益生菌微膠囊包埋方式的研究進展

楊 暢 ，馮志寬 ，李洪亮 ，3，吳秀英 ，李樹森

（1.蒙牛高科乳制品（北京）有限責任公司，北京 101100；2.內蒙古蒙牛乳業（集團）股份有限公司，內蒙古呼和浩特 011500；3.蒙牛乳業（北京）有限責任公司，北京 101100）

益生菌（Probiotics） 是一類能夠改善宿主腸內微生物平衡，并對宿主產生正面效益的微生物[1]。可以改善乳糖不耐受人群對乳類營養物質的攝入，并通過調節人體腸道菌群的組成來提高人體免疫力[2]。但在實際應用過程中，益生菌常常因為胃酸和膽汁的作用，在進入人體腸道后活性降低甚至消失而無法發揮其作用[3-4]。因此，必須通過一些方法提高益生菌在腸道中的存活率。微膠囊包埋技術[5]的出現很好地解決了這一問題，利用微膠囊包埋技術可以將益生菌包埋在壁材溶液中，增強益生菌對外界不良環境的抵抗能力，控制益生菌的釋放時間和釋放位置，從而提高益生菌的存活率[6]。微膠囊的包埋方法與包埋效果兩者關系密切，目前比較常見的包埋方法包括單層法、雙層法和三層法。對不同包埋方法及其包埋效果進行了總結和分析，以期為更好地應用微膠囊包埋技術提供一定的參考價值。

1 單層法包埋

單層法包埋的主要壁材為海藻酸鈉和氯化鈣，根據不同的功能特性要求，在此基礎上添加其他輔助材料。韓建春等人[7]將海藻酸鈉與亞麻籽膠混合后再與益生菌進行混合，之后添加1.5%的氯化鈣溶液進行鈣化，形成的凝膠球在pH值5.5的殼聚糖溶液中成膜，經過包埋處理的益生菌，在腸道消化后仍具有108CFU/mL的活菌數，對腸道致病菌的抑制作用明顯提升。張和平等人[8]以海藻酸鈉作為壁材，以葡萄糖醛酸內酯（GDL）作為誘導劑，對其分離的菌株干酪乳桿菌進行了包埋。結果發現，與未經包埋的菌株相比，包埋后的菌株活性可提高約40%。Holkem A T等人[9]以海藻酸鈉作為壁材，緩慢滴加氯化鈣溶液形成包埋層。結果發現，包埋的BB-12活性益生菌在7℃和25℃條件下貯存120 d后，活性有所降低，而在-18℃下儲存的包埋益生菌活性仍保持在1×107CFU/g以上。此外，也有一些性能獨特的包埋材料，如蘇日佳等人[10]將甘油、聚乙烯吡咯烷酮、聚乙二醇等按比例進行混合，對雙歧桿菌進行了包埋處理。結果發現，包埋后的雙歧桿菌在常溫下仍具有較高的活性，在37℃下放置4個月后活性仍高于1×109CFU/g。肖調義等人[11]用多孔淀粉、乳清粉和海藻糖混合后形成的包埋層對乳酸菌和酵母菌進行了包埋，包埋后活菌數可達到1×1010CFU/g，生產工藝簡單、成本較低。陳俊杰[12]以純谷物作為包埋材料，通過谷物自乳化后與菌液進行混合，之后冷凍干燥制成微粒粉末，該包埋方式制得的產品可直接食用。單層包埋法相較于未經包埋的菌株而言，存儲期的穩定性有了較為明顯的提高，但單層包埋的缺陷也較為明顯，在包埋過程和冷凍干燥過程中，菌粉或菌液容易附著到包埋層外壁[13]，造成菌株原料的浪費和帶來微生物污染的風險。

2 雙層法包埋

雙層法包埋主要基于單層法包埋冷凍干燥過程中的損失進行改進設計，通過加入適量的凍干保護劑來提高包埋菌種在凍干過程中的存活率。相較于同類壁材的單層包埋菌種而言，雙層法對菌種的保護力度更強。如李燕等人[14]以海藻酸鈉和氯化鈉制備了包埋壁材，對嗜熱鏈球菌進行了包埋處理，之后再添加到殼聚糖鹽酸鹽中進行雙層包埋。結果發現，單層包埋后，冷凍干燥嗜熱鏈球菌的存活率為37.54%，而加入殼聚糖的雙層包埋方式，經過冷凍干燥后，嗜熱鏈球菌的存活率最高可達82.54%。劉會平等人[15]以微孔淀粉作為內層包埋材料，對干酪乳桿菌溶液進行吸附并干燥，之后再利用海藻酸鈉與氯化鈣發生離子交換反應形成的海藻酸鈣作為外包埋層，所制得的微膠囊具有較強的耐酸性、耐膽鹽能力和穩定的貯存能力，4℃下貯存1個月，菌落總數仍保持在109CFU/g以上。王翀等人[16]將β-環糊精和羥丙基甲基纖維素以一定比例混合作為包埋益生菌的內芯，之后再添加一定量的玉米糊精和阿拉伯膠作為包埋的壁材，形成雙層的包埋結構后，再用流化床設備對其表面噴涂卵磷脂。結果表明，在該包埋方式下，包埋率可達90%以上，活菌數為1×109～1×1010CFU/g，且經過80～90℃高溫加熱3 min后，仍可保持1×107CFU/g以上的菌株活性。陳合等人[17]將雙歧桿菌的菌懸液和含有益生元的海藻酸鈉溶液進行混合，并用壓力噴嘴將混合溶液擠壓到含乳化劑的大豆油中，靜置分層后，收集下層膠囊球，之后再制備殼聚糖和瓜爾膠組成的壁材，并對膠囊球進行二次包埋，由此制得的雙層包埋結構更穩定，且殼聚糖具有很好的腸溶性，可以確保包埋顆粒在腸道中的有效釋放。雙層包埋雖然在一定程度上可以抑制菌粉或菌液的泄露，但是仍無法完全做到在腸道中的緩控釋，包埋的菌粉往往還未到達腸道就已被分解而失去活性。

3 三層法包埋

三層法包埋相對于單層法和雙層法而言，優勢主要體現在其包埋的堅固性和更強的耐胃酸性，尤其以W-O-W包埋方法最為常見。崔云龍[18]以轉谷氨酰胺酶交聯后的蛋白質對益生菌進行包埋，作為包埋層的第1層；第2層則是添加氫化油脂包覆；第3層為可控釋的包衣材料。通過該方法獲得的包埋益生菌可實現靶向給藥，既可以延長益生菌在室溫下的保存時間，也可避免胃液的消化作用，順利到達腸道器官發揮作用，實現靶向給藥的效果。肖雯娟[19]同樣以3層的方式對益生菌進行了包埋，其中第1層為脫脂乳粉、谷氨酸鈉、乳糖、甘油及聚乙烯吡咯烷酮的混合物；第2層為酪蛋白、大豆分離蛋白、殼聚糖、低聚異麥芽糖、氫化植物油的混合物；第3層為海藻酸鈉、卡拉膠和氯化鈣的混合物。該方法的目的同樣是實現靶向給藥。柳永等人[20]則是對干酪乳桿菌進行了包埋，第1層為水溶性凝膠，包含卡拉膠、葡萄糖、酵母抽提物和乳酸；第2層為斯潘-80和棕櫚油；第3層為海藻酸鈉、碳酸鈣和黃原膠的混合物。包埋后的干酪乳桿菌菌數達到1×1011CFU/mL，且85℃加熱3 min后，活菌數仍能保持在4.1×1010CFU/mL，25℃下密封貯存60 d，剩余活菌數為7.2×1010CFU/mL。對其在胃液和腸液中的釋放情況進行考查可以發現，干酪乳桿菌在胃液中的釋放量僅為14.7%，在腸液中的釋放可達到95.9%，實現了菌種的靶向釋放。三層包埋法在菌體靶向緩控釋方面明顯優于單層法和雙層法，但由于工藝的復雜性和包埋層厚度的穩定性難以控制，較難實現工業化的應用。

4 結語

益生菌經過胃液消化后，到達腸道時往往具有極低的活性或不再具有活性，將包埋技術應用于益生菌后，不僅實現了益生菌的長效保存，同時可實現益生菌在腸道中活性的維持，為益生菌的應用提供了新的途徑。但是，一方面，活菌包埋時，菌種需要與包埋物進行混合，存在著泄露和交叉污染的風險；另一方面，多層包埋的方式對生產設備的要求較高，且多層包埋后的緩控釋程度較難控制，也是影響益生菌微膠囊發展的主要因素之一。未來微包埋的發展方向可從以下幾個方面展開：其一，開發創新包埋材料，尤其是具有良好柔性結構和耐酸特性的材料；其二，改進現有包埋設備，提高包埋率，減少因包埋不完全導致的交叉污染；其三，提升傳統包埋工藝，開發壁厚均一、外觀透明的微膠囊結構。