益生菌微膠囊及其制備方法和應用
【技術領域】
[0001] 本發明涉及益生菌制品技術領域，特別是涉及一種益生菌微膠囊及其制備方法和 應用。
【背景技術】
[0002] 益生菌制品具有廣泛的市場，在食品中主要應用于酸奶發酵。乳酸菌發酵乳糖產 生大量的乳酸、乙酸等有機酸，使腸道內的pH值降低，使得腸內處于酸性環境，對沙門氏 菌、變形桿菌和大腸桿菌等致病菌有明顯的抑制作用。除致病菌外，對腸內腐敗菌抑制力也 很強。低pH值有利于腸道蠕動，維持正常生理功能，組織病原菌的繁殖。如臨床常使用的 乳酸菌素片在治療腸炎、調整消化力、延緩機體衰老、抗癌等方面就深受好評。
[0003] 而根據益生菌應用效果的一般概念，只有活菌才能產生益生功能。因此，益生菌在 被攝入時必須是活的，并且在胃腸道中保持活性。根據國家對益生菌的相關規定，益生菌產 品在其保質期內活菌數目或者定植于腸道中的活菌數目不得少于10 6-107CFU/mL(g)。但是 由于益生菌對存活條件要求較高，現今益生菌制劑仍存在一定的局限性：一方面，當活菌或 輔料長期與空氣中的氧直接接觸時會使得活菌死亡及輔料氧化，從而會導致產品的儲存穩 定性差；另一方面，當益生菌制劑進入胃腸道后，因工藝保護不足導致益生菌在酸性環境下 存活率低，無法達到規定活菌數目，從而導致應用效果不佳。國內對于益生菌產品主要是看 重益生菌產品中所含有的活菌數量，但這樣會避開了益生菌在胃部的存活率、定植于腸道 的活菌數目、益生菌產品長期保存的穩定性以及菌體代謝產物功能等關鍵性問題，在一定 程度上造成了消費者在認識上的片面性，同時也限制了更有效、更安全的益生菌產品的開 發。
[0004] 為了改善益生菌本身的不耐酸、長期儲存穩定性差等缺點，近些年來，大量研究致 力于通過微型顆粒或者微型膠囊包裹益生菌活菌，然后通過冷凍干燥或者噴霧干燥來生產 相關產品。微囊化技術（microencapsulation)，是指利用性能較穩定的天然或者合成高分 子材料作為壁材，將性能不穩定的固體、液體等物質包埋在一個封閉"容器"中的技術，微膠 囊內部物質稱為芯材，包埋基質或者包裹材料稱為壁材。微囊化可以保護益生菌免受不利 環境因素的影響，所用的微囊化載體材料一般都要求是食品級以上。
[0005] 在制備益生菌微膠囊制劑過程中，需要對其進行干燥，其中最常用的是真空冷凍 干燥法，該方法具有菌存活率高、低溫等優點。菌種在真空冷凍干燥后，酶的活性喪失、凍干 燥菌粉復水性好、脫水徹底、保存期長、儲存運輸和使用都很方便，為直投式發酵劑提供良 好的基礎。但是在實際操作時，冷凍干燥過程中的水結晶、細胞的失水、蛋白失活等情況使 得菌體出現死亡或損傷，對于菌種的保存、生產使用非常不利。
【發明內容】
[0006] 基于此，本發明的目的之一在于提供一種耐酸、穩定的益生菌微膠囊。
[0007] 具體技術方案如下。
[0008] -種益生菌微膠囊，所述益生菌微膠囊包括芯材和壁材，所述芯材為益生菌，所述 壁材外層上涂覆有殼聚糖；所述壁材由含有天然高分子材料和凍干保護劑的水溶液制備而 成，其中，
[0009] 所述凍干保護劑包括葡萄糖、果糖、蔗糖、乳糖、海藻糖、可溶性淀粉、甘油、甘露 醇、阿拉伯膠、右旋糖酐40和脫脂牛奶中的一種或幾種；
[0010] 所述天然高分子材料包括膠凝糖、黃原膠、k-角叉菜膠、海藻酸鈉、醋酸鄰苯二甲 酸纖維素或明膠中的一種或幾種；
[0011] 在所述水溶液中，所述凍干保護劑的體積分數為4. 0% -20. 0%，所述天然高分子 材料的體積分數為〇. 5 % -5. 0 %。
[0012] 在其中一個實施例中，所述凍干保護劑包括乳糖、海藻糖、可溶性淀粉、甘油、阿拉 伯膠、右旋糖酐40或脫脂牛奶中的一種或幾種；所述天然高分子材料包括膠凝糖、黃原膠、 k_角叉菜膠、海藻酸鈉或明膠中的一種或幾種。
[0013] 在其中一個實施例中，在所述水溶液中，所述凍干保護劑的體積分數為 8. 0 % -18. 0 %，所述天然高分子材料的體積分數為1. 0 % -4. 0 %。
[0014] 在其中一個實施例中，所述凍干保護劑包括乳糖、海藻糖、可溶性淀粉、甘油、阿拉 伯膠、右旋糖酐40或脫脂牛奶中的一種或幾種；
[0015] 所述天然高分子材料包括膠凝糖、黃原膠、k-角叉菜膠、海藻酸鈉或明膠中的一種 或幾種；
[0016] 在所述水溶液中，所述凍干保護劑的體積分數為8. 0% -18. 0%，所述天然高分子 材料的體積分數為1. 〇 % -4. 0 %。
[0017] 本發明的另一目的在于提供一種上述益生菌微膠囊的制備方法。
[0018] 具體方案如下。
[0019] 一種上述益生菌微膠囊的制備方法，包括以下步驟：
[0020] 1)將益生菌菌種接種到已滅菌的培養基中進行活化，再在與活化條件相同的條件 下進行增殖培養，得到菌液；
[0021] 2)將所述菌液離心處理，棄去上清液后，得到菌泥；
[0022] 3)將所述菌泥與所述含有所述天然高分子材料和所述凍干保護劑的所述水溶液 混合均勻，得到菌懸液，再把所述菌懸液固化，洗滌過濾；
[0023] 4)將步驟3)所得物加入到所述殼聚糖溶液中進行包衣，洗滌過濾后，即得所述益 生囷微膠囊。
[0024] 在其中一個實施例中，步驟3)中，所述菌泥與所述水溶液的質量比為1:1-1:8;步 驟4)中，在所述殼聚糖溶液中，所述殼聚糖的體積分數為1. 0% -15. 0%。
[0025] 在其中一個實施例中，步驟3)中，所述菌泥與所述水溶液的質量比為1:2-1:6;步 驟4)中，在所述殼聚糖溶液中，所述殼聚糖的體積分數為5. 0% -12. 0%。
[0026] 在其中一個實施例中，還包括以下步驟：將所述益生菌微膠囊放入體積分數為 8. 0% -18. 0%的所述凍干保護劑溶液中平衡30min后，再在-80. 0°C下預凍l_6h，最后 在-55. 0°C下真空冷凍干燥18-36h。
[0027] 在其中一個實施例中，所述步驟1)中，所述培養基為MRS肉湯，所述活化條 件為溫度35. 0-38. 0°C，時間22-26h，所述增殖培養中，接種比例為每100.OmL培養基 中接種2. 0-5.OmL菌種；所述步驟2)的所述離心處理中，溫度為20. 0-37. 0 °C，轉速為 3000-5000r/min，時間為10-30min;所述步驟3)中，用于固化的溶液為0. 1MCaCU容液，固 化的時間為15-60min;所述步驟4)中，包衣的時間為30-90min。
[0028] 本發明的另一目的在于提供一種上述益生菌微膠囊的應用。
[0029] 具體技術方案如下。
[0030] 一種上述益生菌微膠囊在制備保健食品、飲料食品、臨床營養制劑、藥物微制劑或 化妝品中的應用。
[0031] 本發明與現有技術相比，具有以下有益效果：
[0032] 現有技術當中的一種益生菌微膠囊，其以益生菌和保護劑（多孔淀粉和/或脫脂 奶粉）為芯材，且先以海藻酸鈉包埋芯材，外層再以乳清蛋白或明膠包裹。此益生菌微膠囊 中的益生菌活菌數仍不夠理想，且凍干后的耐酸性及穩定性也欠佳。而本發明所提供的是 一種凍干保護劑"骨架型"微膠囊，以益生菌為芯材，將凍干保護劑"內嵌"在天然高分子材 料凝膠內部，形成一個整體后作為壁材，再以殼聚糖進行包衣，得到殼聚糖-保護劑-天然 高分子材料微膠囊。與現有技術相比，"骨架型"微膠囊的凍干保護劑是"內嵌"在天然高分 子材料凝膠內部的，不直接與益生菌進行混合，在不影響微膠囊大小的同時，壁材厚度有一 定增加。混合的壁材既可以在冷凍干燥過程中起到保護作用，又對益生菌的耐酸性和長期 儲存性有明顯的改善。
[0033] 而且，在本發明中，凍干保護劑與天然高分子材料在混合溶液中的濃度對微膠囊 的穩定性、耐酸性也有著重大影響。凍干保護劑的濃度過低，則單體積溶液的凍干保護劑分 子過少，菌體不能充分的包裹在凍干保護劑分子中，這樣會達不到最佳的凍干存活率；濃度 過高，其滲透壓可能很大，對菌體造成不利的影響，而且，濃度過高也會造成工業成本的提 高，因此最終選擇8. 0% -18. 0 %作為凍干保護劑最佳濃度。而天然高分子材料的濃度過 低，則會使得微膠囊在固化過程中成球性差，導致部分益生菌未包埋在微膠囊內部；濃度過 高，則天然高分子材料溶液黏度增大，擠出過程可控性低，所以選擇1. 0-4. 0%作為天然高 分子材料的最佳濃度。
[0034] 而在制備過程中，益生菌菌泥與混合溶液的質量比、殼聚糖溶液的濃度也對微膠 囊的性能產生影響。益生菌菌泥與混合溶液的比例中，如果混合溶液比例過低，會不足以完 全包裹益生菌，使得活菌數偏低；如果比例過高，等量的菌分散在更多量的微膠囊當中，所 以測得的每l.Og凝膠珠中益生菌的數量相比于低比例時就會偏低，因此最終優選1:2-1:6 作為益生菌菌泥與混合溶液的質量比。殼聚糖溶液的濃度過低，會導致微膠囊耐酸性無法 達到要求；而實驗結果表明，當殼聚糖溶液濃度超過12. 0%時，則殼聚糖鹽酸鹽溶液粘度 太大，不利于微膠囊的分離，因此選擇5. 0% -12. 0%作為殼聚