微胶囊技术在益生菌中的应用

Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｆｏｏｄ ａｎｄ Ｂｉｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｓｈａｎｇｈａｉ
２０００９３）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｐｒｏｂｉｏｔｉｃｓ ｉｓ ｅｘｔｒｅｍｅｌｙ ｓｅｎｓｉｔｉｖｅ ｔｏ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ，ｏｘｙｇｅｎ，ａｃｉｄ ａｎｄ ａｌｋａｌｉ．Ｄｕｒｉｎｇ ｔｈｅ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ，
吉冈俊满等ｆＩ睬用喷雾冷却法进行的双歧杆菌微
胶囊化，双歧杆菌菌粉与脱脂奶粉、淀粉等保护剂混 合均匀后，分散于熔点高于体温的硬化油中，搅拌均 匀后用泵以一定流量从喷嘴中喷出．冷风与其成反平 行流，在室内形成喷雾，得到的是多核微胶囊化双歧 杆菌。产品具有肠溶性，在胃液中存活率较高。但双 歧杆菌分散不均匀且制备过程中死ｆ率高。 也有不少研究常使用喷雾干燥法微胶囊化益生 菌。曹永梅ｆ１０１曾试图用喷雾十燥工艺制备活菌粉，但 发现活菌的存活率只有万分之几。远远达不到冷冻 干燥的水平，称基本没有工业化的可能性。可是，魏
熔化的氢化油脂中作为芯材。明胶倮胶溶液作为壁
材．同时通过一同心双层喷嘴滴人流动的冷却油中。 形成微胶囊化双歧杆菌颗粒。该双歧杆菌颗粒保存 时间长，菌体存活率高。刘丽英等…ｌ改用海藻酸钠为 壁材，ＣａＣＩ：为同定液．挤压制得直径为２—３ｍｍ之间 的乳酸菌微胶囊，验证了海藻酸钠作为乳酸菌微胶 囊的壁材，具有良好的乍物相容性和肠溶性。但干 燥对于微胶囊中乳酸菌的存活率有很大影响。戚薇 等【－２ｌ在湿菌泥和海藻酸钠的混合液中添加了一定量的 胶体．用注射器针头将双歧杆菌与海藻酸钠的混合 液滴人ＣａＣｌ：溶液中，形成胶体和海藻酸钙双层凝胶 珠。然后与壳聚糖溶液进行成膜反应。制得双歧杆 菌微胶囊凝胶珠。以该法制得的微胶囊菌体的存活 率较高（９３％），能抵抗胃酸，并能有效地延长菌体的 保存期。 ２．１．２交联法 最初由Ｇｒｏｂｏｉｌｌｏｔ等１１３１和Ｃａｒｏｌｉｎｅ等ｌｌ乱分别用该 法。采用不同的壁材对乳酸菌进行了包被。由于所 用的交联剂都有一定毒性．会对乳酸菌的活性造成 损害，但是交联剂的浓度越大，胶囊的强度越好。 该产品用于乳酸发酵后。活菌含量会随发酵时间的延
薹茎岔耋ｊ茔堂态的壁材中，喷雾，壁材冻细菌的活性提高，但能耗增大 结凝固得微胶囊
………Ｐ¨～一，胃一
‘…”一’一９………
硬化．包覆芯材成微胶囊 凝聚法，相分离法水溶性聚合物
戮鬻嬲搿激纂黼．ｄｔｅ．差－１＂：辚－２／，／，嚣１，４－蛐因
芯材固体粉末悬浮于空气中。壁材溶液喷雾利于进行工业化生产。但颗粒相对 流化。悬浮滚动，包覆芯材，干燥得微胶囊 较大，易粘连，热敏性茵的活力较低
ｎｅｃｅｓｓａｒｙ ｏｆ ｐｒｏｂｉｏｔｉｃｓ
ｂｉｆｉｄｏｂａｃｔｅｒｉａ，ｌａｃｔｏｂａｃｉｌｌｕｓ ａｎｄ ｏｔｈｅｒ ｂａｃｔｅｒｉａ ｍｉｃｒｏｅｎｃａｐｓｕｌａｔｉｏｎ．
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｐｒｏｂｉｏｔｉｃｓ；ｍｉｃｒｏｅｎｃａｐｓｕｌａｔｉｏｎ，ｂｉｆｕｄｏｂａｃｔｅｄａ；ｌａｃｔｏｂａｃｉｌｌｕｓ
工艺技砸一
■ｎｍ ＳＣＩＥＮＣＥ ＡＮＤ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧ’
食品科技
微胶囊技术在昼兰面咋的应用
冯琼，李保国，黄志强，高盈娴 （上海理工大学食品与生物技术研究所，上海２０００９３）
摘要：益生菌对温度、氧、酸、碱极为敏感，在加工、运输、储存过程中稳定性差易失活，使功能 丧失。用微胶囊包埋能保护益生菌免受外界环境侵害，提高其稳定性和利用率。本文介绍了益生茵 及其微胶囊化的珏要性，并阐述了双歧杆菌、乳酸菌及其他一些菌种的微胶囊化研究进展。 关键词：益生茵；微胶囊化；双歧杆菌；乳酸茵
●ｒ—Ｄ∞ＳＣＩＥＮＣＥ
食品科技
ＡＮＤ ＴＥＣＨＮＯＬ０６ｙ
将双歧杆菌微胶囊化．结果得出壳聚糖／’海藻酸钠为 壁材制备的微囊效果最佳。将微囊后的的双歧杆菌
培养１２ ｈ后活菌含量达７．５ｘ１０９ｅｆｕ／ｍＬ，仍然保持较
高的活性．且能在微囊巾继续增殖。曹永梅等ｆ１０１则将 浓缩菌液与海藻酸钠溶液混合均匀后，加入植物油 中，搅拌形成均匀混浊乳状液，然后快速加入ＣａＣｌ： 水溶液。直至Ｗ／Ｏ乳状液被破坏，形成海藻酸钙胶 粒．用乳化交联法实现微胶囊化。微胶囊化双歧杆 菌经人工胃液处理后存活率比未微胶囊化产品提高 了４个数量级；微胶囊化后双歧杆菌的耐热性较强， 在５０℃时的存活率提高了３个数量级，而未微胶囊 化产品在５５℃已无活菌存在，微胶囊化产品在６０℃ 处理３ｍｉｎ仍有部分活菌。可见微胶囊壁材作为一种 物理屏障，减缓了热传递过程。 ２．１．３喷雾法
Ｔｈｅ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ｍｉｃｒｏｅｎｃａｐｓｕｌａｔｉｏｎ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｉｎ ｐｒｏｂｉｏｔｉｃｓ
ＦＥＮＧ
Ｑｉｏｎｇ，ＬＩ
Ｂａｏ－ｇｕｏ，ＨＵＡＮＧ Ｚｈｉ－ｑｉａｎｇ，ＧＡＯ Ｙｉｎｇ－ｘｉａｎ
（Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ
ｏｆ Ｓｈａｎｇｈａｉ ｆｏｒ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，
２．１．１挤压法 挤压法最初由Ｓｅｈｕｌｔｚ于１９５６年提出．是双歧杆 菌微胶囊化使用最广泛的一种方法悯。该方法的原理 是将双歧杆菌与亲水性胶体混合。通过针式喷嘴挤 出菌种悬液，逐滴滴入同化液中，形成微胶囊。国 外利用挤压法微胶囊化益生菌，最早是海藻酸钙的 单层包埋，后来逐渐发展成为多层包埋。 ８０年代中期，日本有关微囊化的专利较多。例 如．丸山哲彦等１７】将双歧杆菌菌液及淀粉等与海藻酸 钠混合．通过喷嘴喷人ＣａＣｌ：固化液中，干燥后再用融
益生菌（ｐｒｏｂｉｏｔｉｃｓ），又称为益生素、微生态制剂， 是具有维持人体内菌群平衡、并对人体健康产生有 益作用的活菌制品或含有菌体组分及其代谢产物的 死菌制品。
根据国家食品药品监督管理局２００５年７月１日 发布的《益生菌类保健食品申报与审评规定（试行）》 （国食药监注［２００５】２０２号），我国目前可用于保健食品 的益生菌如表１所示：
表２益生茵Leabharlann 囊化方法、原理及优缺点益生菌的生理保健功能主要包括：防治各种胃 病和肠道疾病、增强免疫功能、防治癌症、降低胆固 醇、防治高血压、抗过敏反应、保持泌尿生殖系统的 健康、排斥致病菌、维持肠道菌群平衡以及营养功 能等。不过，要获得所期望的保健效果，益生菌必须 达到足够的数量．国家规定益生菌产品出厂时，活 菌含量必须高于ｌｘｌＯ％ｆｕ／ｍＤｌｌ。 然而．乳杆菌和双歧杆菌等益生菌多为厌氧菌 或兼性厌氧菌。在生长过程中。不形成芽孢，抗性较 差，大多耐酸性较差、对氧极为敏感，活性保持较困 难回。导致进入市场的产品中活菌数量会急剧下降．产 品的贮存稳定性极差，保健功效损失快。例如，发酵 乳制品在１８％的条件下贮存８。１２周以后．活菌数下 降了５－６个对数周期１３］：另外．益生菌要对人体产生 有益作用。首先它必需通过胃环境以大量的存活菌 到达肠道并定殖于肠粘膜上。但在胃酸和胆盐的环 境中．乳制品中嗜酸乳杆菌和双歧杆菌菌数会很快 下降『４】。使得最终在人体内没有足够的益生菌发挥作 用。据报导四，口服冻干菌粉，在胃中的存活率仅为 ｌ％，存活率极低。 １益生菌微胶囊化的意义 为了避免外在环境对益生菌活性的影响，并
ｔｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎ ａｎｄ ｓｔｏｒａｇｅ，ｔｈｅ ｓｔａｂｉｌｉｔｙ ｏｆ ｐｒｏｂｉｏｔｉｃｓ ａｇａｉｎｓｔ ａｃｉｄ ａｆｆｅｃｔ ｉｓ ｖｕｌｎｅｒａｂｌｅ ｔｏ ｂｅ ｗｏｒｓｅ，ａｎｄ ｆｕｎｃｔｉｏｎａｌ ｆｒｏｍ ｔｈｅ ａｃｔｉｖｉｔｉｖｉｅｓ ｏｆ ｐｒｏｂｉｏｔｉｃｓ ｗｅｒｅ Ｉｏｓｅｄ．Ｍｉｃｒｏｅｎｃａｐｓｕｌａｔｉｏｎ ｅｍｂｅｄｄｉｎｇ
为壁材，混合时电荷相互中和，壁材溶解度：嚣霪＝＝…”“…一…１。。 ～…‘一’
点高于体温的油脂喷涂于颗料表面。制得的产品室 温保存６个月后存活率在５０％以上。但由于只是海 藻酸钙的单层包埋，因此抗胃酸以及肠溶性有限。 随后他们将双歧杆菌菌粉与淀粉混合后悬浮于熔点 在３０—４５。Ｃ的硬化油中作为芯材．将一定比例的明胶 与果胶作为壁材，用双通道喷嘴（外管壁材溶液、内管 芯材溶液），滴入冷却油得软胶囊后，再浸渍于５％的 Ｃａ盐中，进行肠溶性处理，取出后冷风干燥．产品 室温下６个月后存活率也大于５０％，并能通过肠溶 性崩解。在该方法中，硬化油实际上也起到了作为
微胶囊技术 喷雾干燥 喷雾冷凝 流化床包衣，空气 悬浮法 挤压法
壁材类型 水溶性聚合物 蜡状物、脂肪酸、水溶性 或脂溶性单体和聚合物 水溶性或脂溶性聚合物、 油脂、蜡状物 水溶性或脂溶性聚合物
主要原理
优缺点
务１Ｌ・心壁羽）甩芎＇缏，蘑承．浴刑，星嗣Ｉ耋Ｊ１Ｌ竹迎Ｊｑ丁Ｊ．业１Ｌ王厂。＂ｌＹ－霄１￡船杈‘Ｊ王 微胶囊 茵的活力降低
萋麓善霎麟擞囊篓辙嚣娥…，不
用与芯材混合，壁材通过加热、交联或反溶＝，三：：赫ｘ、“４。…””’１ １“……一７
荆作用僵化形成微胶囊 减小．凝聚析出微胶囊
质乳化，向脱水溶剂中挤压，包覆材料脱水一＝型。’。娄羔’公…沙…’’”
静电学方法
含相反电荷的聚合体或 混合物
兰摹莲薹麦笋亭墨戮主荔耋嚣差羹蓑囊茎笋大小较均匀，但不利于
ｃａｎ ｅｖｅｎ
ｔｈｅ
ｐｒｏｔｅｃｔ ａｇａｉｎｓｔ ｐｒｏｂｉｏｔｉｃｓ
ｅｘｔｅｍａｌ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ，ｉｍｐｒｏｖｉｎｇ ｉｔｓ ｓｔａｂｉｌｉｔｙ ａｎｄ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ．Ｉｎ ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ，ｔｈｅ ｐｒｏｂｉｏｔｉｃｓ ａｎｄ ｔｈｅ
ｍｉｃｒｏｅｎｃａｐｓｕｌａｔｅｄ ｗｅｒｅ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ，ａｎｄ ｐｒｅｓｅｎｔｅｄ ｔｈｅ ｌａｔｅｓｔ ｒｅｓｅａｒｃｈ ａｄｖａｎｃｅ ｏｆ
表１我国目前可用于保健食品的益生菌
收稿日期：２００７－０６－３０
ｌ，旧ＳＣＩＥＮＣＥ
食品科技
ＡＮＤ
ＴＥＣＨＮＯＬＯＧｙ
■工艺技水
确保其能抵抗胃酸顺利到达肠道并定殖，科学家 们采用了各种措施。其中将益生菌进行微胶囊包 埋被认为是最为有效、最有前景的一种方法。微 胶囊包埋技术是采用一种成膜材料。将包埋与冷 冻干燥有机结合起来，在冷冻干燥的同时迅速在 益生菌活菌体周围形成一层类似微囊的保护膜， 即将益生菌活菌体包埋在保护膜内，从而达到减 少甚至避免菌体冻干损伤．保护益生菌免受噬菌 体的侵害，提高活菌存活率，延长活菌常温保存 期的目的。 将益生菌微胶囊化的意义：（１）可将益生菌与氧气 等外界不利环境分开：（２）掩盖其特有的令人不愉快的 气味；（３）制品颗粒微小，可添加到一些食品中；（４）采 用肠溶性壁材，防止胃酸的破坏。使尽可能多的菌 体到达肠道．真正起到有益于健康的作用。 ２益生菌的微胶囊化方法 ２．１双歧杆菌和乳酸菌的微胶囊化 用于保健食品的益生菌中主要包括双歧杆菌和 乳杆菌，从２０世纪８０年代开始就有人进行益生菌微 胶囊化的探索并申请了多项专利。目前，国内外已 经发展了多种微胶囊化技术应用于益生菌，见表２， 主要包括。
长而恢复。
华等【・，噪用喷雾干燥方法。对保加利亚乳杆菌、嗜热
链球菌进行微囊化。发现微胶囊化产品的活菌保存 期显著延长．且与传统的酸奶发酵剂相比，缩短了 乳酸菌的凝乳时问．降低了接种菌量。冷冻干燥工 艺结合微囊化技术．可获得较高存活率的乳酸菌活 性，微囊化技术可提高菌体的抗热性以及活菌的存 活率。 刘绘景等¨８选择了３株长双歧杆菌和２株婴儿双 歧杆菌与分别含有明胶、树胶和可溶惟淀粉一起喷 雾ｆ燥。发现喷雾十燥后双歧杆菌存活冈种类而异。 同时也取决于所用载体以及喷嘴排出气体的温度。 孙俊良等ｆ１９１以阿拉伯胶、Ｂ一环糊精、可溶性淀粉、明 胶、脱脂奶粉为壁材。根据正交试验确定了’嗜酸乳 杆菌微胶囊化的最佳真空喷雾干燥进风温度、壁材 浓度和芯材浓度，得到最佳的微胶囊粒子直径平均 为２０“ｍ，微胶囊的热稳定性较好。 ２．１．４相分离法 最初是源于Ｐｒａｎｅｅ用海藻酸钠将乳酸菌包被， 用于乳酸的生产。发现生产性能良好，并且这种乳 酸菌微胶囊可以重复使用闭。Ｓｈｅｕ等ｆｚＩＪ用油相分离法 制得的乳酸菌微胶囊，使乳酸菌的防冻能力提高了
工艺技市一
壁材的作用，制得的产品耐酸性有很大提高，但由 于油脂温度过高，导致细菌死亡率高。 藤原正弘等１８Ｊ采用双重乳状液法，将含双歧杆菌 的活菌液与添加了疏水性乳化剂的油脂混合形成包 含活菌的ＷＡ３型乳状液．再将制得的乳状液分散于多 价金属盐溶液中．形成ＷＡ３，Ｗ型双重乳状液，然后 通过喷嘴逐滴加入成膜剂中．反应得直径在ｌ。５ｒａｍ 的球状胶囊。产品在ｐＨ４．０以下的溶液中保存２１ｄ， 仍有１％以上双歧杆菌存活。１９９４年Ｃｈｕｏ—ｋｕ等１９１对 双通道进行改进采用了三层挤乐法．双歧杆菌菌粉 悬浮于窒温疏水物质（如氢化油脂）中作为芯材，擘材 为：（１）熔点高于体温的油脂；（２）一定比例的明胶和果 胶。芯材和壁材分别进入一个三层同心喷嘴的内、 中、外层，然后同时滴人冷却油中形成直径为２．５ｍｍ 的内层为固态油脂．外层为明胶和果胶膜的双层双 歧杆菌胶囊。该产品具有很好的肠溶性，但由于双 歧杆菌的耐热温度低。制备过程中与熔点高于体温 的油脂接触时死亡率高。而且，双歧杆菌在油脂中 分散极不均匀，因此导致产品质量不稳定。 我国有关益生菌微胶囊化的研究起步较晚，主 要采用以海藻酸钙为壁材的单层包埋。曹永梅等１１１将 双歧杆菌冷冻干燥菌粉与低聚糖及淀粉一起分散于