噴霧干燥技術(shù)微囊化鼠李糖乳桿菌ATCC 7469
益生菌是一種活的微生物,，當(dāng)攝入足夠的量時(shí)會(huì)對(duì)健康有益，只有在生存能力（107-1010 CUF m/L）得到保護(hù)的情況下才能發(fā)揮其作用,。益生菌通常是乳桿菌和雙岐桿菌,，它們常與胃腸道有關(guān)；它們通常以?xún)龈膳囵B(yǎng)物的形式供應(yīng),，或者被霧化并直接添加到食物中,。益生菌功能食品在市場(chǎng)上需求量很大，酸奶和發(fā)酵乳制品通常被用作這類(lèi)生物活性微生物的載體,；然而,，人們對(duì)在其他類(lèi)型的非乳制品基質(zhì)中摻入益生菌菌株越來(lái)越感興趣，尤其是對(duì)于患有乳糖不耐受癥,、對(duì)酪蛋白過(guò)敏或與乳制品有關(guān)的其它問(wèn)題的消費(fèi)者,。一些研究報(bào)告了微膠囊益生菌的應(yīng)用,。例如，將益生菌菌株摻入奶酪,、巧克力涂層和巧克力中,，以及摻入果汁、蛋黃醬,、黃油,、肉類(lèi)和烘焙產(chǎn)品等非乳制品中。益生菌菌株對(duì)胃腸道健康很重要,，因?yàn)樗鼈兛梢灶A(yù)防腸道炎癥,，為上皮細(xì)胞提供保護(hù)，并調(diào)節(jié)抗體,。它們可以產(chǎn)生細(xì)胞因子或趨化因子,，改善乳糖不耐受,，增加對(duì)結(jié)直腸癌的保護(hù),，抑制幽門(mén)螺桿菌活性，并用于治療食物過(guò)敏和預(yù)防急性腹瀉,。然而,，這些微生物有不幸的缺陷，特別是在菌株存活方面,。噴霧干燥是微膠囊化廣泛使用的方法之一,，因?yàn)槠涑杀镜停谧罴迅稍飾l件下具有高存活率,，并且在配方中加入了保護(hù)劑,。近年來(lái)，乳清蛋白作為益生菌保護(hù)劑的使用獲得了越來(lái)越多的興趣,，因?yàn)檫@些蛋白是提高益生菌活性的天然載體,，并且由于結(jié)構(gòu)和理化特征，可以作為胃腸道中的遞送系統(tǒng),。蛋白質(zhì)可以在干燥過(guò)程中增加益生菌的存活率,，因?yàn)樗鼈兡軌蛐纬山档蜔釕?yīng)力的保護(hù)膜。糖的添加也會(huì)影響干燥的益生菌制劑的存活,。研究人員肯定了糖（如肌醇,、山梨醇、果糖,、乳糖,、葡萄糖和海藻糖）對(duì)脫水細(xì)菌細(xì)胞的保護(hù)作用。研究發(fā)現(xiàn),，海藻糖等糖是一種能夠通過(guò)氫鍵與蛋白質(zhì)分子相互作用的二糖,；它可以在脫水和再水化過(guò)程中替代蛋白質(zhì)周?chē)乃肿?，形成一種玻璃狀基質(zhì)，穩(wěn)定生物大分子,?？茖W(xué)家研究了使用奶酪乳清與淀粉、阿拉伯膠,、麥芽糖糊精和乳清蛋白濃縮物聯(lián)合干燥鼠李糖乳桿菌 64 的載體劑選擇,。
另一方面，干燥溫度是影響存活率的因素,。例如,，噴霧干燥的植物乳桿菌 WCFS1 再低干燥溫度下表現(xiàn)出較高的存活率。在此背景下,，本研究以 WPC,、麥芽糊精和海藻糖為原料，采用噴霧干燥的方法對(duì)鼠李糖乳桿菌 ATCC 7469 進(jìn)行微囊化,，并評(píng)估微囊化對(duì)細(xì)胞活力和干粉性能的影響,。以噴霧干燥條件（包括進(jìn)口溫度、空氣流量和進(jìn)料泵）為自變量,，益生菌存活率,、水分含量、水分活性和有效產(chǎn)量為因變量,。采用響應(yīng)面法對(duì)噴霧干燥包裹的鼠李糖乳桿菌的存活率進(jìn)行了優(yōu)化,，并對(duì)粉末的穩(wěn)定性進(jìn)行了評(píng)估。
樣品制備
按最佳穩(wěn)定性配方乳清濃縮蛋白：麥芽糊精：海藻糖（75：10：15）的比例采用超濾的方法制備乳制品懸浮液,。
將凍干的鼠李糖乳桿菌 ATCC 7469 菌株懸浮于 2ml 培養(yǎng)基中,，在 MRS 肉湯（蛋白胨：10.0g，牛肉浸粉：10.0g,，酵母浸粉：5.0g,，葡萄糖：20.0g，吐溫80：1.0g,，磷酸氫二鉀：2.0g,，醋酸鈉：5.0g，檸檬酸銨：2.0g,，硫酸鎂：0.1g,，硫酸錳：0.05g，pH6.2±0.2,，25℃）中重新激活制備細(xì)菌懸浮液,。
實(shí)驗(yàn)過(guò)程
在磁力攪拌下將鼠李糖乳桿菌 ATCC 7469 菌株懸浮液添加到每個(gè)乳懸浮液中，在微囊化過(guò)程期間使所述分散液保持在恒定的攪拌狀態(tài)。噴霧干燥儀選用瑞士步琦 B-290,，通過(guò)改變進(jìn)口溫度（120℃-180℃）,、干燥空氣流量（70%-90%，即：28-35m3/h）和進(jìn)料量（10%-55%,，即 3-17mL/min）來(lái)進(jìn)行工藝摸索,。
▲S-300
工藝探索采用響應(yīng)面法和二次復(fù)合中心設(shè)計(jì)對(duì)益生菌微囊化進(jìn)行了優(yōu)化，其自變量有進(jìn)口溫度,、空氣流速和進(jìn)料流量,。在理論條件下進(jìn)行了三次實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。
圖1 考察了菌株存活率的響應(yīng)面變化,。由圖可知存活率與出口溫度呈反比,，低溫時(shí)存活率在 69%、高溫時(shí)存活率在 23%,。其他科學(xué)家在使用含益生元的脫脂乳制備鼠李糖乳桿菌 GG（ATCC 53,，103），70℃ 時(shí)的存活率為 76%,。也跟我們的研究結(jié)果相吻合,。
圖2 考察了水分含量的響應(yīng)面變化。從圖可得到進(jìn)口溫度與水分含量之間呈反比關(guān)系,，當(dāng)進(jìn)口溫度與進(jìn)料量較高時(shí),，粉末的水分含量較低,，結(jié)合存活率考慮,，水分含量在 3.0%-5.8% 之間，與其他報(bào)道的數(shù)值相接近,。
圖3 考察了水活度的響應(yīng)面變化,。在較高的進(jìn)口溫度下，進(jìn)料量和氣體流量得到了較低的水活度值,，因素與結(jié)果之間呈反比關(guān)系,。其他使用麥芽糊精、乳清蛋白濃縮物和葡萄糖的相關(guān)研究中,，水活度的值與本研究中活性最高的粉末報(bào)告結(jié)果一致,。
實(shí)驗(yàn)結(jié)果
確定益生菌的包封中壁材的最佳比例對(duì)于提高微生物對(duì)抗整個(gè)胃腸道條件的穩(wěn)定性很重要。在干燥過(guò)程中最佳條件以最大限度地提高作為壁材的蛋白質(zhì)-海藻糖-麥芽糊精混合物的保護(hù)能力并因此提高鼠李糖的存活值也是重要的,。因此,，使用響應(yīng)面方法確定干燥過(guò)程的最佳條件。表2顯示了鼠李糖乳桿菌微囊化的最佳操作參數(shù),，結(jié)果表明,，理論模型可以很好地近似實(shí)驗(yàn)值（差異＜10%）。
得到的最佳噴霧干燥條件是進(jìn)口溫度、空氣流量和進(jìn)料泵流量分別為169℃,、33m3/h和16ml/min,，存活率為70%，吸氣率為84%,，出口溫度為52℃,，總體滿(mǎn)意度為0.96。
物理性質(zhì)評(píng)價(jià)如圖4所示,，得到的粉末水活性動(dòng)力學(xué)顯示了較高的吸水能力,，這可能是海藻糖作為低分子量碳水化合物，表現(xiàn)出的分子運(yùn)動(dòng)和擴(kuò)散效應(yīng),，與用于包封基質(zhì)的典型吸水行為一致,。吸濕性隨著儲(chǔ)存時(shí)間的延長(zhǎng)有增加的趨勢(shì)，直到達(dá)到某種程度的平衡,。因此加入了 WPC 來(lái)降低吸濕性,，因?yàn)樗谋砻婊钚院托纬删哂休^高 Tg 膜的能力。
粒徑和形態(tài)結(jié)果如圖5顯示,。（a）在最佳工藝參數(shù)上制備的粉體,，其微膠囊緊湊，類(lèi)球形形狀,，具有不同的大小和不規(guī)則的表面與壓痕,，外表面顯示無(wú)裂縫或破壞的墻壁，這是確保更高的保護(hù)和更低的氣體滲透性的基礎(chǔ),。
結(jié)論
結(jié)果表明,，蛋白質(zhì)-海藻糖-麥芽糊精混合物是包裹鼠李糖乳桿菌的良好壁材，在干燥過(guò)程中表現(xiàn)出重要的熱保護(hù)作用,，并提高了其存活率,；通過(guò)響應(yīng)面方法優(yōu)化的噴霧干燥工藝條件生產(chǎn)的微膠囊具有可接受的理化性質(zhì)——水分、水活性,、吸濕性和粒徑等,，為益生菌的微囊化提供了思路。
文獻(xiàn)來(lái)源
Microencapsulation of Lactobacillus rhamnosus ATCC 7469 by spray drying using maltodextrin, whey protein concentrate and trehalose.
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