益生菌微膠囊技術(shù)及其在食品中的應(yīng)用研究進(jìn)展

田文靜,孫玉清,劉小飛

(北京農(nóng)業(yè)職業(yè)學(xué)院,北京 102442)

近年來(lái),隨著生活水平的不斷提高,越來(lái)越多消費(fèi)者關(guān)注食品的健康性。因此,“功能性食品”應(yīng)運(yùn)而生,并迅速成為食品工業(yè)的一個(gè)重要發(fā)展方向。功能性食品是指那些除能提供正常的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值之外,還可改善或影響機(jī)體功能的食品[1-2]。而益生菌食品是功能性食品中的一個(gè)重要組成部分[3]。諸多研究表明,益生菌作為人體腸道重要的生理菌,具有多種生理功能,包括改善人體腸道功能、減少腸道疾病、促進(jìn)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)吸收、緩解乳糖不耐癥、降膽固醇、調(diào)節(jié)免疫系統(tǒng)、預(yù)防癌癥等[4-5],因此被廣泛青睞。

為獲得這些功效,使益生菌在產(chǎn)品和宿主中都保持活性和代謝穩(wěn)定,且達(dá)到一定數(shù)量(通常認(rèn)為產(chǎn)品中不低于107cfu/g或107cfu/mL)[6]尤為重要。然而,在加工、運(yùn)輸、貯藏以及消化過(guò)程中,益生菌往往會(huì)受到加工條件、貯藏溫度、食品中其他成分及宿主消化系統(tǒng)(胃酸、膽鹽、酶)等不良因素的影響,進(jìn)而導(dǎo)致菌的數(shù)量和活性下降,或使最終定植于人體腸道中的活菌數(shù)低于理論上能夠發(fā)揮益生功效的最小閾值[7]。因此,在食品加工中保持益生菌的活性和數(shù)量尤為重要。而微膠囊技術(shù)就是一種能有效保護(hù)益生菌抵抗不良環(huán)境的被廣泛應(yīng)用的技術(shù)手段[8-10]。

微膠囊化是指用天然或合成的高分子材料包埋微小的固體顆粒、液滴或氣體,形成粒徑為幾微米至幾毫米、具有半透性或密封性囊膜粒子的過(guò)程[11]。其中,包裹在微膠囊內(nèi)部的物質(zhì)稱(chēng)為芯材,外部的囊膜稱(chēng)為壁材。在食品工業(yè)中,微膠囊化有多種目的,其中最主要的是為芯材提供物理屏障,進(jìn)而保護(hù)其不受或減少外界環(huán)境的影響,直至到達(dá)終點(diǎn)——人體腸道[11-13]。由于益生菌在腸道中的定植量被認(rèn)為是益生菌發(fā)揮功能的前提,故微膠囊中的益生菌能否在腸道中完全釋放也是判斷微膠囊品質(zhì)好壞的一個(gè)重要標(biāo)準(zhǔn)[14]。此外,為避免益生菌微膠囊的添加對(duì)功能性食品的風(fēng)味、口感、質(zhì)地等產(chǎn)生影響,微膠囊的粒徑也應(yīng)控制在足夠小的范圍內(nèi)。

目前,盡管對(duì)益生菌微膠囊的研究較多,但是在現(xiàn)今的技術(shù)方案中仍有很多明顯的技術(shù)障礙,要將其應(yīng)用于食品工業(yè)中,尚有很多缺陷和技術(shù)難題需要解決?；诖?本文探討了益生菌微膠囊常用的制備方法及不同壁材對(duì)微膠囊質(zhì)量評(píng)價(jià)的影響,并對(duì)其在酸奶、奶酪、冰淇淋等食品中的應(yīng)用情況進(jìn)行了綜述,同時(shí)對(duì)其未來(lái)的發(fā)展前景進(jìn)行了展望。

1 微膠囊化技術(shù)

目前,在食品工業(yè)中應(yīng)用最多的微膠囊制備方法有擠壓法、乳化法和噴霧干燥法等。

1.1 擠壓法

擠壓法是制備益生菌微膠囊最簡(jiǎn)單、最常用的方法,是指將益生菌加入壁材溶液中混合均勻,并通過(guò)噴嘴以液滴的形式滴入固化液中形成微小顆粒的過(guò)程[15]。例如,在最常見(jiàn)的以海藻酸鈉為壁材的微膠囊中,固化液通常為CaCl2溶液[16]。由于該方法操作簡(jiǎn)單、成本低廉,所以在益生菌的包埋過(guò)程中應(yīng)用較廣,但缺點(diǎn)是得到的膠囊粒徑較大,約為0.5～3 mm[16]。Krasaekoopt等[17]以海藻酸鈉與殼聚糖為壁材,采用擠壓法制得的微膠囊平均粒徑為1.89 mm。用擠壓法制得的微膠囊的粒徑大小取決于噴嘴孔徑的大小、液滴下落的距離、固化液的選擇以及壁材-細(xì)胞混合液的粘度等[18]。為了減小微膠囊的粒徑,Doherty等[19]以乳清蛋白為壁材,以醋酸鹽溶液為固化液,并在固化液中加入吐溫-20以減小表面張力,最終制得的微膠囊平均粒徑為200 μm。

1.2 乳化法

從靈活地控制和調(diào)整微膠囊大小方面考量,制備益生菌微膠囊最合適的方法是乳化法。具體操作方法是先將益生菌與壁材混合均勻,后加入到植物油中進(jìn)行乳化,待形成均勻且穩(wěn)定的油包水(W/O)乳化液后,加入交聯(lián)劑,使壁材與之反應(yīng)固化成型,同時(shí)將益生菌包埋其中而形成益生菌微膠囊[16]。影響微膠囊粒徑大小的主要參數(shù)有乳化過(guò)程中的能量輸入、乳化劑的加入、分散相與連續(xù)相的黏度比以及攪拌速度等,用乳化法制得的微膠囊粒徑通常較小,約為20 μm～2 mm,但不足是在攪拌器強(qiáng)大剪切力的作用下,得到的微膠囊形狀可能不規(guī)則,呈球形較差[20]。Heidebach等[21]以乳蛋白為壁材,運(yùn)用內(nèi)源乳化法對(duì)副干酪乳桿菌F19和乳雙歧桿菌Bb12進(jìn)行包埋,得到的微膠囊粒徑為(165±23) μm,但微膠囊的呈球形較差。

1.3 噴霧干燥法

益生菌在加入食品后直至被食用之前往往要儲(chǔ)存一段時(shí)間,因此,益生菌微膠囊在制備好后通常要進(jìn)行干燥處理,運(yùn)用擠壓法或乳化法制得的微膠囊常用冷凍干燥法進(jìn)行干燥[22-24]。而另一種方法可以在單步中同時(shí)實(shí)現(xiàn)微膠囊的制備和干燥,即噴霧干燥法。

在食品工業(yè)中,噴霧干燥是將液體轉(zhuǎn)化為干粉的一個(gè)常見(jiàn)操作,近年來(lái),該技術(shù)也廣泛的應(yīng)用于益生菌微膠囊的制備,具體操作是將益生菌與壁材混合均勻后,通過(guò)噴霧干燥器進(jìn)行霧化、干燥得到微膠囊的過(guò)程。用該法制得的微膠囊形狀比較均勻,呈球性較好,且粒徑也較小(往往小于100 μm)[20]。然而,與以擠壓法和乳化法制得的微膠囊相比,用噴霧干燥法制得的微膠囊大多是水溶性的。因此,在加入食品后或進(jìn)入胃腸液消化的過(guò)程中可能會(huì)過(guò)早地釋放益生菌,而不能對(duì)其形成有效的保護(hù)[16]。此外,在噴霧干燥過(guò)程中,較高的溫度和瞬間脫水可能會(huì)導(dǎo)致細(xì)胞退化,進(jìn)而使活菌數(shù)大幅減少或?qū)Σ涣辑h(huán)境的抗性明顯下降[25]。有研究表明,在噴霧干燥過(guò)程中,噴霧干燥出口的溫度對(duì)微膠囊中的活菌數(shù)及其貯藏性有顯著影響,而降低出口溫度可以明顯改善[26-28]。Desmond等[29]以牛乳和阿拉伯膠為壁材,運(yùn)用噴霧干燥法制備副干酪乳桿菌NFBC 338微膠囊,進(jìn)出口溫度分別為170 ℃和100～105 ℃時(shí)制得的微膠囊含水量為2.53%±0.55%,在4 ℃下貯藏8周后存活率僅為18.7%±3.8%;若將出口溫度設(shè)置為95～100 ℃時(shí),制得的微膠囊含水量為2.76%±0.68%,同樣條件下貯藏8周后存活率為67.9%±2.0%。因此,選擇出口溫度的時(shí)候,要充分考慮益生菌的存活量和干燥產(chǎn)品的含水量要求(通常要求干燥微膠囊的含水量低于10%)[30]。

2 益生菌微膠囊的評(píng)價(jià)指標(biāo)及壁材對(duì)其質(zhì)量的影響

2.1 包埋率

包埋率通常指制得的微膠囊中所含活菌數(shù)(CFU)與最初添加到壁材溶液中的活菌數(shù)(CFU)之比。因此,包埋率是一個(gè)描述活細(xì)胞存活率和包埋過(guò)程中包埋效率的參數(shù)。在實(shí)際操作中,包埋率通常都小于100%,其主要原因是包埋過(guò)程中的不良環(huán)境(如加熱、剪切力、濃溶液的應(yīng)用等)對(duì)微生物細(xì)胞損傷造成的;此外,在加入固化液發(fā)生交聯(lián)的瞬間,也會(huì)發(fā)生大量細(xì)胞未被包埋而造成損失的現(xiàn)象。在測(cè)微膠囊中所含活菌數(shù)的時(shí)候需要將其崩解,釋放菌體進(jìn)行測(cè)量計(jì)算,而崩解不完全或解離過(guò)程中,受不良因素的影響均會(huì)導(dǎo)致所測(cè)微膠囊包埋率的下降[31]。例如,以海藻酸鈉為壁材的微膠囊可以在磷酸鹽緩沖液中輕微振蕩實(shí)現(xiàn)崩解[32];而對(duì)于不可逆凝膠形成的微膠囊,通常需要機(jī)械分解的方法去實(shí)現(xiàn)崩解,在崩解過(guò)程中很容易造成益生菌活菌數(shù)下降,進(jìn)而影響包埋率。

在益生菌食品中,每克或每毫升產(chǎn)品中益生菌數(shù)大于106～107CFU才被認(rèn)為是有效的[9]。因此,為使產(chǎn)品中益生菌含量達(dá)到最低要求劑量,尤其是在微膠囊添加比例較低的情況下,微膠囊必須有較高的包埋率。然而,現(xiàn)在很多研究者為滿(mǎn)足益生菌微膠囊在食品中的要求(如較小的粒徑、更適合應(yīng)用于食品的壁材等),對(duì)現(xiàn)有的包埋方法進(jìn)行調(diào)整,包埋率下降的問(wèn)題卻又隨之出現(xiàn)。

2.2 不同壁材對(duì)益生菌微膠囊質(zhì)量評(píng)價(jià)的影響

2.2.1 膠質(zhì)壁材 在益生菌微膠囊的制備中,以膠質(zhì)材料(如海藻酸鈉、卡拉膠、結(jié)冷膠、黃原膠、阿拉伯膠等)做為壁材的研究非常普遍,原因是膠質(zhì)壁材在水溶液中或與離子鍵合后,會(huì)形成有一定機(jī)械強(qiáng)度的凝膠粒子,同時(shí)對(duì)其中的益生菌形成保護(hù)作用[33]。但由于膠質(zhì)材料的水溶液粘度較大,易造成益生菌分散不均,以及微膠囊粒徑較大等問(wèn)題。針對(duì)此類(lèi)問(wèn)題,很多研究者對(duì)制備方法進(jìn)行了改進(jìn),使微膠囊粒徑控制在較小范圍,但與此同時(shí),也可能對(duì)包埋率等造成不良影響。

傅玉鴻等[34]以海藻酸鈉、黃原膠和殼聚糖為壁材,運(yùn)用擠壓法包埋海洋放線菌,得到的微囊有良好的機(jī)械強(qiáng)度,但粒徑卻高達(dá)400～650 μm。Capela等[35]在磁力攪拌器的作用下,運(yùn)用乳化法將益生菌包埋于3%海藻酸鈉中,得到的微膠囊平均粒徑為381 μm。由于用作微膠囊壁材的海藻酸鈉屬于膠體溶液,即使在低濃度下粘度也較高,造成分散相和連續(xù)相(絕大多數(shù)為植物油)間粘度比相對(duì)較高,所以,為使微膠囊的粒徑足夠小,必須在乳化過(guò)程中提高能量輸入。在后續(xù)試驗(yàn)中,Capela等[35]通過(guò)高壓均質(zhì)機(jī)或高速攪拌器等設(shè)備在乳化過(guò)程中提供高剪切力,最終得到的微膠囊粒徑減小至100 μm以下,但包埋率卻顯著下降,可能是由于均質(zhì)或高速攪拌過(guò)程中產(chǎn)生的熱應(yīng)力或機(jī)械力導(dǎo)致益生菌存活率有所下降。Ding等[36]以海藻酸鈉為壁材,在乳化過(guò)程中運(yùn)用均質(zhì)機(jī)或微流化器提供剪切力以減小微膠囊的大小,結(jié)果發(fā)現(xiàn),用此方法制得的8種益生菌微膠囊中菌的包埋率普遍降低0.5～3.5個(gè)對(duì)數(shù)值。

音樂(lè)產(chǎn)業(yè)存在的意義重點(diǎn)在于其表達(dá)的核心理念，是持續(xù)不斷地為整個(gè)音樂(lè)市場(chǎng)提供優(yōu)秀的作品。若沒(méi)有創(chuàng)作者寫(xiě)出音樂(lè)作品，相關(guān)的音樂(lè)產(chǎn)品如網(wǎng)易、QQ、等音樂(lè)軟件也將不復(fù)存在。因此，音樂(lè)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，始終離不開(kāi)音樂(lè)人才的支持，特別是賦有創(chuàng)意的音樂(lè)人才。不僅了解音樂(lè)的本體，還具有前瞻性的目光。優(yōu)秀的音樂(lè)人和作品，是支撐音樂(lè)產(chǎn)業(yè)發(fā)展強(qiáng)大的精神支柱。

由此可見(jiàn),為將益生菌微膠囊更好地應(yīng)用于食品工業(yè)中,應(yīng)在控制其粒徑的情況下充分考慮包埋率,故對(duì)新型壁材的探究及對(duì)制備方法的改進(jìn)是今后的重要發(fā)展方向。

2.2.2 蛋白壁材 目前,以蛋白質(zhì)作為微膠囊壁材的相關(guān)報(bào)道也較多。由于蛋白質(zhì)具有良好的乳化特性和較低的粘度,若以此為壁材,采用乳化法可以以較小的剪切力制得粒徑小、包埋率高的微膠囊[37]。此外,與上述的膠質(zhì)材料相比,大多數(shù)蛋白溶液即使在高濃度下也有相對(duì)較低的粘度,這更有利于微膠囊形成致密的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),對(duì)內(nèi)部益生菌形成的保護(hù)更為有效。

然而,以蛋白質(zhì)替代常用的膠質(zhì)材料作為益生菌微膠囊的壁材,有時(shí)需要對(duì)現(xiàn)有的微膠囊化技術(shù)進(jìn)行優(yōu)化甚至創(chuàng)建新的方法,但在實(shí)際操作中也可能會(huì)產(chǎn)生其他問(wèn)題。Annan等[31]采用共價(jià)交聯(lián)的凝膠機(jī)制制備青春雙歧桿菌微膠囊,其平均粒徑為50 μm,但包埋率僅為41.43%,可能是由于共價(jià)交聯(lián)產(chǎn)生的強(qiáng)大物理穩(wěn)定性阻止了內(nèi)部菌體的完全釋放,使計(jì)算所得的包埋率較低,但是,由包埋過(guò)程本身引起的包埋率下降程度卻難以評(píng)估。Picot等[38]以40 ℃下熱變性的乳蛋白為壁材,分別與多種雙歧桿菌混合均勻后進(jìn)行噴霧干燥,產(chǎn)生的微膠囊粒徑為3～75 μm,包埋率為0.71%～25.7%,且不同菌種的包埋率取決于其本身的耐熱性,因此,較高的剪切力和熱失活引起的細(xì)胞損傷是該方法的主要缺陷。Weinbreck等[39]也表示干燥過(guò)程中的高溫處理對(duì)菌體細(xì)胞有所損傷。而Heidebach等[37]采用乳化法,用凝乳酶交聯(lián)酪蛋白對(duì)副干酪乳桿菌F19和雙歧桿菌Bb12進(jìn)行包埋,發(fā)現(xiàn)包埋率分別可以達(dá)到70%和93%,原因可能是凝乳酶與乳清蛋白的交聯(lián)使微膠囊結(jié)構(gòu)更加致密,對(duì)益生菌提供的保護(hù)更加有效。

在食品工業(yè)中,為使其與功能性食品的特定要求相匹配,常需要對(duì)微膠囊制備方法進(jìn)行優(yōu)化。然而,根據(jù)上述研究可以看出,為減小微膠囊的粒徑,對(duì)一些操作方法的優(yōu)化可能會(huì)導(dǎo)致包埋率降低。但使用蛋白質(zhì)溶液代替膠質(zhì)材料作為壁材,如果采用溫和的凝膠機(jī)制(如用凝乳酶交聯(lián)乳清蛋白等),可以獲得粒徑較小且包埋率較高的微膠囊[40]。

2.2.3 油脂壁材 除了碳水化合物和蛋白質(zhì)外,以脂質(zhì)作為益生菌微膠囊壁材的相關(guān)研究較少。其具體操作方法是將益生菌與熔融脂質(zhì)混合均勻,隨后冷卻結(jié)合,實(shí)現(xiàn)將益生菌包埋于脂質(zhì)壁材中的目的。然而,益生菌在油中均勻的分散是一個(gè)技術(shù)難題[41]。其次,由于脂質(zhì)的融點(diǎn)較低,以脂質(zhì)為壁材形成的微膠囊在人體胃腸道中,會(huì)過(guò)早融化釋放出益生菌,從而降低對(duì)益生菌的保護(hù)作用。此外,考慮到脂質(zhì)微膠囊難以分離的現(xiàn)狀,其應(yīng)用范圍大大降低,目前多應(yīng)用于固體食品[42]。Lahtinen等[42]發(fā)現(xiàn),將益生菌包埋于可可油后添加至發(fā)酵或未發(fā)酵的燕麥飲品中,在貯藏過(guò)程中,只有輕微的保護(hù)作用。Modler等[43]將益生菌包埋于乳脂后添加至冷凍酸奶,發(fā)現(xiàn)在貯藏過(guò)程中其對(duì)益生菌幾乎沒(méi)有保護(hù)作用。因此,與膠質(zhì)材料和蛋白質(zhì)相比,油脂作為益生菌微膠囊化的壁材還需進(jìn)一步研究。

3 益生菌微膠囊在食品中的應(yīng)用及對(duì)產(chǎn)品特性的影響

對(duì)于益生菌微膠囊在食品中的應(yīng)用來(lái)說(shuō),足夠小的粒徑是目前研究中最主要的重點(diǎn)之一。一方面,微膠囊粒徑越大,相應(yīng)的比表面積會(huì)越小,與空氣等外界不良環(huán)境接觸也相應(yīng)減少,增大了保護(hù)的可能性[18];另一方面,添加至食品的微膠囊必須足夠小,否則會(huì)對(duì)食品的感官性質(zhì)產(chǎn)生不良影響[12]。這些沖突可能會(huì)造成益生菌微膠囊在食品中的應(yīng)用遇到困難。

感官學(xué)研究結(jié)果表明,與小的、柔和的、呈球性較好的粒子相比,大的、堅(jiān)硬的、形狀不規(guī)則的粒子會(huì)產(chǎn)生粗糙、堅(jiān)硬和不愉快的感覺(jué)[44]。如在食品中,粒徑約為10～20 μm的堅(jiān)硬、不規(guī)則的糖晶體在數(shù)量較少的情況下就可被察覺(jué)到;但柔和、呈球性較好的粒子在感官檢測(cè)中有更高的閾值水平,通常當(dāng)粒徑小于100 μm時(shí),都不會(huì)給所添加的食品的感官造成不良影響[12,45]。

3.1 益生菌微膠囊在酸奶中的應(yīng)用

表1 益生菌微膠囊在酸奶中的應(yīng)用

從表1所示的研究可以得出結(jié)論,微膠囊可以顯著提高益生菌在酸奶中的存活率,這種保護(hù)通常是由于微膠囊阻礙了益生菌與不良條件的接觸,如發(fā)酵劑的代謝產(chǎn)物、H2O2、乳酸、細(xì)菌素等,此外,氧氣的存在及低pH等條件都是導(dǎo)致酸奶中益生菌存活率降低的原因[55-56]。Talwalkar等[57]研究表明,在有氧條件下,海藻酸鈉微膠囊可以為多種益生菌提供實(shí)質(zhì)性保護(hù),因此,在酸奶中儲(chǔ)存時(shí),益生菌的存活率更高。但是,微膠囊的添加也很有可能對(duì)食品的感官產(chǎn)生負(fù)面影響。對(duì)表1中提到的這些產(chǎn)品的感官評(píng)估也證實(shí)了這一點(diǎn)。在Adhikari等[53]的研究中,感官分析顯示,與含微膠囊相比,消費(fèi)者更喜歡含益生菌裸菌的酸奶,感官評(píng)價(jià)員也認(rèn)為含益生菌微膠囊的酸奶有明顯的顆粒感,整體的可接受性更差。Kailasapathy[58]的感官分析報(bào)告稱(chēng),與僅含益生菌的酸奶相比,含益生菌微膠囊的酸奶有輕微的顆粒感。

而王瀠雪[49]的研究表明,添加游離或微膠囊化益生菌的酸奶在貯存期間,其外觀、色澤及風(fēng)味并無(wú)顯著變化,微膠囊的添加使酸奶的質(zhì)地(光滑程度)變化顯著,原因是微膠囊化有助于益生菌產(chǎn)生胞外多糖,使酸奶黏度增加,防止了乳清的析出,故對(duì)酸奶的質(zhì)地有所改善。但由于添加微膠囊的酸奶有輕微的沙礫感,因此不如其他兩種酸奶受歡迎。

Mousa等[59]將兩歧雙歧桿菌F35包埋于乳清蛋白,然后用海藻酸鈉進(jìn)行雙層包埋,添加至酸奶中貯藏7 d,微膠囊對(duì)雙歧桿菌表現(xiàn)出良好的保護(hù)作用。但感官評(píng)價(jià)結(jié)果顯示,雙層微膠囊在酸奶中引起輕微的苦味和奶油質(zhì)地。

綜上,微膠囊化可以顯著提高益生菌在酸奶中的存活時(shí)間和存活率,但益生菌微膠囊的添加也可能降低酸奶的感官特性。由于微膠囊的粒徑、與溶液的相容性和酸奶的顆粒感直接相關(guān),所以,在今后的研究中,微膠囊粒徑的減小及壁材與酸奶基質(zhì)的相容性應(yīng)被進(jìn)一步探究。

3.2 益生菌微膠囊在奶酪中的應(yīng)用

除了酸奶,奶酪也常常作為益生菌微膠囊的目標(biāo)載體(如表2)。Liu等[60]以乳清蛋白和異麥芽糖低聚糖的美拉德反應(yīng)產(chǎn)物為壁材,對(duì)鼠李糖乳桿菌進(jìn)行包埋,分別將得到的微膠囊和鼠李糖乳桿菌裸菌添加至奶酪中,貯藏90 d后發(fā)現(xiàn),微膠囊化顯著提高了鼠李糖乳桿菌在奶酪中的存活率,且微膠囊的添加對(duì)奶酪的感官性質(zhì)沒(méi)有影響。

表2 益生菌微膠囊在奶酪中的應(yīng)用

Kadiya等[62]分別將干酪乳桿菌NCDC298和嗜酸乳桿菌NCDC15包埋至海藻酸鈉-抗性淀粉微膠囊中,添加至夸克奶酪貯藏30 d后,發(fā)現(xiàn)微膠囊化對(duì)菌體的存活率分別提高了1.5和1個(gè)對(duì)數(shù)值,但對(duì)奶酪的感官性質(zhì)沒(méi)有顯著影響(如風(fēng)味、口感、質(zhì)地、顏色以及奶酪在貯藏期間的表現(xiàn)等)。此外,Ozer等[64]也指出,在奶酪中添加益生菌微膠囊與添加裸菌在感官上沒(méi)有明顯差異。相反,Kailasapathy等[66]發(fā)現(xiàn)含益生菌和微膠囊的奶酪在風(fēng)味上沒(méi)有差別,但是在口感上,含微膠囊的奶酪有砂礫感。

Kailasapathy等[65]用Ca2+交聯(lián)海藻酸鈉和抗性淀粉同時(shí)將嗜酸乳桿菌DD910包埋其中,添加至菲達(dá)奶酪貯藏7周后,發(fā)現(xiàn)該方法制得的微膠囊在奶酪中對(duì)嗜酸乳桿菌DD910沒(méi)有產(chǎn)生保護(hù)作用?？赡苁怯捎谀汤屹|(zhì)地疏松、含鹽量較高,而微膠囊在鹽溶液中容易解離,削弱其對(duì)菌體的保護(hù)作用。同時(shí),研究表明,微膠囊和嗜酸乳桿菌DD910裸菌的添加對(duì)奶酪的質(zhì)構(gòu)參數(shù)(如彈性、內(nèi)聚力等)沒(méi)有明顯改變,但是,對(duì)奶酪的咀嚼性、粘彈性和硬度都有顯著影響。故在今后的研究中,對(duì)微膠囊壁材的選擇及對(duì)耐酸、耐鹽、產(chǎn)胞外多糖的菌株的選擇均是提高奶酪中益生菌存活率、奶酪質(zhì)地的重要方向。

3.3 益生菌微膠囊在冰淇淋中的應(yīng)用

冰淇淋作為一種低溫儲(chǔ)存的乳制品,也是益生菌微膠囊的理想載體,相關(guān)研究如表3。Zanjani等[67]以海藻酸鈉-高直鏈玉米淀粉-殼聚糖混合液為壁材,分別對(duì)干酪乳桿菌ATCC39392和青春雙歧桿菌ATCC15703進(jìn)行包埋,得到的微膠囊粒徑均為94 μm左右,包埋率約為96%。添加至冰淇淋,在-30 ℃下貯藏100 d后,微膠囊比裸菌的存活率分別提高了4和3個(gè)對(duì)數(shù)值。此外,感官評(píng)價(jià)顯示,兩種益生菌及微膠囊的添加對(duì)冰淇淋的質(zhì)構(gòu)、色澤、風(fēng)味、口感等感官性質(zhì)均沒(méi)有顯著影響。

表3 益生菌微膠囊在冰淇淋中的應(yīng)用

Karthikeyan等[68]也探究了微膠囊化對(duì)益生菌在冰淇淋中應(yīng)用的影響,分別將嗜酸乳桿菌LA-5和干酪乳桿菌NCDC-298包埋于海藻酸鈣-乳清蛋白壁材中制得微膠囊,添加至冰淇淋,于-23 ℃下保存180 d后發(fā)現(xiàn),與添加兩種裸菌相比,微膠囊化使LA-5 和NCDC-298的活菌數(shù)分別提高2和3個(gè)對(duì)數(shù)值,而且,微膠囊的添加對(duì)冰淇淋的感官性質(zhì)(包括顏色、口感、質(zhì)地等)沒(méi)有影響。同樣El-Sayed等[69]表示,微膠囊的添加對(duì)冰淇淋的物理性質(zhì)和感官性質(zhì)沒(méi)有顯著影響。Homayouni等[71]也指出,微膠囊的添加對(duì)冰淇淋的感官?zèng)]有負(fù)面影響。

3.4 益生菌微膠囊在其他產(chǎn)品中的應(yīng)用

表4是益生菌微膠囊在其他食品中的應(yīng)用,不同的食品基質(zhì)在作為益生菌載體的適宜性方面也存在差異。

表4 益生菌微膠囊在其他產(chǎn)品中的應(yīng)用

Patrignani等[72]分別將副干酪乳桿菌A13和唾液鏈球菌CET4063包埋于海藻酸鈉微膠囊(包埋率分別為87%和83%,粒徑<100 μm)中,并與兩種裸菌分別添加至發(fā)酵牛乳中于4 ℃下貯藏45 d,發(fā)現(xiàn)微膠囊化分別使A13和CET4063的活菌數(shù)提高了0.9和0.6個(gè)對(duì)數(shù)值。且實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示,微膠囊化可以調(diào)節(jié)益生菌的新陳代謝,避免產(chǎn)品過(guò)酸化,進(jìn)而影響產(chǎn)品的感官性質(zhì);此外,由于其對(duì)胞外多糖釋放的調(diào)節(jié),發(fā)酵產(chǎn)品的質(zhì)構(gòu)參數(shù)(如硬度、相容性、粘結(jié)性、粘度指數(shù)等)也發(fā)生顯著變化?？傮w來(lái)說(shuō),微膠囊化對(duì)發(fā)酵牛乳的功能性和感官特性均有提升作用。

Fahimdanesh等[73]的研究表明,益生菌微膠囊的添加改善了蛋黃醬的感官品質(zhì)。Turhan等[74]將鼠李糖乳桿菌微膠囊添加至土耳其干發(fā)酵香腸,發(fā)現(xiàn)微膠囊的添加對(duì)香腸整體風(fēng)味特征有提升作用。Mc等[75]的研究表明微膠囊的加入對(duì)飲料的風(fēng)味和感官?zèng)]有不良影響,可能是因?yàn)樘砑恿績(jī)H為0.04%。Hansen等[45]表示微膠囊粒徑足夠小,以至于添加至牛奶中都沒(méi)有粒狀感,然而,與僅含益生菌裸菌的牛奶不同,含微膠囊的樣品中有苦澀、尖銳的異味。

微膠囊能否成功地應(yīng)用于食品中而不改變其感官特性,主要取決于微膠囊壁材與周?chē)称坊|(zhì)的相容性。在酸奶中添加微膠囊,往往會(huì)對(duì)其口感產(chǎn)生不良影響,而凝膠食品(如奶酪)或本身結(jié)構(gòu)較粗糙的食品,似乎更適合于益生菌微膠囊的應(yīng)用。

4 結(jié)論與展望

因此要將益生菌微膠囊成功地應(yīng)用于食品中,必須滿(mǎn)足以下條件:在微膠囊制作過(guò)程中應(yīng)保證益生菌活細(xì)胞的數(shù)量;將益生菌微膠囊添加至食品后,應(yīng)盡量保證不對(duì)食品的感官性狀或風(fēng)味產(chǎn)生不良影響;應(yīng)在食品加工或貯藏過(guò)程中為益生菌提供保護(hù)作用;應(yīng)在胃酸環(huán)境中保持益生菌細(xì)胞活性穩(wěn)定,并在腸道中迅速釋放。而目前為止,大多數(shù)益生菌微膠囊都未能全部滿(mǎn)足這些要求。因此,對(duì)益生菌微膠囊化的新方法和新壁材的開(kāi)發(fā)是至關(guān)重要的。

同時(shí),對(duì)益生菌進(jìn)行微膠囊化是為了提高益生菌在加工、貯藏、運(yùn)輸以及消化過(guò)程中對(duì)不良環(huán)境的抗性,但最終目的是使其以較高的活菌數(shù)定植于腸道中,并在人體中發(fā)揮益生功效。但目前,絕大多數(shù)研究只停留在微膠囊的工藝及在體外模擬胃腸液中的探究,而人體要比模擬環(huán)境復(fù)雜得多,因此,微膠囊對(duì)益生菌保護(hù)作用的體內(nèi)驗(yàn)證及對(duì)其在體內(nèi)產(chǎn)生功能效應(yīng)的檢測(cè)是十分重要且必要的。

此外,由于微膠囊中益生菌密度較大,可能會(huì)引發(fā)復(fù)雜的相互作用,甚至導(dǎo)致基因表達(dá)改變[77]。如Lamboley等[78]的研究證實(shí),一些乳酸菌包埋于海藻酸鈉微膠囊后,其形態(tài)發(fā)生了改變,但這些現(xiàn)象可能造成的結(jié)果沒(méi)有被繼續(xù)探究。這也是今后相關(guān)研究應(yīng)該考慮的方面。