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多组分生物活性颗粒的喷雾干燥制备与颗粒形成过程研究

多组分生物活性颗粒的喷雾干燥制备与颗粒形成过程研究

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作者：苏玉雯苏州大学

学位级别：硕士

将活性药物成分或其他生物活性物质分散并包埋在惰性载体中,能够在加工与储藏过程中保护有效成分活性、提升药物生物利用度、调控有效成分在体内的释放过程。喷雾干燥技术能够高效、快速地将含有生物活性物质与保护载体的进料液转化为粉... 详细信息

将活性药物成分或其他生物活性物质分散并包埋在惰性载体中,能够在加工与储藏过程中保护有效成分活性、提升药物生物利用度、调控有效成分在体内的释放过程。喷雾干燥技术能够高效、快速地将含有生物活性物质与保护载体的进料液转化为粉体,而保护载体的组成以及粉体的颗粒特性可影响生物活性颗粒的功能性,明确喷雾干燥中载体材料与生物活性物质的相互作用机理,理解雾化液滴在干燥过程中的颗粒形成行为,有助于实现功能性生物颗粒的按需设计。然而,喷雾干燥过程中,数亿雾化液滴同时在塔内干燥,难以对单一液滴的连续变化过程进行监测与研究,在本研究中,采用单液滴干燥与测量技术,在模拟喷雾干燥条件下对含有生物活性物质或保护载体的单一液滴的干燥过程进行研究,监控液滴的干燥动力学、形貌变化以及不同干燥阶段的活性变化,研究不同生物活性颗粒的颗粒形成机理,并依此优化喷雾干燥。首先研究活性益生菌粉体制备过程,以乳酸菌鼠李糖乳杆菌GG（LGG）作为模型菌株,采用单液滴干燥技术监控干燥过程中LGG的活性变化历程,再应用均一粒径喷雾干燥技术制备LGG粉体,表征粉体颗粒特性及粉体中LGG的活性和生长能力,分别研究保护载体材料和菌体预适应处理对喷雾干燥后LGG存活率的影响。分别在乳糖与海藻糖两种基质载体中加入抗氧化剂或钙离子作为保护组分,研究载体组分作用机制,结果显示,加入0.5%（w/w）的维生素C或EGCG（表没食子儿茶素没食子酸酯）,LGG活性仅在添加有EGCG的粉体中出现明显提升,从4%增加至约12%,说明降低菌体在干燥过程中的氧化损伤有助于保护菌体活性,但实际保护效果具有抗氧化剂特异性;而加入1 mM氯化钙,可将LGG存活率从5%提升至约30%,且不显著改变粉体颗粒特性,说明钙离子的保护作用来源于其与LGG细胞之间的相互作用。为明确乳酸菌耐受性对喷雾干燥粉体中LGG存活率的影响,通过改变乳酸菌培养条件及与保护载体的混合方式,培养高耐受性菌细胞,结果显示,将LGG培养温度从37℃提升至42℃,可将LGG存活率提升约1倍,而混菌过程中对LGG进行一定热休克处理,可将存活率提升至约80%。结果表明,保护载体可通过调控乳酸菌对不利因素的耐受性来提升喷雾干燥后的存活率,而乳酸菌作为一类特殊的生物活性物质,自身生物特性是决定粉体功能性的关键因素之一。由于众多活性药物成分具有疏水特性,干燥制粉过程需要采用有机溶剂完成,为明确不同溶剂在干燥相同固相组分时的液滴干燥动力学、颗粒形成过程及干颗粒微观结构影响,本课题建立了一种新型单液滴干燥技术,对单一溶剂液滴和复合溶剂液滴的干燥过程进行定量研究,考察了复杂干燥过程——反溶剂蒸气干燥中溶剂吸收、干燥与颗粒形成间的关系。结果显示,复合溶剂液滴呈现由易挥发溶剂至难挥发溶剂的分阶段干燥过程,依据复合溶剂的组成不同,药物载体液滴的颗粒形成过程与干颗粒表面形貌出现较大区别,不良溶剂占比增加导致颗粒表面的褶皱显著增多。反溶剂蒸气干燥过程是在干空气中混入反溶剂蒸气作为干燥介质,液滴边干燥边吸收反溶剂蒸气,干燥与吸收速率取决于初始液滴中的原溶剂特性、反溶剂特性以及二者的互溶性,在乙醇馏分的控制下,干燥后期经历一个平衡阶段,液滴温度保持在乙醇湿球温度附近,最终干颗粒的形貌受液滴内乙醇摩尔分数控制,呈现海胆状、交联网状、均一无定形微球等,颗粒尺寸由2μm至100 μm不等。本课题基于活性乳酸菌粉体制备与有机溶剂液滴干燥两个体系,分别研究了保护载体、活性物质自身特性、溶剂组分以及气流组分对多组分生物活性颗粒制备过程的影响,明确了不同载体材料和不同预适应方式对乳酸菌耐受性的提升效果,为生产高活性乳酸菌粉末提供了有效途径;改进了单液滴干燥技术,拓展了该技术在有机溶剂液滴干燥研究中的应用,反溶剂蒸气干燥法对制备1-2 μm的亚微米级药物颗粒具有重要意义。

关键词：单液滴干燥喷雾干燥活性干益生菌生物活性颗粒有机溶液反溶剂蒸气干燥

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