微膠囊技術(shù)在益生菌保護(hù)中的應(yīng)用

微膠囊技術(shù)在益生菌保護(hù)中的應(yīng)用

嗜蟲(chóng)是指具有適當(dāng)生物活性和毒性的微生物。它可以促進(jìn)動(dòng)物和動(dòng)物的胃腸道功能，抑制細(xì)菌的生長(zhǎng)，促進(jìn)動(dòng)物和動(dòng)物的身體生長(zhǎng)。雖然益生菌在人的保健品和動(dòng)物飼料添加劑中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛,其良好的保健功能也被越來(lái)越多的消費(fèi)者所接受,但在目前,國(guó)內(nèi)已有的益生菌制品仍普遍存在穩(wěn)定性差的問(wèn)題。益生菌在從生產(chǎn)加工、銷售運(yùn)輸乃至經(jīng)過(guò)胃部胃酸的殺菌作用到達(dá)腸道的過(guò)程中,需經(jīng)受一系列不良的影響,這就導(dǎo)致到達(dá)腸道的活菌數(shù)大量減少,從而限制了益生菌生理作用的發(fā)揮,微膠囊技術(shù)就是解決該問(wèn)題的有效方法。微膠囊技術(shù)(microencapsulation)是利用天然或合成的高分子成膜材料把分散均勻的固體微粒、液體或氣體包覆形成微小固體顆粒的技術(shù),其中,包裹在微膠囊內(nèi)部的物質(zhì)稱為芯材(或囊心),微膠囊外部的包覆膜稱為包材(或囊壁、殼體)。微膠囊技術(shù)是當(dāng)今世界發(fā)展迅速、用途廣泛的一種技術(shù),物料通過(guò)膠囊化后,可改善其穩(wěn)定性,延長(zhǎng)產(chǎn)品的貨架壽命。微膠囊技術(shù)應(yīng)用于益生菌的生產(chǎn)有望較好地解決益生菌不耐胃酸和儲(chǔ)存期短等難題。1益生菌微膠囊乳酸菌(Lactobacillus)的微膠囊化制備一般采用安全且健康無(wú)害的原料,如海藻酸鈉、殼聚糖、阿拉伯膠、果膠、卡拉膠等作為包材,采用不同方法進(jìn)行微膠囊包被,但所有的微膠囊技術(shù)都離不開(kāi)兩個(gè)相同的步驟,即膜的形成和膜的固化。日本和韓國(guó)是較早將微膠囊技術(shù)應(yīng)用于益生菌的國(guó)家,并且已申請(qǐng)多項(xiàng)專利,我國(guó)在這方面的研究相對(duì)起步較晚,但進(jìn)展很快。乳酸菌的微膠囊化制備方法一般分為以下幾種:1.1豬源乳酸桿菌微囊化方法孫鵬等以海藻酸鈉/β-環(huán)糊精2%為壁材,采用銳孔—凝固浴法制備了植物乳桿菌P8微膠囊,活菌數(shù)達(dá)到2.27×1011CFU/g,且具有較好的耐酸性和腸溶性。韓亞超等在1株豬源乳酸桿菌的菌懸液中加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為4%的脫脂奶粉和6%的乳糖乳化10min,與3%海藻酸鈉溶液(115℃,滅菌10min)混合,然后滴入2%的CaCl2溶液,同時(shí)以150r/min進(jìn)行攪拌,靜止固化30min,清洗過(guò)濾,冷凍干燥20h得到乳酸桿菌微膠囊,其包埋效率為90.3%,且經(jīng)過(guò)微膠囊化包被以后,能夠顯著提高乳酸桿菌的耐酸性和室溫下貯存的穩(wěn)定性,試驗(yàn)制得的乳酸桿菌微膠囊也具有很好的胃不溶性和腸溶性。1.2產(chǎn)品的形狀和大小擠壓法是最普遍的利用親水膠體制備微膠囊的方法,包括制備親水膠體溶液,加入微生物細(xì)胞,擠壓細(xì)胞懸液,使其通過(guò)注射式針頭,以液滴的形式落入固定液中等過(guò)程。最終產(chǎn)品的形狀和大小取決于針頭的直徑和液滴下落的距離。擠壓法的優(yōu)點(diǎn)是操作簡(jiǎn)單、成本低、能獲得較高的細(xì)胞存活率。寧豫昌等采用擠壓法與冷凍干燥相結(jié)合的技術(shù),在海藻酸鈉濃度為3%、氯化鈣濃度為2%、脫脂奶粉濃度為4%、乳糖濃度為6%條件下制備雞源乳酸桿菌微膠囊,包埋產(chǎn)率達(dá)到92.4%,制備的微膠囊的耐酸性與腸溶性良好,試驗(yàn)證實(shí)利用微膠囊技術(shù)增強(qiáng)乳酸桿菌對(duì)不良環(huán)境的抗性,提高乳酸桿菌在加工、利用過(guò)程中的存活率是可行的。1.3制備微膠囊的工藝條件對(duì)乳酸菌生長(zhǎng)的影響陳金子等研究了降膽固醇乳酸菌WB的微膠囊化工藝,并對(duì)微膠囊化后的產(chǎn)品進(jìn)行了評(píng)價(jià),結(jié)果顯示,采用乳化法制備的膽固醇乳酸菌WB的微膠囊具有較好的耐酸性和腸溶性,且相對(duì)于冷凍干燥、噴霧干燥等方法來(lái)說(shuō),乳化法制備條件較溫和,不會(huì)嚴(yán)重影響乳酸菌的活性。李旭華等以海藻酸鈉、殼聚糖和明膠為主要壁材制備的鼠李糖乳桿菌LT22雙層微膠囊顆粒具有較好的耐酸性和耐腸溶性,并具有較強(qiáng)的耐受短時(shí)高溫的性能,大大提高了鼠李糖乳桿菌LT22的抵抗力。因?yàn)槿樗峋鷮?duì)加工、儲(chǔ)存條件要求較高,所以在微膠囊化的過(guò)程中也要注意工藝條件的控制,以提高其存活率,降低損失。劉陽(yáng)等在研究中發(fā)現(xiàn),保證混合液的合適溫度對(duì)微膠囊的形成非常重要,如果溫度高于乳酸菌的適宜生長(zhǎng)溫度(37℃)過(guò)多時(shí)會(huì)導(dǎo)致乳酸菌的活性受到影響。2微膠囊技術(shù)的應(yīng)用在雙歧桿菌(Bifidobacteria)制品中存在的最為關(guān)鍵的問(wèn)題是產(chǎn)品銷售和消費(fèi)過(guò)程中活菌含量下降,這是由于雙歧桿菌對(duì)氧極為敏感,對(duì)低pH值的抵抗力差,活性保持困難;雙歧桿菌制劑(液體)在幾天內(nèi)活菌數(shù)就會(huì)下降一個(gè)數(shù)量級(jí);對(duì)于干粉來(lái)說(shuō),一般貯存溫度(室溫)下也會(huì)很快失活,活菌數(shù)會(huì)大量下降。另外,雙歧桿菌活菌胃酸和膽鹽耐受力也較差,因此,微膠囊技術(shù)應(yīng)用于雙歧桿菌的包被有著廣闊的發(fā)展空間。楊汝德等采用流化床微型包囊技術(shù)研制活性雙歧聯(lián)菌微囊微生態(tài)制劑在人工胃液中處理2h后,存活率仍高達(dá)60%,腸溶性效果良好。經(jīng)37℃、空氣相對(duì)濕度為70%的常規(guī)加速試驗(yàn)和常溫留樣觀察,結(jié)果表明,含活性菌微囊的常溫保存期在1年以上。戚薇等采用雙層包囊法,即先以明膠、果膠、黃原膠等無(wú)毒害的天然材料包裹菌體,形成耐酸的保護(hù)層;再用海藻酸鈉和殼聚糖交聯(lián)形成耐酸性能更好的雙層微膠囊,制得的微膠囊能抵抗胃酸等酸性條件,并能有效地提高菌體的保存期。李寧分別用擠壓法和噴霧干燥法制備雙歧桿菌微膠囊,并進(jìn)行了耐酸、耐膽鹽和恒溫加速保藏試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果顯示,擠壓法制備的雙歧桿菌微膠囊耐酸、耐膽鹽性顯著增強(qiáng),有利于雙歧桿菌在腸道的定殖,但存在微膠囊顆粒較大的不足(粒徑在1～2mrn);噴霧干燥法制得的微膠囊粒徑在5～10μm,與擠壓法相比,顆粒明顯減小,分散性和溶解性顯著增強(qiáng),更適于添加到多種乳飲料中制成功能性飲品或作為食品發(fā)酵劑使用,但在保藏期內(nèi)細(xì)胞存活率較擠壓法略有降低,耐胃酸性和耐膽鹽性較擠壓法也有不同程度的減弱。3對(duì)機(jī)體的作用酪酸菌(Clostridiumbutyricum)又名丁酸梭菌,是一種專性厭氧的革蘭氏陽(yáng)性芽胞桿菌,它可以在腸道內(nèi)產(chǎn)生B族維生素、VK等物質(zhì),對(duì)機(jī)體具有保健作用,同時(shí)還可以增加人和動(dòng)物體內(nèi)血清中免疫球蛋白IgA和IgM的含量,提高機(jī)體免疫力。目前,酪酸菌的微膠囊化研究報(bào)道還很少,孫梅等對(duì)酪酸菌包埋劑的選擇及包埋條件進(jìn)行了試驗(yàn)研究,結(jié)果顯示,海藻酸鈉4.0%+明膠2.0%做包材效果最好,包埋后的活菌數(shù)達(dá)到2.4×108CFU/mL,形成的微膠囊顆粒粒度均勻,分散性好,且熱穩(wěn)定性顯著提高,耐胃酸及膽鹽效果顯著增強(qiáng)。4防治及食品保鮮蘇云金桿菌(Bacillusthuringiensis)是一種革蘭氏陽(yáng)性芽胞桿菌,目前主要應(yīng)用于生物防治及食品保鮮。雙龍等將經(jīng)紫外光照射處理2h后的2株蘇云金桿菌原菌液平板活菌計(jì)數(shù)成活率分別為5.4%和8.2%,微膠囊化后這2株菌的菌液成活率分別為72.0%和76.3%,微膠囊劑的成活率與原菌液差異達(dá)到極顯著水平,微膠囊包被后的蘇云金桿菌比原菌液的抗紫外光能力大大增強(qiáng),表明該微膠囊對(duì)菌株具有很好的保護(hù)作用。5微膠囊技術(shù)在益生菌上的應(yīng)用由于益生菌,特別是乳酸菌、雙歧桿菌等對(duì)營(yíng)養(yǎng)條件要求較高,或?qū)ρ鯓O為敏感,對(duì)低pH值的抵抗力差,因此其活性保持較困難。另外,益生菌要對(duì)人體產(chǎn)生有益作用,必須在通過(guò)胃環(huán)境后仍有大量的存活菌到達(dá)腸道并定殖于腸黏膜上,但由于胃酸的殺菌作用,益生菌的活菌數(shù)在該過(guò)程中會(huì)大幅度下降。為了提高益生菌的保存期和耐受性,國(guó)外最早是采用菌株馴化的方法來(lái)獲取耐氧及耐酸性菌株,但馴化后的菌株性能不穩(wěn)定,因而人們轉(zhuǎn)而研究采用微膠囊包被技術(shù)對(duì)益生菌進(jìn)行保護(hù)。微膠囊化技術(shù)是21世紀(jì)重點(diǎn)研究開(kāi)發(fā)的高新技術(shù)之一,在歐美一些國(guó)家已成為一種應(yīng)用普遍的食品加工方法。但目前對(duì)于微膠囊技術(shù)在益生菌上