嘴孔径（300 μm）虽降低粒径但增加剪切力，导致最高3.0 log CFU/g的活性损失。

讨论
该技术通过冷却气氛喷雾（-40°C）避免液氮冲击，结合旋转冻干缩短干燥时间50%。微球球形度达0.97，临界吸湿点为40% RH（相对湿度），超过此值会导致结构塌陷。工艺收率高达92.1±4.2%，远超传统方法。

结论
研究首次证明SFD技术可高效制备符合制药标准的益生菌粉末。动态冻干工艺产生的多孔微球结构（Bulk lyophilization）既保留活性又改善流动性，为活菌制剂（LBP）的工业化提供了新范式。作者A. Steegmans指出，该技术的核心优势在于将喷雾成型的精准控制与旋转冻干的效率相结合，未来可扩展至其他对温度敏感的微生物制剂领域。