益生菌生产和消费的两个最关键方面是保持产品的效力和稳定性。多种因素会影响益生菌的完整性，并最终影响其功效。今天我们特别编译了发表在 Nutritional Outlook 杂志上关于益生菌包装的文章。该文探讨了与生产益生菌产品所需的各种过程相关的特定挑战，并提供了关于包装设计的最新范例。希望本文能够为相关的产业人士和诸位读者带来一些启发和帮助。
菌株提供者、配方师和最终包装都与益生菌产品的完整性紧密相关。而包装是维持益生菌产品活力的最后一步。无效的包装会导致降解，破坏配方的稳定性，反过来影响性能。这是品牌必须解决的挑战，以确保产品保持其治疗价值并在功效方面满足其声明的标签要求。制造商会竭尽全力来减轻这种效能损失，当前的做法通常是通过提供更多数量的活菌来解决，这可能会造成高昂的成本，因为每剂量更多的产品意味着更多的制造成本。在美国，截至 2012 年的五年中，益生菌的使用量翻了两番1，并且全球市场都保持了上升的势头。在全球范围内，根据 7％的复合年增长率（CAGR）估算，到 2024 年，益生菌的市场规模将达到 730 亿美元左右2。消费者继续相信益生菌的前景，特别是在胃肠道健康，保持心脏健康，减轻某些过敏和湿疹的症状，控制乳糖不耐症以及增强免疫系统方面。大量研究正在进行探索益生菌在不同人群中的其他用途和潜在地预防疾病的发作或发展的作用。随着需求的不断增长，消费者已经对特定益生菌的质量和特性有了更多的了解，因为他们希望获得最大的益处。像菌落形成单位（CFUs）这样的术语，曾经是一个专门的技术术语，但如今对于越来越多的益生菌使用者来说，它们已经变得越来越熟悉。随着市场的成熟，这些消费者渴望从他们选择的补品的标签声明上知道可获得的活微生物细胞数量。他们希望这些信息不仅要准确，而且要在产品的整个保质期内都所有保障。为了使益生菌制造商及其供应链中的合作伙伴实现这些标签上的声明，他们必须要综合考虑科学、环境和商业等复杂因素。在处理活微生物时，他们必须将产品因暴露于热气和湿气而导致的降解降至最低。这需要专业的知识以及一套独特的技能和经验才能让其在一个经济可行的框架内运作。
益生菌产品的稳定性是从菌株选择和配制初期就要开始考虑的关键因素。在制造阶段，公司必须在满足生产特定菌株相关的要求的同时，确保能够产生稳定的产品，并能长期保持效能。在良好生产规范（GMP）的严格控制下，并结合国际益生菌协会（IPA）提出的最佳实践，益生菌公司必须考虑可能影响产品性能的几个变量。IPA 积极倡导在全世界范围内安全有效地使用益生菌，其既定目标之一是促进益生菌背后的最高制造标准和科学。从混合、封装到包装的整个生产过程中，生产商必须严格控制环境温度（<25°C）和相对湿度（<50％，优选<40％）。环境温度和相对湿度要求可能会根据所执行的过程而有所不同（例如，混合与包装）。制造商必须先完成对成品的一系列质量控制测试，并拥有可用于支持稳定性和确定保质期的数据后，才能将其投入到供应链中。这些测试还应表明产品符合微生物纯度的质量控制要求。水活度（Aw）水平直接影响 CFU 计数，制造商使用 Aw 模型来模拟产品质量随时间变化的模型。水蒸气与产物反应，并充当催化剂以开始降解过程。有效地管理包装中的 Aw 对于维持从运输、存储到零售货架以及最终到消费者家的整个供应链中的产品质量至关重要。制造商可以采取多种措施来减轻降解并维持在整个分销渠道中的产品质量。一种措施是添加超出所宣传的 CFU 的“过度”微生物菌株，以解决和管理整个货架期内产品稳定性和质量的预期下降。该解决方案可能是有效的，但显然效率不高且可能不划算。更重要的是，随着监管机构提高保护消费者利益的门槛，这种方法可能引起监管部门的关注。此变通办法强调了声明的 CFU 水平与实际 CFU 水平之间的明显差异，尽管这对消费者无害，但不一定与标签上所述的产品理解相符。从商业角度来看，这也有非常重大的负面影响，因为高水平的活性产品被有效地“赠送”，以弥补相对较高的下降率。因此，有必要用新的思维来解决这个问题。现在，制造商可以通过寻找先进的保护性包装解决方案，提供强有力的标签声明依据并确保符合现有的 GMP 制造流程，从而对其产品的货架期稳定性进行更有效的控制。以下是这类方法的其中一个例子，是一种材料科学驱动的活性包装解决方案，该解决方案利用了专有的三相活性聚合物技术。该技术由 Aptar CSP Technologies 公司开发。这项技术可以控制水分吸收的动力学，从而保护益生菌制剂免受残留和外部水分的影响，并减轻水活度升高的有害影响。（图 1）活性包装与当前的益生菌包装类似，但是又有所不同。比如，包含了一个工程化的、不可拆卸的三相活性聚合物套管（可以将其应用于小瓶、瓶子等）。该解决方案降低了初始水活度水平，并提供了一种主动控制水分的机制，以确保产品的稳定性并最大程度地减少随时间产生的效能损失。（图 2） 益生菌制造商 UAS Labs 对这项技术进行的一系列测试突显了这种活性包装随时间推移对益生菌稳定性的影响。对每个胶囊中数十亿个 CFU 的总活细胞计数（TVCC）的分析表明，包装在这些有效包装小瓶中的益生菌胶囊两年后的效能下降显著低于使用铝制包装存储在 25°C（77°F）和 60％相对湿度，以及 30°C（86°F）和 65％相对湿度的益生菌胶囊。（图 3）对于这两种包装条件，铝制注册的包装中的产品在前六个月的水活度都有所增加，并且总体水平在测试期更高。但是，活性包装瓶中包含的产品在第一个月内记录到水活度急剧下降，并且在整个测试期间保持较低水平。（图 4）在接下来的另一系列的测试中，在不同的温度和湿度条件下，对具有蔓越莓粉的益生菌胶囊进行了各种包装形式的测试（活性包装小瓶与带有干燥剂罐的琥珀色玻璃瓶）。在所有测试中，活性包装瓶的性能均优于其玻璃竞争对手：更有利的水蒸气透过率（MVTR），总体下降而非上升的水活度，限制效能下降的能力（图 5 和图 6）。利用新型益生菌包装技术的瓶子为益生菌品牌提供了机会，因为这些品牌希望通过更高的产品信息的透明度来增强消费者的信心。上述证据为采用更智能、有效的活性包装提供了强有力的理由。而且，通常来讲，想要采用活性包装系统十分方便：例如，活性包装瓶相对于当前的包装瓶可以保持一致的包装格式，并且可以在现有的包装线上运行，而无需花费大量的重新配置成本。这些解决方案也为开发新的销售渠道提供了真正的机会。品牌可以将目标对准在线销售和温度控制较少的网点，将其作为新的市场渠道，而在过去，这些渠道都不可行，因为增加了产品的风险而不是效能下降满足了标签要求。活性聚合物技术也可以以柔性膜形式应用。这种形式使制造商能够将该技术融入到传统的胶囊包装中：制造商可直接在胶囊包装生产线上将活性膜材料加入到胶囊包装的箔盖原料上。（图 7）Aptar CSP 公司最近正在与益生菌合同制造商 MeriCal 合作，对有或没有活性膜技术的热成型胶囊包装进行稳定性研究。如图 8 和 9 所示，活性膜材料的加入使益生菌产品能够降低水活度并维持多菌株益生菌产品的 CFU 计数（声称具有 100 亿 CFU）。MeriCal 研发高级副总裁 Jeremy Bartos 博士进行了评估，并表示：“此数据集清楚地表明了该技术能够减少胶囊包装中水分活度（Aw）和改善益生菌稳定性的能力。这为产品配方商和品牌提供了令人兴奋的机遇来开发新产品，延长保质期，并确保产品在不同气候区域的完整性。” 根据益生菌的预期用途的不同（药物与膳食补充剂），监管要求差异很大，这可能会成为不久后讨论的关键问题。2018 年 9 月，FDA 颁布了行业指南草案，其中讨论了在补充剂的标签中增加 CFU 计数细节的可能性，以及添加法规要求的重量声明3。在指南中，FDA 承认，如果标签规定了产品整个保质期内的活微生物数量，那么声明 CFU 可以起到增强消费者信心的作用。FDA 表示，如果企业要在 CFU 标签上标记除重量外的活性微生物成分数量信息，FDA 将行使自由裁量权4。 益生菌监管正在迅速发展，FDA 决定在标签上提供 CFU 数据是监管迈出的重要一步，这很可能会推动市场达到新的质量标准。FDA 在 2018 年 9 月发布的指南中明确表示该机构将来重点关注这一点。益生菌的效能和稳定性将是监管者和消费者用来判断益生菌产品质量的两个最重要的因素。最新的 FDA 指南还表示，消费者将从以 CFU 为单位标记活性微生物的标签受益。他们还指出，CFU 的标签索赔将成为其执行的基础4。好消息是，行业领导者和消费者群体齐心协力，共同建立起对益生菌质量的信心并鼓励其增长。随着益生菌品牌趋向于开发更复杂、更有效的产品，行业内和消费者群体中越来越多的人呼吁提高与效能有关的透明度。在这种情况下，CFU 数据可以提供清晰、可靠的产品质量信息和产品的稳定性。在加利福尼亚，政策制定者甚至在推动监管以达到这种目的。国会议员 Bill Quirk 博士提出了 CA AB 1178 号法案，该法案最初列出了对益生菌的要求，以说明活体生物的估计总数，但后来简化为对属、物种和菌株的说明。最终，如果该法案获得通过，该法案将使加利福尼亚州的消费者和制造商满意。可以说，任何产品质量问题都有可能对益生菌品牌的强劲需求产生负面影响，这更加强调了对效能声明的明确性和一致性的需求。通过优化产品和包装的组合，制造商可以继续在希望积极管理自己健康状况的消费者中建立信任。1.National Institutes of Health, National Center for Complementary and Integrative Health website. “Probiotics: What You Need to Know.” Updated August 2019.
2.PR Newswire. “The Global Probiotics Market Size Is Expected to Reach $73.8 Billion by 2024, Rising at a Market Growth of 7.7% CAGR during the Forecast Period.” Published May 2019.
3.FDA constituent update. “FDA Issues Draft Guidance on the Labeling of Dietary Supplements Containing Live Microbials.” Published September 6, 2018.
4.FDA draft guidance. “Policy Regarding Quantitative Labeling of Dietary Supplements Containing Live Microbials: Guidance for Industry.” Distributed September 2018.
原文链接：https://www.nutritionaloutlook.com/view/advanced-probiotic-packaging-designs-protect-potency-and-stability
作者｜Billy Abrams、Badre Hammond、Greg Leyer