（海洋生物学专业论文）明胶阿拉伯胶复凝聚微胶囊技术用于乳酸菌保护的研究.pdf

明胶阿拉伯胶复凝聚微胶囊技术用于乳酸茵保护的研究 摘要 随着社会物质水平的提高和对健康状况的不断追求，人们对乳酸菌制品的摄 取已经从传统的单纯摄取乳酸菌素，逐渐过渡到直接获取活的乳酸菌。然而，这 类乳酸菌制品要达到保健的效果，必须使产品中活菌数量至少应达到1 0 6 1 07 c 剐g ，能够耐受像胃液、胆汁等恶劣的环境，而且还要有足够的稳定期，才 能有商业价值。因此，如何提高乳酸菌在加工和存储过程中菌的存活率成为人们 近年来的研究重点。本课题研究了明胶和阿拉伯胶为壁材的复凝聚微胶囊技术和 乳酸菌微胶囊包埋技术工艺；研究了添加复合抗冻保护剂的微胶囊对乳酸菌存活 的保护作用；检测了冷冻干燥条件下乳酸菌在微胶囊中的存活率：检测了人工模 拟胃液中微胶囊对乳酸菌存活的影响；检测了人工模拟肠液中乳酸菌在微胶囊中 溶出情况；检测了低温( 4 ) 冷藏条件下微胶囊对乳酸菌存活率的影响。实验 结果表明：本实验条件下乳酸菌的最适生长培养温度为3 7 士1 ，培养温度低于 2 0 和高于5 0 时生长均受到抑制，乳酸菌在培养3 6 h 开始进入静止期，静止 期约为3 6 h 5 4 h 。确定了复凝聚法制备乳酸菌微胶囊的最佳工艺，菌胶比例l ： 6 ，明胶阿拉伯胶复合胶体浓度1 5 ，凝聚p h 值3 8 ，搅拌速度6 0 0 叩m ，反应 时间1 5 m i n ，反应温度3 0 ，微胶囊对乳酸菌的包埋率为9 2 8 士1 1 6 ，且制备 得到微胶囊呈球形，粘连性低，粒径分布均匀，平均粒径为2 8 3 士5 6u m ，近成正 态分布；冷冻干燥后微胶囊中乳酸菌成活率为2 6 5 1 0 8c 削g ，加入脱脂乳粉单 一冷冻保护剂，冷冻干燥后微胶囊中乳酸菌成活率最高为7 1 6 1 0 1 0 c 剐g ，加入 海藻糖单一冷冻保护剂，冷冻干燥后微胶囊中乳酸菌成活率最高为 7 5 5 1 0 1 0 c 纠g ，确定了最佳复合的冷冻干燥保护剂含量配比为脱脂乳粉6 0 9 l 和海藻糖2 0 9 l ，加入冷冻干燥保护剂后，微胶囊中乳酸菌存活率为9 6 8 ，活 菌数达到9 9 7 1 0 1 0 c 削g ，比未添加保护剂的对照组提高了近3 个数量级，比单 一保护剂的微胶囊冷冻干燥后最高乳酸菌活菌数还要高出l 倍多。模拟人工胃 液实验显示微胶囊化乳酸菌与原菌液相比能显著提高乳酸菌的存活率。微胶囊化 乳酸菌在处理3 小时后，其未添加保护剂微胶囊、未添加保护剂冻干微胶囊、添 加保护剂微胶囊以及添加保护剂冻干微胶囊4 个实验组菌存活率均在6 5 以上， 而原菌液己检测不到活菌存在，添加冷冻干燥保护剂有助于进一步提高微胶囊化 乳酸菌对胃酸的抵抗力，添加保护剂的微胶囊实验组同未添加保护剂的实验组相 比，乳酸菌存活率提高了1o 。模拟人工肠液实验显示，无论是添加冷冻干燥 保护剂微胶囊实验组还是未添加保护剂的微胶囊实验组，4 0 m i n 后测定其吸光度 基本稳定，且溶液中不含固体颗粒，这说明都能够较好的在人工肠液中崩解，从 而达到益生的作用。原菌液在低温4 存储6 0 天后菌存活率只有9 3 ，而微胶 囊化实验组存活率均在8 0 以上，说明微胶囊化能显著提高乳酸菌在低温4 下 的存储活性。添加保护剂冷冻干燥后的微胶囊乳酸菌存活率6 0 天后仍然高达9 6 1 ，活菌数为9 5 8 1 0 1 0 c 纠g ，比未添加保护剂实验组菌存活率高出1 0 多，说明 添加保护剂能进一步提高微胶囊化乳酸菌在4 存储活性。用一级不可逆反应公 式推算出添加保护剂冻干微胶囊能在4 保存1 7 4 5 天其乳酸菌的存活率不低于 9 0 。 关键词：乳酸菌；微胶囊；保护剂；存储活性 s t u d yo np r o t e c t io nwit hg eia tin a c a ciac o m p ie x c o a c e r v a tio nmic r o e n c a p s uia tio nt e c h n oio g yt o l a c t o b a ciiiu s a b s t r a c t w i t ht 1 1 ei n c r e a s eo ft l l es o c i a lm a t e r i a ll e v e la n dt h ec o n t i n u o u sp u r s u i to ft h e h e a l t hs t a t u s ，t l l ei n t a l 【eo ft l l el a c t o b a c i l l u sp r o d u c t sh a v eg r a d u a l l yb e e nt r a i l s i t e d 行o mt h et r a d i t i o n a li n t a k eo ft h e1 a c t e i nt oad i r e c ta c c e s st ot h el i v el a c t o b a c 订1 u s h o w e v e r ，i ft h e s el a c t o b a c i l l u sp r o d u c t st 0a c h i e v et l l ee n e c to fh e a l t hc a r e ，m e n 啪b e ro f v i a b l el a c t o b a c i l l u si nt h ep r o d u c t sm u s tb ea tl e a s t1 0 6 1 0 7 c 如g ，a n d 恤 p r o d u c t sa l s oh a das u m c i e mp e r i o do fs t a b i l i 吼s om ep r o d u c t sc a nt o l e r a t eh a r s h e n v i r o n m e n t ss u c ha st h eg a s t r i cj u i c e ，b i l ea 1 1 ds oo n ，a n dh a v eac o m m e r c i a lv a l u e t h e r e f o r e ，h o wt oi m p r o v et 1 1 es u i v a l r a t eo fl a c t o b a c i l l u sd u r i n gt h ep r o c e s s i n ga n d s t o r a g eo ft h el a c t o b a c i l l u sp r o d u c t sb e c o m e st h ef o c u so ft h es t u d yi nr e c e n ty e a r s s i xc o n t e n t sa sf o l l o ww e r es t u d i e di nt h ep a p e r ：t h ec o m p l e xc o a c e r v a t i o n m i c r o e n c a p s u l a t i o nt e c h n o l o g y 、 ，i t ht h eg e l a t i na 1 1 da c a c i aa sw a l lm a t e r i a l sa n dt h e e m b e d d i n gt e c h n o l o g yo f1 a c t o b a c i l l u sm i c r o - c a p s u l e s t h ep r o t e c t i v ee f r e c t so nt h e s u r v i v a lr a t eo fl a c t o b a c i l l u sw i t ht h em i c r o e n c a p s u l a t i o nb yc o m p l e xp r o t e c t i v ea g e n t d e t e c t i n gt l l es u i v a lr a t eo fl a c t o b a c i l l u si nt h em i c r o c a p s u l e sw i t hm ef r e e z e - d 巧i n g c o n d i t i o n s d e t e c t i n gt h ee 日、e c t so ft h em i c r o e n c a p s u l a t i o no nt h es u i v a lr a t eo f 1 a c t o b a c i l l u si nt l l ea n i f i c i a lg a s t r i cj u i c e d e t e c t i n gt h ed i s s o l u t i o no f1 a c t o b a c i l l u s 丘o mt h em i c r 0 c 印s u l e si nt 1 1 ea n i f i c i a l i n t e s t i n a lf l u i d d e t e c t i n gm ee 虢c t so fm e c o l ds t o r a g ea tl o wt e m p e r a t u r e ( 4 ) o nt h es u r v i v a lr a t eo fl a c t o b a c i l l u s t h e c o n c l u s i o n s2 u sf o l l o w ：t h eo p t i m a lg r o 、t ht e m p e r a t u r eo fa l l l a c t o b a c i l l u sw a s3 7 士1 i f t h et e m p e r a t u r ew a sl o w e rt h a n2 0 o rh i g h e rm a l l5 0 ，m eg r o w t ho fa l l l a c t o b a c i l l u sw a si n h i b i t e d c u l t u r e df o r3 6 h ，a l ll a c t o b a c i l l u se n t e r e dt h eq u i e s c e m p e r i o d ，a n dt h eq u i e s c e n tp e r i o dw a sa b o u t3 6 h 5 4 h t h eo p t i m u mm e m o d st o p r e p a r et h em i c r o c a p s u l eo fl a c t o b a c i l l u s ：t h er a t i oo fl a c t o b a c i l l u sa n dg u m w a sl ：6 ； t h ec o n c e n t r a t i o no fc o m p o u l l dg u m ( 9 1 u t i n a c a c i a ) w a s15 ；p hw a s3 8 a t c o a c e r v a t i n g ；s t i r r i n gs p e e dw a s6 0 0 印m ；r e a c t i o nt e m p e r a t u r ew a s3 0 a tt h i s c o n d i t i o n ，t h ee m b e d d i n gr a t e so ft h el a c t o b a c i l l u sm i c r o c a p s u l e sw e r e9 2 8 士 1 16 7 n l ea v e r a g ep a r t i c l es i z ew 2 u s2 8 3 u ma n ds t a l l d a r dd e v i a t i o nw a s 士5 6 u m ， w h i c hf o m l e dt h es k e w e dn o m a ld i s t r i b u t i o n t h es u n ，i v a lr a t eo fl a c t o b a c i l l u si nt h e m i c r o c a p s u l ea r e rt 1 1 ef k e z e d r y i n gw a s2 6 5 10 8c 如g t h e s u r v i v a lr a t eo f l a c t o b a c i l l u si nt h em i c r o c 印s u l ea r e rt h ef r e e z e - d 巧i n gw a l s7 1 6 1 0 c 纠g ，w i mm e s i n g l en e e z e d 巧i n gp r o t e c t i v ea g e m t h es k i m m e dm i l kp o w d e f t h e s u i v i v a lr a t eo f l a c t o b a c i l l u si nt h em i c r o c a p s u l ea r e rt h ef r e e z e - d 巧i n gw a s7 5 5 1o c 纠g ，w i t ht h e s i n g l ef r e e z e - d d r i n gp r o t e c t i v ea g e n t t h et r e h a l o s e t h eo p t i m u mr a t i oo ft h e n i e e z e - ( i 巧i n gp r o t e c t i v ea g e n t ：t h es k i m m e dm i l kp o w d e rw a s6 0 9 l ；t 1 1 et r e h a l o s e w a s2 0 9 l t h es u i v a lr a t eo fl a c t o b a c i l l u sw a s9 6 8 a i l dt h en u m b e ro fl i v i n g l a c t o b a c i l l u sw a s9 9 7 10 1 0 c f h g ，w h i c hi n c r e a s e dt h r e eo r d e r so fm a g n i t u d e c o m p a r e dt ot h ec o n t r o lw i t hn op r o t e c t i v ea g e n ta i l dm o r et h a i lo n e t i m e sh i g h e rt h a l l t h a tb yt h es i n g l ep r o t e c t i v ea g e n t s i m u l a t i o ne x p e r i m e n t ss h o w e dt h a tl a c t o b a c i l l u s i nt h em i c r o c a p s u l ec o u l ds i g n i f i c a n t l yi m p r o v et l l es u i v a lr a t ec o m p a r e dw i t h o r i 2 i n a ll a c t o b a c i l l u s a r e r3h o u r st r e a t m e n tt h es u i v a lr a t eo fl a c t o b a c i l l u si nt h e f o u re x p 耐m e n t a lg r o u p s ( t h em i c r o c a p s u l ew i t h o u tt h ep r o t e c t i v ea g e n t ，t l l e n e e z e d 巧i n gm i c r o c 印s u l e 、i t h o u tt h ep r o t e c t i v ea g e n t ，t 1 1 em i c r o c 印s u l ew i t hm e p r o t e c t i v ea g e n ta n dt h e 行e e z e - d 巧i n gm i c r o c 印s u l ew i t ht h ep r o t e c t i v ea g e n t ) o ft h e m i c r o e n c a p s u l a t i o nw a sm o r et h a i l6 5 n ol a c t o b a c i l l u sc o u l db ed e t e c t e di nt h e o r i g i n a ll a c t o b a c 订l u s t h ef 沁e z e - d r y i n gp r o t e c t i v ea g e n t sh e l p e dt o 矗肛t h e re n h a n c e t h er e s i s t a n c eo fl a c t o b a c i l l u si nt h em i c r o c a p s u l et og 笛t r i ca c i d t h es u r v i v a lr a t eo f l a c t o b a c i l l u si nt h em i c r o c a p s u l ew i t l lm ep r o t e c t i v ea g e n ti n c r e a s e da b o u t10 ， c o m p a r e dw i t l lt h ec o n t r d l sw i t h o u tt h ep r o t e c t i v ea g e n t s i m u l a t i o ne x p e r i m e n t so f t h ea n i f i c i a li n t e s t i n a lj u i c es h o w e dt h a ti nb o t ht h ee x p e r i m e n t a lg r o u po ft 1 1 e m i c r o c a p s u l ew i t l lt h e 丘e e z e - d r y i n gp r o t e c t i o na g e n ta i l dt l l ec o n t r o l ，a r e r4 0m i n ，m e a b s o r b a n c ew a ss t a b l ea n dt h es o l u t i o nd i dn o tc o n t a i ns o l i dp a n i c l e s ，w 1 1 i c hi n d i c a t e d t h em i c r o c a p s u l ec o u l dd e c o m p o u n db e t t e ri nt h ea r t i f i c i a li n t e s t i n a lj u i c e ，a n dt h e n a c h i e v et h er o l eo fp r e b i o t i c s a r e rs t o r e df o r6 0d a y sa t4 ，t 1 1 es u r v i v a lr a t eo f l a c t o b a c i l l u si nt h eo r i g i n a ll a c t o b a c i l l u sw a so n l y9 3 ，b u tt h es u r v i v a lr a t eo f m i c r o e n c 印s u l a t e d l a c t o b a c i l l u sw a sm o r et h a n8 0 nw a ss h o w e dt h a t m i c r o e n c 印s u l a t i o nc o u l ds i g n i f i c a n t l yi m p r o v es t o r a g ea c t i v 时o fl a c t o b a c i l l u sa t4 a r e rs t o r e df o ra t4 ，t h es u i v a lr a t eo fl a c t o b a c i l l u si nm em i c r o c 印s u l e sw i t h t h e 骶e z e - d 巧i i l gp r o t e c t i v ea g e n tw a l ss t i uu pt o9 6 1 ，a i l dl i v i n gl a c t o b a c i l l iw e r e 9 5 8 10 1 0 c m g ，w h i c hw a s 印p r o x i m a t e l y1o h i g h e rt h a nt h a tw i m o u tm e p r o t e c t i v ea g e n t i ts h o w e dt 1 1 a tm i c r o e n c a p s u l a t i o nw 汕a g e n t sc o u l ds i g n i f i c a n t l y e n h a n c et h es t o r a g ea c t i v i 够a t4 c a l c u l a t e db yf i r s t d e g r e ei r r e v e r s i b l er e a c t i o n f - o 咖u l a ，f r e e z e - d 巧i n gm i c r o c a p s u l e sw i t hp r o t e c t i v ea g e n t sc o u l ds t o r e17 4 5d a y s ， a n dt h es l l r v i v a lr a t eo f1 a c t o h a c i l l l 】sw a sn o t1 e s st h a n9 0 k e y w o r d ：l a c t o b a c iii u s ： m i c r o c a p s u i e ： p r o t e c t i v ea g e n t ： s t o r a g e a c t j v i t y 独创声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的 研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其 他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含未获得 ( 逵! 塑逡查墓丝益要挂别主题的：奎拦亘窒2 或其他教育机构的学位或证书使 用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均己在论文中作了明 确的说明并表示谢意。 学位论文作者签名j 再辱签字日期：加- 尸年f 月日 | 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，有权保留并 向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人 授权学校可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用 影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。同时授权中国科学技术信息 研究所将本学位论文收录到中国学位论文全文数据库，并通过网络向社会公 众提供信息服务。( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位论文作者签名：于再、埠 签字隰渺宁年6 月伸 导师签字： 签字日期：，翟 明胶阿拉伯胶复凝聚微胶囊技术用于乳酸茵保护的研究 第一章前言 1 乳酸茵微胶囊化的必要性 1 1 对乳酸茵的认识 乳酸菌自古以来就已经被利用来制造或保存食物用，但一直到18 5 7 年后才 由法国科学家巴斯德所发现。巴斯德研究所的科学家e l i em e t l l l l i k o 疗( 1 8 4 5 1 9 1 6 ) 因研究东欧一些人特别长寿地区人们的饮食生活后，有一个惊人的发现，就是常 吃乳酸菌的人多半都很长寿，开始真正奠定了乳酸菌的益生菌形象。科学家李斯 特于1 8 7 8 年从乳酸中单离出乳酸菌，t i s s i e r 和m o r o 两位科学家则分别在1 8 8 9 年及1 9 9 0 年发现比菲德氏菌属及三口c f 却办f ，姗后，很多对乳酸菌的研究就在这 个时候如雨后春笋般的萌发了。 乳酸菌是一个广义范畴的概念，主要是指发酵糖类主要产物为乳酸的一类无 芽孢、革兰氏阳性细菌的总称( 杨洁彬，郭兴华，1 9 9 9 ) 。这类细菌过氧化氢阴性， 大多数不运动，少数以周毛运动。乳酸菌为厌氧、兼性厌氧、微好氧，大多数能 在有氧条件下生长，但在无氧状态下生长更好( j o l l l l s o n & c a s e ，1 9 9 5 ) 。乳酸是乳一 酸菌在发酵碳水化合物时主要的代谢产物，在其发酵产物中只有乳酸的称为同型 乳酸发酵；而产物中除了乳酸外还有较多c 0 ：、乙醇、乙酸等物质的称为异型乳 酸发酵。乳酸菌的形态结构、生理学特征和代谢性能都不完全相同。根据b e r g e y 手册可知乳酸细菌主要包括2 3 个属，主要有乳杆菌属( 口c 幻6 口c f 螂) 、链球菌属 ( 勋印幻c d c c 姗) 、乳球菌属缸口c 幻c d c c 螂) 、双歧杆菌属( b 驴面6 口c 饱，f “m ) 、明串珠 菌属( 如甜，? d j 幻c ) 、片球菌属( 心讲d c c 螂) 、肠球菌属( e 拧纶彤d c c 螂) 和肉食杆菌 属( 沏聍d 6 口c 胞r f 材m ) 等属( 凌代文等，1 9 9 9 ) 。其中链球菌族和乳杆菌族是和人们 的生活最息息相关的两个菌族。乳酸链球菌族( 勋印，d c c p 口p ) ，菌体成球状， 通常成链或成对，在固体培养基上菌落较小，生长缓慢，多数为同型发酵，如链 球菌属( 勋印比d c c 螂) ，是与人类关系密切的重要菌群。链球菌属中有些是人体 的正常菌群存在于口腔和肠道；有些是乳制品及植物发酵食品中的常用菌，在食 品工业中常使用；还有些菌却是人和温血动物的致病菌。乳酸杆菌族 明胶阿拉伯胶复凝聚微胶囊技术用于乳酸菌保护的研究 ( 口c f d 6 口c f 口e ) ，菌体杆状，单个或链状，有时成丝状、产生假分枝。根据分 解糖的途径不同，可将本属细菌分为同型发酵菌和异型发酵菌两类。本族中以乳 酸杆菌属( 三口c 幻6 口c i ，淞) 最为重要，大多是工业上尤其是食品工业上的常用菌 种。乳杆菌属种类多，形态差异较大( s t i l e se ta 1 ，1 9 9 7 ) ，属内的杆菌长短不一， 从细长的丝状到球杆状。本属中以乳酸杆菌最为重要。乳酸杆菌因发酵糖产生 大量乳酸而命名，存在广泛，嗜酸性，最适p h 5 5 6 o ，p h 3 o 4 5 仍能生 存，在无芽胞杆菌中其耐酸力最强。乳酸杆菌为动物肠道内的正常定植菌群， 它的性质和理化学特性及自身条件决定了它在调节动物胃肠道的微生物平衡方 面起着重要的作用( 朱荣，1 9 9 8 ) 。 1 2 乳酸菌的益生作用。 乳酸菌是世界公认益生菌，长久以来许多研究证明，它们不但对维持肠道中 良好的微生物生态平衡极为重要，而且能表现诸如抑制病原菌的生长、协助增加 乳制品的营养价值、减重、美容、对肠胃道以及肝脏的保护、降血压、降胆固醇、 调节免疫功能、抗肿瘤、预防癌症的发生、预防便秘及骨质疏松及各种老人疾病 等都有积极的保健功效，乳酸菌也因此常被称为“l i v i n gd m g ”，兼具“有药般 效果的健康食品”，以及“有食品般安全性的药 之特征。 1 ) 乳酸菌有维持肠道菌群平衡的作用 在机体正常的情况下，乳酸菌定植在肠道上，抑制了有害菌的定植，此时有 益菌占了优势地位，我们称为肠道菌群平衡。乳酸菌耐酸，便于在人体肠道内繁 衍增殖。乳酸菌生成乳酸的同时，伴随着p h 的降低以外，还有一些副产物如少 量的挥发性脂肪酸、过氧化氢、双乙酰等能抑制有害微生物的生长和繁殖，同时 乳酸菌分泌抗菌物质抑制多种有害细菌的生长( s i l v ae ta 1 ，1 9 8 7 ) ，从而维持生态 平衡和正常机能。乳酸菌能生成多种乳酸菌素，n i c i n ( 乳链球菌肽) 就是其分泌 的光谱型抗菌素，对革兰氏阳性菌显示出强烈地抗菌性，特别是对杆菌和梭状芽 胞杆菌( c l o s t r i d i u m ) 的胞子有效果( 吴文惠等，2 0 0 7 ) 。有学者证实了l b a c i d o p h l u s l a l 及其培养上清液能抑制研印砂肠础口“化淞、三括f p ，胁聊d 以d 钞f d g 鲫p s 等有害 细菌的定植( k u s h a le ta 1 ，2 0 0 6 ) 。长期食用含有乳酸菌活菌的饮料或食物，可使 体内菌群的协调性增强，从而提高机体的免疫力。 明胶阿拉伯胶复凝聚微胶囊技术用于乳酸茵保护的研究 2 ) 乳酸菌能缓解乳糖不耐受症 大量的研究表明，益生菌制剂能够缓解乳糖不耐的症状。乳糖不耐症是指体 内缺乏或含有少量的乳糖酶，致使食用含乳糖的奶制品后，无法消化从而改变肠 渗透平衡引起水样腹泻的现象，或者未经肠道细菌利用，而产生的气体导致胀气 的现象( 陈洪兴，2 0 0 2 ) 。乳糖是婴幼儿及动物幼子哺乳期的营养的主要来源， 具有较高的生理功能。乳糖进入人体后，经小肠乳糖酶作用分解成半乳糖，半乳 糖是婴儿大脑发育的必需物质，能促进婴儿脑及神经组织生长；乳糖还能促进机 体对钙的吸收。随着年龄的增加，人体的乳糖酶活性不断下降，最终表现为乳糖 酶缺乏或乳糖不耐症。有研究表明，乳酸菌到达小肠后分泌充足的b 一半乳糖苷 酶( p g a l a c t o s i d a s e ) ，此酶可降解乳糖，能明显的降低乳糖的浓度( m 甜i n i ，1 9 9 1 ) 。 经研究证实，一般食用含有乳酸菌的酸奶可以改善乳糖不耐受症。 3 ) 乳酸菌有增强机体免疫力的功能 概括起来讲，益生菌通过免疫途径对机体起作用的方式主要是免疫刺激和免 疫调节。益生菌能够激活网状内皮系统，增加细胞因子途径，刺激像肿瘤坏死因 子和白细胞介素的促炎途径，但它不能作为宿主免疫系统的靶向目标 ( g i l l ，2 0 0 l ；i s o l a u r i ，2 0 0 0 ；i s o l a u r i ，a n ，o l ae ta 1 ，2 0 0 0 ) 乳酸菌活菌的粘附特性是 也是诱导免疫的一个重要因素，乳酸菌能刺激粘膜( 含有大量免疫细胞) 激活免疫 系统( p e r d i g o ne ta 1 ，1 9 9 3 ) ，能增加b 淋巴细胞( d e s i m o n ee ta 1 ，1 9 9 3 ) 。 4 ) 乳酸菌能降低血清胆固醇活性，抑制胆固醇的吸收 胆固醇是人体组织细胞所不可缺少的重要物质，是构成细胞膜的重要组成成 分，而且是合成胆汁酸，甾体类激素的重要原料。虽然胆固醇在体内有着广泛 的生理作用，但当其过量时便会导致动脉粥样硬化以及冠心病等疾病的发生和发 展。研究表明，乳酸菌可降解胆盐，使胆固醇沉淀排出体外( j i ne ta 1 ，1 9 9 8 ) 。另 外，乳酸菌合成的有机酸也可抑制胆固醇的合成嗜酸乳杆菌能在胃肠道复杂的 微生态环境中定殖，对3 一羟基一3 甲基戊二酞c o a 还原酶产生抑制作用，能同 化胆固醇从而引起胆固醇的降低。 5 ) 乳酸菌有抗肿瘤作用 有关乳酸菌抗肿瘤的研究，始于上世纪8 0 年代初期。研究者们认为，乳酸 菌抗肿瘤的特性是由乳酸菌菌体本身及其代谢产物所致。其作用机理主要有：乳 酸菌可抑制结肠中的一些细菌酶，特别是一些能催化致癌前体物质向致癌物质转 明胶邝可拉伯胶复凝聚微胶囊技术用于乳酸菌保护的研究 化的粪便酶的产生及活性；激活机体的免疫系统，特别是巨噬细胞( 其对杀瘤作 用有重要意义) ；可改变肠道菌群代谢活性、分解和去除致癌物等( 顾瑞霞，1 9 9 9 ； h i m y 锄a & r a r e r ，2 0 0 0 ；r a r e r ，2 0 0 2 ) 。 6 ) 乳酸菌有抗高血压作用 高血压是目前最为广泛的脑血管疾病，预防和治疗高血压有助于降低心脑血 管系统疾病的风险。高血压是由多方面因素引发的，如日常饮食、内分泌、遗传、 精神及血管紧张素i 转化酶( a c e ) 活性等，尤其以a c e 的活性在血压调节过程中 起关键作用。乳酸菌通过肽酶、胞外蛋白酶将食物中的蛋白降解成的寡肽和小肽， 此两种物质对a c e 有抑制作用( p o n u g a le ta 1 ，2 0 0 6 ) 。乳酸菌细胞壁的一种多糖 在高血压患者体内表现出降血压作用，有些乳杆菌在肠道内促进对机体具有调节 血压作用的矿物质的吸收( 吴正均等，2 0 0 4 ) 。 一些研究表明，乳酸菌还可以治疗急性肠胃炎、食品过敏症、遗传过敏性皮 炎、风湿性关节炎等各种人类肠道障碍性机能不良，功能紊乱的疾病( k a l l i o m a 虹 e ta 1 ，2 0 0 3 ；l e ee ta 1 ，2 0 0 3 ；r i m ( i n e ne ta 1 ，2 0 0 3 ) 。 1 3 乳酸菌制品存在的问题 随着社会物质水平的提高和对健康状况的不断追求，人们对益生制品的摄取 已经从传统的单纯摄取益生素，逐渐过渡到直接获取活的益生菌。乳酸菌作为益 生菌已被广泛的添加到发酵食品、乳制品中，并且发挥了很好的益生作用。益生 菌能够在宿主体内有多大程度的存活量，和到达部位后的繁殖能力决定着其对宿 主提供益处的力度或效果。所以，产品中的益生菌应该是代谢稳定，并且具有活 性的，能够在通过宿主的上行消化系统后，仍有很大数量的存活个体。最后在宿 主的肠道内释放和增殖，发挥自己的益处。因此，产品中的乳酸菌能够对人体产 生作用需要满足两个条件：一是保证制备过程中菌体的成活率，并有维持储藏过 程中的高活菌率：二是能够通过胃环境以大量的存活菌到达肠道并且定植于肠粘 膜。目前，微胶囊技术被公认为是能够解决这两个问题的比较好的方法。 明胶阿拉伯胶复凝聚微胶囊技术用于乳酸菌保护的研究 2 微胶囊技术的研究与进展 2 1 对微胶囊的认识 微胶囊技术是一种将固体的、液体的或气体的物质包埋在微型的、密封的胶 囊里面，并且在一些特定条件的影响下能够控制其释放比率的技术( d o l e y r e se t a 1 ，2 0 0 5 ；a n a l & s t e v e n s ，2 0 0 5 ；k a i l a s a p a m y & m a s o n d o l e ，2 0 0 5 ) 。微胶囊一般是半 透性的，粒径从1 岬到1 0 0 0 岬不等的球形微小粒子。微胶囊能够在加热、溶 解、扩散和增加压力等不同的方式下被控制的逐渐释放其携载的组分。并且，微 胶囊可以被有计划在宿主体内的特殊区域打开。微胶囊内部的物质被称为芯材、 内在相或填方；外面包被的物质被称为包履层、壁材或膜( b e n i 1 9 9 6 ) 。 通过微胶囊技术，可以做到( s h a h i d ie ta 1 ，1 9 9 3 ) ：减少芯材向外界的扩散速 率，以及芯材与外界( 氧气、光、水份等) 的反应，从而保护敏感成分，防止营养 损失：提高芯材在食品加工中的处理性，比如实现芯材由液态向固态的转化：提高 与其它物料的混合性：提高其流动性等等；控制芯材的释放：掩盖芯材的异味：稀 释芯材，即使用量很少的芯材也可在主料中均匀分散： 2 2 微胶囊方法 微胶囊制备方法通常根据其性质、囊壁形成的机制和成囊条件分为化学法、 物理法、物理化学法等3 大类。各种制备方法都具有各自的特点、适用对象和适 用范围。下面介绍几种常见的微胶囊的方法：( 但卫华等，2 0 0 5 ；郭本恒等，2 0 0 5 ) a 、化学法 1 ) 界面聚合法：界面聚合法是将两种带有不同活性基团的单体分别溶解在 互不相溶的溶剂中，当一种溶液分散在另一种溶液中时，两种溶液中的界面会形 成聚合膜。其优点是包埋率较高，对活性物有很好的保护作用。缺点主要是要求 被包裹物能耐酸碱性，不能与单体发生反应，并对多余单体要认真对待。这种方 法比较适于对活性物质的包埋。 2 ) 原位聚合法：原位聚合法是单体、引发剂或催化剂以原位处于介质中， 加入单体的非溶剂使单体沉积在原微颗粒表面上，引发聚合物形成微胶囊。此方 法成本较高，且要求单体可溶，而聚合物不可溶。这种方法适于对液态、气态、 明胶，阿拉伯胶复凝聚微胶囊技术用于乳酸菌保护的研究 水溶性和油溶性的物质的包埋。 3 ) 锐孔法：锐孔法是高分子聚合物溶解后，加入活性物质分散其中，将分散 液用锐孔装置加到另一种溶液中，使微胶囊析出。优点是操作简单，不使用有机 溶剂，不用高速搅拌且微胶囊的机械强度大，粒径分布小等。这种方法适于包埋 对紫外光敏感的生物活性体。 b 、物理法 1 ) 喷雾干燥法：喷雾干燥法是将芯材均匀分散于壁材溶液中，然后用雾化 器雾化成小液滴，使溶解壁材的溶剂迅速蒸发凝固而成微胶囊。具有干燥速率高、 时间短，生产过程简单，操作方便控制，处理量大，适宜工业化生产的优点。生 产出来的产品具有良好的分散性和溶解性且纯度高。缺点是价格高、耗能大、设 备大、包埋率低等。这种方法不适于疏水性、热敏性、亲水性及与水反应的物质。 2 ) 空气悬浮法( 流化床技术) ：空气悬浮法是悬浮的芯材固体在流化床中有 囊壁成膜液的表面形成胶囊。优点是壁材层均匀且厚度适中。这种方法适合对固 体物质的包埋。 3 ) 挤压法：挤压法是首先将芯材分散到熔融的高分子化合物等壁材中混合均 匀，然后将混合液装入密闭容器中，利用压力作用挤压混合液通过器孔而呈细丝 状液入吸水剂中，此时，包囊材料便发生硬化，并随之包埋在芯材物质的表面上 成固态，从而形成玻璃态微胶囊。优点是能防止风味物质挥发。缺点是产率较低 低。这种方法适于对热敏感性芯材的包埋。 c 、物理化学法 1 ) 水相分离法：水相分离法是由聚合物体间电荷的相互中和以及亲水聚合物 周围水相溶剂层的消失而成囊的方法。水相体系中的相分离法分为单凝聚法、复 凝聚法和调节p h 值聚合物沉淀法。单凝聚法是将芯材分散于一种高分子聚合物 中后加入凝聚剂，此时大量水分子与凝聚剂结合，使聚合物溶解度下降而凝聚成 微胶囊。优点是工艺简单，控制容易，包埋率较高，并可制成粒径不同的微胶囊。 缺点是成本较高。这种方法适于对油脂和精油的包埋。复凝聚法是两种带有相反 电荷的聚合物作为壁材，将芯材分散其中，改变溶液p h 值、温度或浓度，两种 壁材就会因为电荷问的相互作用使溶解度下降而凝聚成微胶囊析出。优点是能高 效和高产包埋水不溶性芯材。缺点也是成本较高。这种方法适于对非水溶性的固 体粉末或液体的包埋。调节p h 聚合物沉积法是利用在碱性或酸性条件下，某些 明胶阿拉伯胶复凝聚微胶囊技术用于乳酸菌保护的研究 聚合物溶解度降低或不溶解的性质来实现微胶囊化的。 2 ) 油相分离法：油相分离法是壁材聚合物形成自由流动的凝聚相，并稳定地 环绕在芯材微粒的周围，向壁材聚合物的溶液中，加入一种该聚合物为非溶媒的 液体，引发相分离形成微胶囊。优点是可增大固体含量。缺点是油性的分散介质 易燃易爆，而且成本高。这种方法适于对水溶性或亲水性物质的包埋。 2 3 微胶囊壁材 壁材的选择对微胶囊的性能和用途至关重要，通常是选择具有降解天然高分 子。对于稳定性差或易失活的芯材如维生素、生物酶等需要壁材的选择更加苛刻， 还需要几种聚合物复合，或者对壁材进行化学修饰，以改善其性能。近年来，高 分子聚合物在益生菌微胶囊化方面已经开展了大量的研究和探索，并取得了明显 的进展，展现出了良好微包埋效果和应用前景。一般要求，所包埋益生菌的聚合 物必须有良好的生物相容性，能够保证制备过程中菌体的成活率，并有维持储藏 过程中的高活菌率；还要有在特殊环境如胃酸环境和肠道环境中保护菌体活性的 功能。而包埋技术的选择通常是根据相应壁材性能而制定的。如表1 是几种常见 的益生菌微胶囊技术方法及其所选择壁材的类型。 表1 几种常见的益生菌微胶囊方法及其所用壁材 t a b 1s e v e r a lc o m 瑚o np r o b i o t i cm i c r o e n c a p s u l a t i o nm e t h o da n dt h e i rw a l lm a t e r i a l 微胶囊技术所用壁材的类型 喷雾干燥技术 喷雾冻凝技术 流化床技术 挤压法 界面聚合法 分离相凝聚技术 水溶性聚合物 水溶性和水不溶性聚合物、蜡类、脂肪酸、单体 水溶性和水不溶性聚合物、脂类、蜡类 水溶性和水不溶性聚合物 水溶性和水不溶性聚合物 水溶性聚合物 明胶阿拉伯胶复凝聚微胶囊技术用于乳酸菌保护的研究 通常，作为一种益生菌微胶囊化理想壁材的聚合物应该具有如下特点 ( f e r e i d o o ne ta 1 ，1 9 9 3 ；l a r i o n o v a ，e ta 1 ，1 9 9 9 ) ：1 ) 良好的成膜性，在加工以及 贮存过程中能将芯材完整的密封在其结构中：2 ) 良好的可操作性，如易溶于水 或乙醇等食品工业中允许采用的溶剂中，高浓度时具备良好的流动性；3 ) 稳定 性高，不与芯材反应，并在一定条件下能被溶解，实现芯材释放；4 ) 能产生稳 定的乳化体系，乳化芯材；5 ) 易于与相溶的溶剂分离，能实现快速