益生菌微膠囊包埋方式的研究進展

楊 暢 ，馮志寬 ，李洪亮 ，3，吳秀英 ，李樹森

（1.蒙牛高科乳制品（北京）有限責(zé)任公司，北京 101100；2.內(nèi)蒙古蒙牛乳業(yè)（集團）股份有限公司，內(nèi)蒙古呼和浩特 011500；3.蒙牛乳業(yè)（北京）有限責(zé)任公司，北京 101100）

益生菌（Probiotics） 是一類能夠改善宿主腸內(nèi)微生物平衡，并對宿主產(chǎn)生正面效益的微生物[1]?？梢愿纳迫樘遣荒褪苋巳簩θ轭悹I養(yǎng)物質(zhì)的攝入，并通過調(diào)節(jié)人體腸道菌群的組成來提高人體免疫力[2]。但在實際應(yīng)用過程中，益生菌常常因為胃酸和膽汁的作用，在進入人體腸道后活性降低甚至消失而無法發(fā)揮其作用[3-4]。因此，必須通過一些方法提高益生菌在腸道中的存活率。微膠囊包埋技術(shù)[5]的出現(xiàn)很好地解決了這一問題，利用微膠囊包埋技術(shù)可以將益生菌包埋在壁材溶液中，增強益生菌對外界不良環(huán)境的抵抗能力，控制益生菌的釋放時間和釋放位置，從而提高益生菌的存活率[6]。微膠囊的包埋方法與包埋效果兩者關(guān)系密切，目前比較常見的包埋方法包括單層法、雙層法和三層法。對不同包埋方法及其包埋效果進行了總結(jié)和分析，以期為更好地應(yīng)用微膠囊包埋技術(shù)提供一定的參考價值。

1 單層法包埋

單層法包埋的主要壁材為海藻酸鈉和氯化鈣，根據(jù)不同的功能特性要求，在此基礎(chǔ)上添加其他輔助材料。韓建春等人[7]將海藻酸鈉與亞麻籽膠混合后再與益生菌進行混合，之后添加1.5%的氯化鈣溶液進行鈣化，形成的凝膠球在pH值5.5的殼聚糖溶液中成膜，經(jīng)過包埋處理的益生菌，在腸道消化后仍具有108CFU/mL的活菌數(shù)，對腸道致病菌的抑制作用明顯提升。張和平等人[8]以海藻酸鈉作為壁材，以葡萄糖醛酸內(nèi)酯（GDL）作為誘導(dǎo)劑，對其分離的菌株干酪乳桿菌進行了包埋。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，與未經(jīng)包埋的菌株相比，包埋后的菌株活性可提高約40%。Holkem A T等人[9]以海藻酸鈉作為壁材，緩慢滴加氯化鈣溶液形成包埋層。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，包埋的BB-12活性益生菌在7℃和25℃條件下貯存120 d后，活性有所降低，而在-18℃下儲存的包埋益生菌活性仍保持在1×107CFU/g以上。此外，也有一些性能獨特的包埋材料，如蘇日佳等人[10]將甘油、聚乙烯吡咯烷酮、聚乙二醇等按比例進行混合，對雙歧桿菌進行了包埋處理。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，包埋后的雙歧桿菌在常溫下仍具有較高的活性，在37℃下放置4個月后活性仍高于1×109CFU/g。肖調(diào)義等人[11]用多孔淀粉、乳清粉和海藻糖混合后形成的包埋層對乳酸菌和酵母菌進行了包埋，包埋后活菌數(shù)可達到1×1010CFU/g，生產(chǎn)工藝簡單、成本較低。陳俊杰[12]以純谷物作為包埋材料，通過谷物自乳化后與菌液進行混合，之后冷凍干燥制成微粒粉末，該包埋方式制得的產(chǎn)品可直接食用。單層包埋法相較于未經(jīng)包埋的菌株而言，存儲期的穩(wěn)定性有了較為明顯的提高，但單層包埋的缺陷也較為明顯，在包埋過程和冷凍干燥過程中，菌粉或菌液容易附著到包埋層外壁[13]，造成菌株原料的浪費和帶來微生物污染的風(fēng)險。

2 雙層法包埋

雙層法包埋主要基于單層法包埋冷凍干燥過程中的損失進行改進設(shè)計，通過加入適量的凍干保護劑來提高包埋菌種在凍干過程中的存活率。相較于同類壁材的單層包埋菌種而言，雙層法對菌種的保護力度更強。如李燕等人[14]以海藻酸鈉和氯化鈉制備了包埋壁材，對嗜熱鏈球菌進行了包埋處理，之后再添加到殼聚糖鹽酸鹽中進行雙層包埋。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，單層包埋后，冷凍干燥嗜熱鏈球菌的存活率為37.54%，而加入殼聚糖的雙層包埋方式，經(jīng)過冷凍干燥后，嗜熱鏈球菌的存活率最高可達82.54%。劉會平等人[15]以微孔淀粉作為內(nèi)層包埋材料，對干酪乳桿菌溶液進行吸附并干燥，之后再利用海藻酸鈉與氯化鈣發(fā)生離子交換反應(yīng)形成的海藻酸鈣作為外包埋層，所制得的微膠囊具有較強的耐酸性、耐膽鹽能力和穩(wěn)定的貯存能力，4℃下貯存1個月，菌落總數(shù)仍保持在109CFU/g以上。王翀等人[16]將β-環(huán)糊精和羥丙基甲基纖維素以一定比例混合作為包埋益生菌的內(nèi)芯，之后再添加一定量的玉米糊精和阿拉伯膠作為包埋的壁材，形成雙層的包埋結(jié)構(gòu)后，再用流化床設(shè)備對其表面噴涂卵磷脂。結(jié)果表明，在該包埋方式下，包埋率可達90%以上，活菌數(shù)為1×109～1×1010CFU/g，且經(jīng)過80～90℃高溫加熱3 min后，仍可保持1×107CFU/g以上的菌株活性。陳合等人[17]將雙歧桿菌的菌懸液和含有益生元的海藻酸鈉溶液進行混合，并用壓力噴嘴將混合溶液擠壓到含乳化劑的大豆油中，靜置分層后，收集下層膠囊球，之后再制備殼聚糖和瓜爾膠組成的壁材，并對膠囊球進行二次包埋，由此制得的雙層包埋結(jié)構(gòu)更穩(wěn)定，且殼聚糖具有很好的腸溶性，可以確保包埋顆粒在腸道中的有效釋放。雙層包埋雖然在一定程度上可以抑制菌粉或菌液的泄露，但是仍無法完全做到在腸道中的緩控釋，包埋的菌粉往往還未到達腸道就已被分解而失去活性。

3 三層法包埋

三層法包埋相對于單層法和雙層法而言，優(yōu)勢主要體現(xiàn)在其包埋的堅固性和更強的耐胃酸性，尤其以W-O-W包埋方法最為常見。崔云龍[18]以轉(zhuǎn)谷氨酰胺酶交聯(lián)后的蛋白質(zhì)對益生菌進行包埋，作為包埋層的第1層；第2層則是添加氫化油脂包覆；第3層為可控釋的包衣材料。通過該方法獲得的包埋益生菌可實現(xiàn)靶向給藥，既可以延長益生菌在室溫下的保存時間，也可避免胃液的消化作用，順利到達腸道器官發(fā)揮作用，實現(xiàn)靶向給藥的效果。肖雯娟[19]同樣以3層的方式對益生菌進行了包埋，其中第1層為脫脂乳粉、谷氨酸鈉、乳糖、甘油及聚乙烯吡咯烷酮的混合物；第2層為酪蛋白、大豆分離蛋白、殼聚糖、低聚異麥芽糖、氫化植物油的混合物；第3層為海藻酸鈉、卡拉膠和氯化鈣的混合物。該方法的目的同樣是實現(xiàn)靶向給藥。柳永等人[20]則是對干酪乳桿菌進行了包埋，第1層為水溶性凝膠，包含卡拉膠、葡萄糖、酵母抽提物和乳酸；第2層為斯潘-80和棕櫚油；第3層為海藻酸鈉、碳酸鈣和黃原膠的混合物。包埋后的干酪乳桿菌菌數(shù)達到1×1011CFU/mL，且85℃加熱3 min后，活菌數(shù)仍能保持在4.1×1010CFU/mL，25℃下密封貯存60 d，剩余活菌數(shù)為7.2×1010CFU/mL。對其在胃液和腸液中的釋放情況進行考查可以發(fā)現(xiàn)，干酪乳桿菌在胃液中的釋放量僅為14.7%，在腸液中的釋放可達到95.9%，實現(xiàn)了菌種的靶向釋放。三層包埋法在菌體靶向緩控釋方面明顯優(yōu)于單層法和雙層法，但由于工藝的復(fù)雜性和包埋層厚度的穩(wěn)定性難以控制，較難實現(xiàn)工業(yè)化的應(yīng)用。

4 結(jié)語

益生菌經(jīng)過胃液消化后，到達腸道時往往具有極低的活性或不再具有活性，將包埋技術(shù)應(yīng)用于益生菌后，不僅實現(xiàn)了益生菌的長效保存，同時可實現(xiàn)益生菌在腸道中活性的維持，為益生菌的應(yīng)用提供了新的途徑。但是，一方面，活菌包埋時，菌種需要與包埋物進行混合，存在著泄露和交叉污染的風(fēng)險；另一方面，多層包埋的方式對生產(chǎn)設(shè)備的要求較高，且多層包埋后的緩控釋程度較難控制，也是影響益生菌微膠囊發(fā)展的主要因素之一。未來微包埋的發(fā)展方向可從以下幾個方面展開：其一，開發(fā)創(chuàng)新包埋材料，尤其是具有良好柔性結(jié)構(gòu)和耐酸特性的材料；其二，改進現(xiàn)有包埋設(shè)備，提高包埋率，減少因包埋不完全導(dǎo)致的交叉污染；其三，提升傳統(tǒng)包埋工藝，開發(fā)壁厚均一、外觀透明的微膠囊結(jié)構(gòu)。