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生物技术专题讲座考查论文益生菌制剂加工技术的研究概况学 院： 材 料 与 化 工班 级：07级生物工程一班姓 名： 钟 海学 号： 20070144038指 导 老 师： 杨 东 升2010年12月11日 益生菌制剂加工技术的研究概况钟海（20070144038）摘 要：对目前益生菌制剂的加工技术，包括：喷雾干燥技术、冷冻干燥技术、包埋技术的研究概况进行了综述。喷雾干燥技术中优化工艺参数、热应激蛋白、细胞损伤位置和机理研究，提高益生菌制品的质量；冷冻干燥技术中保护剂、冷应激蛋白对益生菌保护作用研究；包埋技术中重点介绍了微胶囊包埋技术的包囊材料、包埋方法的研究对益生菌制剂的改良。关 键 词：益生菌制品；喷雾干燥；冷冻干燥；微胶囊包埋近年来，随着经济的高速发展，人们对身体健康的关注度日趋升高。益生菌具有包括改善消化系统功能、增强免疫、降低血脂血压、抑制有害微生物、恢复肝功能、甚至抗恶性肿瘤等多种益生功能，其制剂倍受青睐。益生菌制剂中益生菌要能耐胃酸胆汁，活菌到达肠道并定于肠黏膜上才能对人体产生有益作用。为了保障益生菌制剂的保健作用，学者们对雾干燥、冷冻干燥和包埋等益生菌制剂的的加工技术进行了大量研究。一 雾干燥技术喷雾干燥是食品工业应用悠久、广泛，是成本极为廉价的一种固定化方法，方法是以单一工序将溶液、乳液、悬浮液或浆状物加工成粉状干燥制品。将被干燥的液体经雾化器作用，喷成非常细微的雾滴，并依靠干燥介质（热空气、冷空气、烟道气或惰性气体）与雾滴均匀混合，进行热交换和质交换，使得溶剂气化或使得熔融物固化。对喷雾干燥法造成的细胞损伤位置和机理的研究，有助于优化喷雾干燥技术在益生菌制剂生产中的应用。喷雾干燥过程中细胞损伤主要由于是高温和干燥脱水。细胞失水可能引起细胞膜、蛋白质结构和功能完整性的不可逆变化，这些基本的功能和结构对于细胞存活和保持功能性至关重要。喷雾干燥温度对微生物的致死作用主要是由于蛋白质、核酸与酶系统等重要生物高分子的氢键受到破坏，导致菌体蛋白质凝固变性，核酸发生降解变性失活，从而破坏细胞的组成；热溶解细胞膜上类脂质成分形成极小的孔，使细胞内容物泄漏，从而导致死亡。在喷雾干燥对保加利亚乳杆菌细胞膜的影响研究中发现，喷雾干燥后受损伤细胞内一些细胞质（蛋白质、核酸、钾离子）部分流失。喷雾干燥技术由于其设备简单、成本低、易于推广、有利于大规模连续生产等优点而在益生菌制品生产中大量应用。对益生菌耐热性、存活率、储存期稳定性、细胞损伤位置和机理的研究将有助于最佳的益生菌制品。二 冻干燥技术冷冻干燥技术将湿物料或溶液在较低的温度（1050）下冻结成固态，然后在真空（1.313 Pa）下使其中的水分不经液态直接升华成气态，最终使物料脱水的干燥技术。物料的干燥在冻结状态下完成，与其他干燥方法相比，物料的物理结构和分子结构变化极小，其组织结构和外观形态被较好地保存，并具有优异的复水性，可在短时间内恢复干燥前的状态。由于干燥过程是在很低的温度下进行，而且基本隔绝了空气，因此有效地抑制了热敏性物质发生生物、化学或物理变化，并较好地保存了原料中的活性物质。因此，冷冻干燥技术是目前最好的保藏菌种方法之一，广泛用于益生菌制剂冻干粉和益生菌保藏菌种等方面。益生菌冷冻干燥技术冻干是冷冻和干燥技术的有机结合，细胞在冻干过程中要经受冷冻和干燥两种激烈因素的作用，导致细胞膜物理条件或敏感蛋白结构的变化，使细胞活力下降。微生物冷冻干燥期间细胞内外的水分冻结成冰，冰晶生长产生的机械力量会引起细胞机械损伤。同时冻干引起溶质效应会使细胞水分溢出，具有生物活性的酶蛋白和抑制因子变性失活，细胞膜发生膜渗透性增加,使胞内的物质与胞外水溶性物质无控制地进行双向交换,从而造成细胞的代谢损伤。冻干会使细胞膜上的脂肪酸发生变化,使细胞膜的完整性会受到破坏,微生物细胞因此出现损伤。许多研究发现在乳酸菌冻干前加入适当的物质能起到保护作用，冻干保护剂如甘油、聚乙二醇、氨基酸、糖类保护剂，不仅影响乳酸菌在冻干过程中的细胞存活率，还影响保藏期间的细胞稳定。对于绝大多数细菌冷冻干燥成功的关键在于有效保护剂的使用，保护剂可以改变生物样品冷冻干燥时的物理、化学环境，减轻或防止冷冻干燥或复水对细胞的损害，尽可能保持原有的各种生理生化特性和生物活性。与气流干燥、喷雾干燥等其他干燥技术相比，真空冷冻干燥设备投资大，能源消耗及益生菌生产成本较高，因此该技术多运用于益生菌的保藏菌种和制作冻干粉。三 包埋技术包埋技术即给益生菌包裹在“保护衣”以抵御外界环境的侵害。益生菌的包埋技术包括以下两种：巨包埋技术、微胶囊包埋技术。巨包埋技术一般是利用硬胶囊包裹，将益生菌填装于空心硬质胶囊中或密封于弹性软质胶囊中而制成的固体制剂，空心硬质胶囊壳材料（即囊材）主要是明胶、甘油、水以及其它的药用材料。其能保护益生菌通过胃部，但是不易溶解，而且应用范围窄，只能用在胶囊型商品上，同时不耐久存。微胶囊包埋技术作为保护益生菌免受外界环境侵害的最有效方法，已成为国内外的研究热点。所谓微胶囊技术就是利用天然的或者合成的高分子包囊材料，将固体的、液体的、甚至是气体的微小囊核物质包覆形成直径在15 000m范围内（通常是在5400m之间)的一种具有半透性或密封囊膜的微型胶囊技术。益生菌制剂作为功能性食品，其包囊材料除要符合食品卫生法的有关要求，做到无毒无臭，同时包囊材料的选择对制剂产生改良作用。除传统的高分子聚合物如海藻酸钠、明胶、壳聚糖等，利用淀粉较大的吸附能力和多孔淀粉的类似马蜂窝的独特中空结构将益生菌吸附包埋其中，从而起到减少细胞释放的作用。研究结果发现多孔淀粉吸附活菌制备活菌粉，在非严格厌氧条件下加速储藏，菌体的存活性能要优越于不用多孔淀粉吸附直接冷冻干燥的活菌粉的。此外，明胶甲醛、虫胶、羧甲基纤维素钠和苯二甲酸醋酸纤维素等肠溶性包囊材料的筛选有利于防止胃液的破坏，从而使尽可能多的菌体到达肠道。研究采用虫胶-乙醇作为结合剂和涂膜剂制得含双歧杆菌的肠溶性颗粒。除了对益生菌包囊材料的研究，学者们对囊的包埋形式进行了有益研究，研制出双层包埋技术、多层包埋技术，以利于益生菌在肠道内更好地靶标定殖。双层包埋技术是在乳酸菌表面包覆蛋白质，然后再包一层特殊胶体。利用这种特殊包埋技术，最外层的胶体在强酸性的胃酸中凝结，保护乳酸菌。当益生菌进入有较高pH值的十二指肠时，胶体自然分解溶化，释放益生菌，然后第二层的蛋白质就会促进益生菌与肠壁纤毛附着，同时提供益生菌繁殖所需营养。不仅可有效延长益生菌在产品保存期的活性，也保护益生菌不受胃酸的侵蚀而安全到达小肠、大肠后定殖产生功效。在囊化的益生菌培养过程中会遇到胶粒的稳定性问题使得细胞从胶粒中释放出来，从而引起下批发酵时初始细胞数的下降。因此，改善胶粒稳定性的问题成为微胶囊包埋技术的关键。研究者们在这方面做了许多研究，阳离子聚合物进行交联。海藻酸钠的胶粒通过与阳离子聚合物交联，使海藻酸钠变得稳定。这些阳离子聚合物在胶粒周围形成膜，用戊二醛喷洒胶粒一直被认为是减少细胞释放的稳定技术。研究者采用4%的壳聚糖和1,6二异氰酸酯或戊二醛交联形成的膜，获得了强度较大的微胶囊，这种双功能剂和壳聚糖的反应形成了连接壳聚糖分子的桥，桥的长度取决于交联剂的类型。用高浓度的明胶和2,4-二异氰酸甲苯交联，去包囊乳酸乳球菌乳脂亚种取得了同样的结果。用壳聚糖、聚赖氨酸等聚合物涂膜。有报道用壳聚糖在海藻酸钠胶粒表面裹膜，发现将海藻酸钠胶粒悬浮在低分子量的壳聚糖溶液中形成膜后，细胞释放可以减少40%。还发现低分子量的壳聚糖比高分子量的更易渗透到海藻胶基质中，形成更加紧密的膜。益生菌制剂加工技术对提高益生菌制剂质量有至关重要的作用，深刻影响着益生菌制品产业化发展。各项技术的优化和技术间的联合运用有利于改良益生菌制剂的加工技术。如将微胶囊技术与喷雾干燥、冷冻干燥技术联合使用的研究，微胶囊化益生菌能提高对环境的适应性，对干燥和冷冻环境的耐受性，益生菌微胶囊化后进行喷雾干燥，冷冻干燥能提高活菌数；优良壁材的筛选研究，如与益生菌有更好相容性的壁材、包囊材料之间复配研究，或通过化学修饰等功能性改造，以更好创造益生菌保持活力的微环境等；包囊的益生菌作为发酵剂以优化发酵和生产液体制剂工艺等方面都值得进一步研究探索。参考文献：1曲微,范俊华,霍贵成.益生菌喷雾干燥技术的研究进展J.中国乳业,2008（4）:36-38.2陆英.利用热激处理提高益生菌Lactobacillus casei BD-II抗热性的研究J.中国乳品工业,2006,34(7):17-22.3李春,张兰威.两种预处理方法对冷藏期乳酸菌存活率的影响J.食品科学,2006,27(7):76-78.4张英华,霍贵成,郭鸰.乳酸菌冷冻干燥技术研究进展J.东北农业大学学报,2005,36（6）:799-803.5严佩峰.益生菌冷冻干燥技术研究及其在活性羊奶粉中的应用.西北农林科技大学,2008.6于乐军,陈