双层包埋乳酸菌及乳酸菌素之应用

文章篇号:1007-2764(2003)增刊-0016-050

双层包埋乳酸菌及乳酸菌素之应用

张天鸿1 邱鸿滨2

（1. 台湾利统股份有限公司）（2. 香港佳合工业有限公司）

摘 要：天然乳酸菌如果未经改造，生命力十分脆弱，是绝对无法耐久存。乳酸菌专业厂商塞尔生技公司投入可观资源，成功开发出一种独特的双层包埋技术：在天然乳酸菌表面包覆蛋白质，然后再包一层特殊胶体，解决了长久以来一直无法突破的天然乳酸菌不易保存与不耐胃酸的问题。利用这种特殊双层包埋技术，最外层的胶体在强酸性的胃酸中凝结，保护乳酸菌。等到益生菌进入较高酸碱值较高的十二指肠时，胶体自然分解溶化，释放益生菌，而后第二层的蛋白质就会促进乳酸菌与肠壁纤毛附着，同时提供乳酸菌繁殖所需营养。

利用双层包埋技术包埋的乳酸菌，稳定性及再加工性远优于一般未经包埋的乳酸菌，除了传统应用在酸奶、奶粉或胶囊型、铝箔包型保健食品等一般常见的乳酸菌商品上之外，也已成功运用在果汁、糖果、巧克力、饼干、口香糖、冰淇淋等食品及锭剂型保健食品上。除了可以有效延长储架期间的活性达到6月以上，还可充分扩张益生菌之应用范围。

利用乳酸菌代谢产物生产功能特殊的乳酸菌素，也是乳酸菌厂商积极开发的项目之一，其耐热性更强, 用量较低, 具有针对性, 不会误伤有益微生物。 目前也成功开发出多种可应用在食品、化妆品及保健品方面的乳酸菌素，功能包括食品保鲜、抗幽门罗杆菌、抗痤疮杆菌等。安全可靠, 使用方便。

关键词：乳酸菌

1 概述

近几年来，透过传播媒体，乳酸菌对人体的益处

包括整肠，帮助消化, 甚至抑制幽门杆菌，解决胃胀气等功能林林总总，不再赘言。但乳酸菌能对人体健康产生贡献，其前提是乳酸菌必须具有足够的活性，才能对人体产生作用。何谓足够的活性？第一，乳酸菌是活的而且能稳定持久，维持生命力；第二，浓度够高；第三，耐胃酸且能在肠内定殖。

天然乳酸菌生命力十分脆弱，是绝对无法耐久存。因此如何筛选出好的乳酸菌种并延长其商品活性，一直是世界各地乳酸菌生产厂商的研发重点。乳酸菌专业厂商塞尔生技公司投入可观资源，经过多年研究，终于成功开发出一种独特的双层包埋技术：在乳酸菌表面包覆蛋白质，然后再包一层特殊胶体，解决了长久以来一直无法突破的天然乳酸菌不易保存与不耐胃酸的问题。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。等到益生菌进入较高pH 值十二指肠时，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乳酸菌与肠壁纤毛附着，同时提供乳酸菌繁殖所需营养。不仅可有效延长乳酸菌在产品保存期的活性，也保护乳酸菌不受胃酸的侵蚀而安全到达小肠、大肠后定殖产生功效。

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开发此项最新技术的塞尔公司是全世界唯一拥有双层包埋乳酸菌商业化生产技术的厂商，通过ISO9001及GMP 认证，并有药品、食品及动物用药之生产执照。年产量约400吨，是类似厂商中产能较大者。

双层包埋技术包埋的乳酸菌，稳定性远优于一般未经包埋的乳酸菌，除了传统应用在酸奶、奶粉或胶囊型、铝箔包型保健食品等一般常见的乳酸菌商品上之外，也已成功运用在果汁、糖果、巧克力、饼干、口香糖、冰淇淋等食品及锭剂型保健食品上。可以在储架期间保持活性稳定，充分扩张益生菌之应用范围，原来不可想象的食品现在都可以添加益生菌，可以说是21世纪最新的益生菌科技发展之一，已经快速成为世界相关行业中最新话题。 2 双层包埋乳酸菌的特性

2.1 选择乳酸菌的5项原则

惟有优良的乳酸菌才能对人体产生助益，因此厂商在开发相关商品时必须慎选优良的乳酸菌，但如何选择乳酸菌呢？有下列五项原则可供参考：

(1)耐久存：乳酸菌商品由原料供货商、生产厂商、经销商、零售店，最后到达消费者手上，这一连串的过程，不仅时间长，而且储存环境变异大，为了确保消费者的权益，优良的乳酸菌商品必须活性稳定，否

则到了消费者手上，活菌所剩无几，丧失了乳酸菌该有的功效。一般未经改造的天然乳酸菌，是绝对无法耐久存的，但是基因改造的乳酸菌食用上却有争议，因此利用特殊包埋技术处理的天然乳酸菌，是最好也是唯一的选择。

(2) 耐胃酸﹑耐胆盐：未经包埋乳酸菌不耐胃酸及胆盐的侵蚀，无法安全到达肠道对人体产生助益。

(3) 释出时机:不同的乳酸菌必须在肠道特定部份才能产生功效，经过包埋的乳酸菌，必须能够及时溶解释出，才能在肠道适当位置定殖。一般经凝胶微胶囊包埋之乳酸菌的确可以抵挡胃酸及胆盐的侵蚀，到达肠道后却需要六小时以上才能溶解释出，效果有限，但是，DUOLAC 乳酸菌的特殊包埋层却能在到达小肠前段时就立即溶解，完全产生功效。

(4) 肠道内定殖:当乳酸菌到达肠道后，必须能够吸附在肠道黏膜上定殖，否则会立即随着粪便排出体外，无法产生作用。

(5) 菌种来源:乳酸菌来源必须安全，一般而言，筛选自人体的乳酸菌，安全上较无争议，而且容易在人体肠道内定殖并产生作用。

2.2 乳酸菌根据其包埋技术的演进的四种型态

市面上常见的乳酸菌根据其包埋技术的演进大致可分为四种型态：

第一型：未经包埋处理的乳酸菌；不耐酸、不耐久存。

第二型：巨包埋型乳酸菌；一般是利用硬胶囊包裹，保护乳酸菌通过胃部，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。

第三型：微胶囊包埋型乳酸菌；利用凝胶作为包覆材以微包埋方式包覆，耐久存、耐胃酸，但是热稳定性不好，同时凝胶不易溶解，在肠道中需要六小时左右才能溶解释出，因此一般只用在双歧杆菌的包埋，而且价格十分昂贵。

第四型：双层包埋型乳酸菌 DUOLAC；最新型包埋技术处理，不仅耐久存、耐胃酸，到达肠道后立即释出，任何益生菌都可以利用该技术包埋。而且包覆材内含天然纤维寡糖益生物质，可以帮助乳酸菌在肠道内定殖，同时DUOLAC 双层包埋乳酸菌的菌种来源限制严格，必须来自只喝母奶的东方人种婴儿。因此DUOLAC 乳酸菌完全符合前述筛选优良乳酸菌的五项原则，而且价格与一般未经包埋的乳酸菌相当，绝对称得上是价廉物美。

为确认DUOLAC 双层包埋型乳酸菌对人体的功效，曾经进行一系列之人体试验，保健效果明确，也

获得当地政府资助，目前正在进行一项大型人体试验专题研究计划。双层包埋型乳酸菌由于产品优良、效果卓著，除在欧美韩日等地获市场高度肯定外，在中国大陆及台湾，已有数家大厂采用DUOLAC 乳酸菌添加到酸奶、奶粉、糖果等商品内，也有多家厂商利用双层包埋乳酸菌DUOLAC 开发保健食品，目前已完成稳定性试验及人体功效试验，正申请保健食品认证中。 3 双层包埋乳酸菌的制作及稳定性

3.1 DUOLAC制程

乳酸菌酦酵、收成→蛋白质包埋第→二层包埋→冷冻干燥

双层包埋乳酸菌DUOLAC 是利用特殊的包埋技术制作而成，乳酸菌发酵完成后以微过滤方式浓缩菌体，利用特殊蛋白质做第一层包覆，再利用特殊胶质及纤维寡糖做第二层包埋。 3.2 双层包埋乳酸菌的稳定性

蛋白质与一些特定载体结合后，溶解度会随水溶液的pH 值改变，例如玉米蛋白或奶蛋白在pH=4时溶解度极低，会在水中沉淀，但是pH 质调整到中性时，蛋白质却会在水中溶解。DUOLAC 外层的蛋白质及特殊胶体都具有这样的特性，在酸性环境中不会溶解，保护乳酸菌安全通过胃部，不受胃酸及胆盐的破坏，请参见如图1及图2，相对的，一般未经包埋处理的乳酸菌，不耐酸，在胃里大约三十分钟后就会死亡殆尽。同时，蛋白质层在小肠中一方面缓冲胆汁及胆酸对菌体未复活前可能之伤害，一方面协助乳酸菌黏附在肠壁绒毛上，同时提供菌体复活时立即可以使用之营养，藉此繁殖增加数量。所以其功能除了控制释放活菌速度外，还兼顾提供营养，而且此等包覆层能有效隔离乳酸菌与外界直接接触，对温度以及空气中水分较不敏感，因此活菌浓度可以维持又高又久。

DUOLAC 的稳定度加速试验结果如图3，在40℃、湿度70%的加速试验环境中，35d 后，DULAC 乳酸菌活菌数只降低1~2个对数，但一般未经包埋的乳酸菌，却至少损失3~4个对数以上，存活率极低。

由于有双层保护，除了上述耐久存、耐酸等特性外，DUOLAC 乳酸菌还有优越的热稳定性，详见表1，可以忍受更严苛的后加工程序，应用范围更加广泛，以打锭为例，高温高压(3.1-3.5Kg/cm2) 再加工过程中，DUOLAC 乳酸菌打锭后存活率仍可维持50%以上。因此可说是目前市面上保持益生菌活性效果最好的技术，获得多项世界专利。

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《广州食品工业科技》

圖1 DUOLAC耐酸度

100存活率%

8060402000

30

60

90

“益生菌、益生元与健康”研讨会论文集

Vol.19.增刊(总77)

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時間 (分)

在人工胃酸溶液(pH=2.1) 中之存活率

圖2 DUOLAC耐膽鹽度

30

60

90

120

時間（分）in 0.5% Oxgall Solution

圖3 DUOLAC穩定性

加利亚乳杆菌发酵而成，本身即含有大量的乳酸菌，

但嗜热乳杆菌是一种相当不耐酸的菌种，无法通过胃酸的侵蚀，至于保加利亚乳杆菌，即使耐酸性远较嗜热乳杆菌强，但大都也无法到达肠道（Accott and Labuza, 1972）。为了增加酸奶对人体保健上的功效，目前最流行的做法就是生产含益生菌的保健酸奶，常用的益生菌包括：双歧杆菌、嗜酸乳杆菌、酸酪乳杆菌等，这些都是经过证明可以在人体肠道定殖的乳酸菌种，嗜热乳杆菌及保加利亚乳杆菌则否。

生产含益生菌保健酸奶的方法有两种，一种是以含益生菌的发酵型菌种直接发酵，另一种则是采后添加方式，酸奶发酵完成后再添加适量的益生菌。直接发酵型保健酸奶菌种，由于会改变酸奶传统风味，制程又与一般酸奶不同，因此较少厂家采用，一般都采用后添加方式。采用后添加方式，虽然设备、操作上比较简易而且成本较低，但要特别注意，必须慎选适当的益生菌，因为液态环境对乳酸菌而言，不是适当的储存环境，而且酸奶pH 值一般都在3.5~4.0左右，更不利益生菌的生存。DUOLAC 双层包埋乳酸菌可以说是最适合运用在后添加型保健酸奶，由于特殊包埋层作用，DUOLAC 在酸奶中会呈现凝集现象，充分保护凝集层内的乳酸菌，再加上原有双层包埋的保护效果，活性特别稳定，如图4。DUOLAC 随着酸奶进入人体后，由于胃酸作用，凝集现象仍然持续，直到小肠后，由于pH 值上升，凝集现象逐渐消失，包埋层随之溶解，释出乳酸菌在肠道产生功效、如图5。

L o g c f u /g

表1 DUOLAC热稳定度

存活率(%)

温度/时间（分）

嗜酸乳杆菌存活率长双岐乳杆 (cfu/g)

(%)

菌(cfu/g)

50/00 100x10(9) 100 100x10(9) 100 50/20 60x10(9) 60 30x10(9) 30 50/60 57x10(9) 57 15x10(9) 15 60/20 42x10(9) 42 20x10(9) 20 60/60 32x10(9) 32 15x10(9) 15

图4 DUOLAC双层包埋乳酸菌在酸奶中之活性

4 双层包埋乳酸菌的应用

4.1 在发酵乳制品中的应用

DUOLAC 双层包埋乳酸菌由于稳定性特佳，商业上可运用的范围十分广泛，目前市面上除了保健食品以外，包括酸奶、奶粉、果汁、糖果、巧克力、面包、饼干等也都有实际运用的商品，其中又以酸奶添加为最大宗。酸奶是以奶品为原料，利用嗜热乳杆菌及保

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pH=4 pH=6 pH=7 图5 双层包埋乳酸菌随pH值变化产生之凝集及分散现象

4.2 在其它各种食品中的应用

DUOLAC 双层包埋乳酸菌，稳定性远优于一般未经包埋的乳酸菌，除了可以在储架期间保持活性稳定

外，也充分扩张益生菌的应用范围: 4.2.1 奶粉

人类胃肠道之菌相十分复杂，并且因人而异，同时菌相也会因年龄、食物、药物、胃酸浓度以及胃肠道状态等因素而改变。以母乳哺育之婴儿，经哺乳后，益生菌数明显上升，但以奶粉哺育之婴儿，体内的益生菌尤其是双歧杆菌数量远较喂食母乳者少。断乳后，幼儿肠内菌群与成年人肠内菌群相同，此阶段间呈一较稳定菌相。一旦迈入老年期或罹患疾病，肠道益菌就会大量减少，相对的，肠道害菌如梭状芽包菌则会明显增加。所以要维持健康，就必须藉由摄取足够的益生菌来改善肠内菌相。奶粉业者常会添加益生菌在其婴幼儿奶粉、儿童成长奶粉或针对病人、老年人之特殊营养奶粉中，以补充体内的益生菌数。但一般消费者对奶粉的食用习惯，例如奶粉罐盖开合频繁或未充分密合、以热水冲泡等，都对乳酸菌的存活有很大影响，因应这些不利因素，DUOLAC 双层包埋乳酸菌可说是最好的选择。 4.2.2 果汁

在果汁中添加益生菌，除了果汁原有的功效外，又增加了酸奶的保健功能，一举两得。台湾、日本或其它地方均有所谓“活果汁“的产品诉求，吸引消费者极大注意。然而，在果汁内添加乳酸菌，首先必须注意，新鲜冷藏型果汁才可适用，保久型果汁则否，另外必须选择有经过特殊包埋的乳酸菌，否则容易造成果汁发酵、风味改变。 4.2.3 休闲食品

糖果、巧克力、口香糖、饼干、蛋糕等也能附加保健功能，这是休闲食品发展的一个新趋势。过去，由于未经包埋乳酸菌的稳定性不够，再加工范围十分有限，因此休闲食品很少运用乳酸菌，但自有了特殊包埋乳酸菌，目前在市面上已可看到针对儿童开发的活菌软糖、巧克力，也有强调添加乳酸菌的口香糖、饼干、蛋糕等，在市场颇获好评。

实务应用上，休闲食品中添加乳酸菌，除了必须选择耐热、耐加工的乳酸菌外，生产过程中还必须特别注意在适当时机添加乳酸菌，例如烘焙食品如饼干、蛋糕等，即使DUOLAC 双层包埋乳酸菌耐热，但也必须在烘焙后才能添加。

5 乳酸菌代谢产物-乳酸菌素应用

乳酸菌本身除了对人体有健胃整肠功能外, 其代谢过程中会产生许多有益物质，利用发酵产制具特殊功能的乳酸菌素最近引起科技产业界极大注意。由于

乳酸菌素性质稳定，不受加工条件之限制，所以应用范围更是广泛, 包括发酵乳品、保健食品、化妆品及食品保鲜等。

乳酸菌素的抗菌功能主要是利用其蛋白质结构上不同部位有不同的电价, 具有类似清洁剂功能, 可造成指标菌细胞膜结构部份改变, 一般而言，其杀菌机制是先吸附在指标菌的细胞膜上、再侵入膜内而形成通透孔道, 以引起胞内重要物质如A TP 、K + 等之流失或生化反应障碍, 而导致指标菌死亡。乳酸菌素的功能类似抗菌素, 但作用机制不同, 具专一性，完全不产生抗药性及毒性, 而且不易被小肠中胰蛋白脢破坏, 可有效抑制病原菌的生长。

有鉴于乳酸菌素之广用性及高效性, 业者特别引进一系列不同用途的乳酸菌素产品; 其中最特殊的是专门针对幽门螺杆菌的乳酸菌代谢产物：SAFELAC 。幽门螺杆菌是引起慢性胃炎及消化道溃疡最主要的元凶，感染率及复发率均居高不下，治疗一般都会结合抗菌素，对人体产生残留、抗药等副作用。经实验证明，SAFELAC 针对幽门杆菌有明显的抑制、杀菌效果，乳酸菌代谢产物又是美国FDA 归类为公认安全食品(GRAS)，对有意开发健胃整肠保健食品的厂商，结合乳酸菌及SAFELAC 是一项很好的题材。系列产品中还包括抗大肠杆菌、抗沙门氏菌、抗志贺氏菌、抗李氏特杆菌及抗痤疮杆菌的特殊乳酸菌素，可应用在一般食品、保健食品、药品或化妆品。

表2 乳酸菌素产品及应用

商品名 SAFELAC

指标细菌及应用

幽门螺旋杆菌/李氏杆菌：保健食品、饮料、发酵乳品

Prolac-A 沙门氏杆菌：肠炎保健食品、饮料、发酵乳品 Prolac-L 沙门氏杆菌：肠炎保健食品、饮料、发酵乳品 Lactopad 痤疮杆菌：抗粉刺、抗面疱美容化妆品 Lactocin-W

沙门氏杆菌, 大肠杆菌, 李氏杆菌：保健食品、饮料、奶酪、火腿、其它食品天然防腐剂

5.1 Safelac的制作

乳酸菌发酵→发酵液收成→上层液回收及超过滤、奈米过滤→杀菌→流体床干燥及包装

发酵菌种：乳酸球菌 Lactococcus lactis-CBT 8 指标菌：李氏杆菌 Listeria monocytogenes ；

幽门杆菌 Helicobacter pylori 抗菌活性：SAFELAC: 16,000 AU/g；

AU : Arbitrary Unit

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图6 SAFELAC发酵曲线

用后感染；D: 感染后服用；E: 感染与服用同时

样品服用量SAFELAC(50Au/Day)

H.pylori infection on mongolian Gerbil model

5.3 SAFELAC稳定性

酵素测试

Enzyme (3mg/ml) Residual activity (AU/ml)

Control 16,000 Trysin 8,000 Lysozyme 16,000 B-amylase 16,000 Lipase 16,000 耐胃酸测试 Artificial Gastric Juice ( pH 2.1, pepsin 3.2mg/ml)

Time (min) Residual activity (AU/ml)

0 16,000 30 16,000 60 16,000 90 8,000

120 8,000

pH稳定测试

pH Residual activity (AU/ml) 4 9,600 5 9,600 6 9,600 7 9,600 8 9,600 9 9,600

热稳定度测试

5.2 SAFELAC的功效

图7 SAFELAC抗幽门罗杆菌效果

A: 未感染& 未服用( ELISA 参考值: 1)；B: 感染；C: 服

Residual activity (AU/ml) Temperature (℃, min)

Control 9,600 70/20 9,600 80/20 9,600 90/20 9,600 100/20 9,600 121/15 4,800

New Technology Development of Lactic Acid Bacteria in Food Industry

William Chang1, Ben Chiu 2

（1.Lytone Enterprise, Inc.） （2.M&S Industries, Ltd.）

Abstract: Natural lactic acid bacteria (LAB) are fragile microorganisms that could not survive for long during storage. Various technologies have been proposed since 1970’s for preservation of bacterial viability. Most of them are still unstable against food processing conditions. A new technology recently has been developed to resolve this problem. LAB of various species have been produced as double coated dry powder that could serve both as a controlled release formulation, as well as extraordinarily stable health food ingredient. The bacteria were coated first with a layer of natural protein, and then wrapped with a layer of natural food grade polysaccharide. The double coated LAB (Named Duolac by the manufacturer) was highly stable so that it could be added into acidic drinks such as yogurt, fruit juice etc. without losing viability of the culture. It also has been applied in milk powder, chocolate, cookie, chewing gum, chewable tablets and ice creams with a shelf-life stability of over 6 months, conferring nutraceutical attributes to conventional food items.

Key words: lactic acid bacteria 54