微胶囊包埋技术在益生菌制品中的应用(1)

Dairy Industry

乳品加工

微胶囊包埋技术在

益生菌制品中的应用

赵红霞　　　李应彪　　　石河子大学食品学院

［摘］　要益生菌对人体具有保健

功效，在乳制品中的应用日益广泛，但制品中益生菌的存活率很低，微胶囊包埋是保护益生菌免受外界环境侵害的常用方法。本文综述了益生菌的微胶囊包埋技术及在生产中的应用。

不与囊心物质发生化学反应，同时还要考虑到产品的渗透性、吸湿性、稳定性、溶解性以及澄清度等因素。有时包囊材料还常与着色剂以及表面活性剂、抗氧化剂和塑化剂等一些品质改良剂在联合使用，从而使产品呈现出一定的可塑性及迷人的外观，便于不同产品的区分。特别是在食品工业的生产中，包囊材料的

［３］

物的微生物　。

目前的研究表明，要获得所期望的保健效果，产品中益生菌的含量必须足够高。日本的发酵乳与乳酸菌饮料协会规定，乳中的益生菌菌数至少为１０７个／ｍＬ，以确保有足够的活菌发挥保健功能。但是益生菌对外界环境的抵抗能力很弱，许多研究已经证实酸奶和发酵乳中的益

菌的存活率很低。发酵乳制品在－１８℃选取还要求符合食品卫生法的有关要求，生做到无毒无臭，同时还不会对制成品产

的条件下贮存８～１２周后，活菌数下降了５～６个对数周期。胃酸和胆盐的环境

关键词：　益生菌；微胶囊；挤

压；乳化

微胶囊技术是当今世界上一种发展迅速、用途广泛而又比较成熟的高新技术。　所谓微胶囊技术（Ｍｉｃｒｏ　ＣａｐｓｕｌａｔｅｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ），其实指的就是利用天然的

生不良影响。目前在食品加工业中所选

，乳制品中嗜酸乳杆菌和双歧杆菌菌数用的包囊材料主要是以水溶性的胶类、下淀粉、酪蛋白、海藻酸盐和纤维素衍生物，例如阿拉伯胶、海藻酸盐、羧甲基纤维素和酪蛋白钠等为主。囊心物质在食品工业中主要是维生素类、酶类、挥发性香精香料、酸味剂、食品防腐剂以

［５］

会很快地下降。利用微胶囊包埋技术

保护益生菌是目前国内外研究的热点。微胶囊包埋可保护益生菌免受噬菌体的侵害，提高其在冷冻干燥过程中的存活率，增加贮存过程中的稳定性。将益生菌用微胶囊技术包埋在壁材内，也可以降低外界环境对细胞的损伤。应用于益生菌的微胶囊包埋技术可分为挤压法和乳化法两类。这两种方法都可将益生菌

酒类等，或者是在多组分制品中，相或者合成的高分子包囊材料，将固体的、及液体的、甚至是气体的微小囊核物质包覆形成直径在１～５０００μｍ　范围内（通常是在５～４００μｍ　之间　）的一种具有半

［１］

透性或密封囊膜的微型胶囊技术。经

互接触混合时容易对制品中的某些成分

［２］

产生不良影响的一些物质。

１．益生菌的微囊化技术

益生菌是活的微生物制剂，能够改善宿主的肠道微生态平衡。寄居在人体肠道内的益生菌能抑制有害微生物和食益生菌在肠道内通过产生酸、细菌素及竞争肠道黏膜的受体和提高机体免疫力β－半乳糖苷酶，能够缓解乳糖不耐症患者的症状。益生菌还具有抗肿瘤和抗突变的作用，益生菌的这种功能涉及多个因素，如抑制致癌物和能够转化致癌

的存活率提高８０％～９５％［６］。１．１　微胶囊包埋益生菌的方法１．１．１挤压法

挤压法是最普遍的利用亲水胶体制液，加入微生物细胞，挤压细胞悬液，使其通过注射式针头，以液滴的形式落入固定液中等过程。最终产品的形状和大小取决于针头的直径和液滴下落的距离。挤压法的优点是操作简单、成本低、能获得较高的细胞存活率。

挤压法制备微胶囊最常用的壁材是

过微胶囊化技术所形成的这种微型胶囊的外形是多样化的，可以是球状的葡萄串形，也可以是不规则的形状。胶囊的外表面有光滑的，也有折叠的。微胶囊的囊膜既可以是单层，也可以是双层或者是多层结构，而囊膜所包覆的囊核心微胶囊技术中包囊材料的选取通常需根据具体产品的具体要求而定，既要求包囊材料能够在囊心物质上形成一层具有粘附力的薄膜，而且还要求使包囊材料

微胶囊的方法，包括制备亲水胶体溶物中病原微生物如沙门氏菌等的生长。备

发挥功效。益生菌在肠道内可以产生物质既可以是单核的，也可以是多核的。来

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海藻酸钠。海藻酸钠是由Ｄ－吡喃甘露糖醛酸和Ｌ－吡喃古洛醛酸组成的线性多糖。不同来源的海藻酸钠其组成及Ｄ－吡喃甘露糖醛酸和Ｌ－吡喃古洛醛酸的序列差异很大，同时这些差异也显著影响海藻酸钠作为包埋壁材的功能性质。二价阳离子如Ｃａ２＋更易于与Ｌ－吡喃古洛醛酸的聚合物相联结。海藻酸钠中Ｄ－吡喃甘露糖醛酸多聚物的长度会

［７］影响微胶囊颗粒的结构特征。为形成

胞悬液（非连续相）加入到大量的植物油中（连续相），如大豆油、葵花籽油或玉米油，然后经过均质形成油水乳化液。一旦油水乳化液形成，水溶性的多聚物相互交联，在油中形成不溶性的微小胶粒。乳化液中不连续相的体积越小，最后形成的微粒的尺寸越小。形成油不溶性的微粒的方法取决于所选用的壁材，最后通过过滤收集微胶粒。微胶粒的大小取决于搅动速率，一般微粒的大小在２５μｍ～２ｍｍ之间。此项技术已成功

［１０］

用于包埋乳酸菌生产发酵乳。

固体胶粒，应使细胞悬液与海藻酸钠的溶液混合，然后在该混合物中滴入含多价离子的溶液中，液滴立即形成凝胶球。海

：乳化技术的工艺流程如下

藻酸钠作为微胶囊壁材的优点是制备条件温和、简单、价格低廉和具有较高的

［８］

生物相容性。形成微胶粒的海藻酸钠

２．益生菌微囊化中存在的问题

及解决方法

目前用于包囊生产的载体材料有海藻酸盐、卡拉胶和刺槐豆胶、聚乙烯醇、邻苯二甲酸醋酸纤维素（ＣＡＰ）壳聚糖和融性好，在微生物细胞包囊中应用较多。但它在实际使用过程中还受到一些条件的制约。在螯合剂（如磷酸、乳酸和柠檬酸）存在的情况下，由于螯合剂对钙的亲和性比海藻酸钙强，使得海藻酸钙不稳定，因此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

溶液的浓度并不固定，微胶粒的直径为２～３ｍｍ，颗粒的大小和外形取决于海随着海藻酸钠浓度的提高，颗粒直径的变小。挤压器的出口孔径是另外一个重要影响因素，它可以控制液滴的大小。液滴的大小也受海藻酸钠组成的影响，Ｌ－吡喃古洛醛酸的含量越低，则微球的直

［９］

径越小。

藻酸钠溶液的浓度和液滴下落的距离。明胶等。由于海藻酸盐价格便宜，生物相

：挤压法的工艺流程如下

１．１．２乳化法

乳化包埋法是先将少量益生菌细

粒中释放出来。至于其它的基质材料，如壳聚糖包埋细胞在发酵期间会从胶粒

中

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中国

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剂和壳聚糖的反应形成了连接壳聚糖分子的桥，桥的长

的保护作用。Ｋｅｂａｒｙ等报道了用这种方法使双歧杆菌的存活率增加至８８．５％，

加利亚乳杆菌存活率达９９％［１４］。度取决于交联剂的类型。保Ｈｙｎｄｍｏｎ　等用甲苯异氰酸酯作为凝胶的交联剂时取得

［１２］

了同样的结果。

３．发展前景和展望

微胶囊技术作为一门崭新的技术已经越来越得到各行各业研究者的重视和青睐，它的广泛应用与优越性能也越来越引起人们的极大关注。现阶段，我国投入市场的微胶囊化产品同它们存在的巨大应用潜力相比较还是很小的，同日本、美国等国相比尤为突出。发展微胶囊技术、微胶囊产品，改善微胶囊产品的应用性能和完善微胶囊传递体系的理论模型有待于进一步突破。

　参考文献

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２．２　用壳聚糖、聚赖氨酸等聚合物涂膜

Ｏｖｅｒｇａａｒｄ等制作了用壳聚糖涂膜的海藻酸钠胶粒，它是将海藻酸钠滴入ＣａＣｌ２和壳聚糖的混合液中形成胶粒；Ｍｃｋｎｉｇｈｔ等也报道了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％。Ｍｃｋｎｉｇｈｔ等的实验表明，低分子量的壳聚糖比高分子量的更易渗透到海藻胶基质

［１３］

中，形成更加紧密的膜。

释放出来，引起下批发酵时初始细胞数的下降。因此，应对胶粒进行适当的处理，如在胶粒外包膜，可以提高胶粒的性能；也可在胶粒外涂层，不仅可以防止细胞的释放，也可增加机械和化学稳定性。具体的方法有：用阳离子聚合物进行交联，用壳聚糖、聚赖氨酸等聚合物涂膜，载体与淀粉混合使用，载体中

［１１］

加入细胞保护剂等。

Ｌａｒｉｓｃｈ　等报道了用聚赖氨酸对胶粒进行包膜的实验，聚赖氨酸有较好的生物相容性，可以应用于食品工业，如酸奶的生产。Ｃｈａｍｐａｇｎｅ等指出，用单层的聚赖氨酸涂膜海藻酸钠胶粒时减少细胞释放的作用不明显，但用聚赖氨酸双层涂膜时可以减少近５０％的细胞释放。

２．３载体和淀粉混合使用

Ｗｕｎｗｉｓａ等用海藻酸钠／淀粉液芯胶囊，包囊的嗜酸乳杆菌和双歧杆菌能够保持较高的细胞活性和发酵能力，胶囊膜允许营养和代谢产物充分扩散，维持囊中细胞的生长，囊中细胞浓度达到１０１１个／ｇ。

在载体中加入细胞保护剂，如甘油，

２．１　用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，如聚乙烯亚胺、聚丙烯亚胺、聚乙烯亚胺和戊二醛等，在胶粒周围形成膜，用戊二醛喷洒胶粒一直被认Ｇｒｏｂｏｉｌｌｏｔ等采用４％的壳聚糖和１，６

为是减少细胞释放的稳定技术。２．４载体中加入细胞保护剂

－二异氰酸酯或戊二醛交联形成的膜，可加强冷冻干燥和复水后包囊中细胞的获得了强度较大的微胶囊，这种双功能

活性，因为这些试剂对细胞有一种附加

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