CN105533684A - 以抗性淀粉为壁材的肠道益生菌微胶囊及制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于食品生物技术领域，具体涉及一种以抗性淀粉为壁材的肠道益生菌微胶囊及制备方法。该微胶囊以抗性淀粉为壁材、以肠道益生菌为芯材，通过将菌种活化和扩大培养，将提取的菌体与抗性淀粉混合，加入乳化剂和保护剂，均质后进行冷冻喷雾干燥得到所述微胶囊。本发明以抗性淀粉为壁材，使微胶囊经过胃和小肠时芯材可以被保护而不会被胃液和小肠降解，达到在大肠释放益生菌的目的；而且通过本方法制备的微胶囊分散性和溶解性好，菌体成活率高，有较长的保质期和良好的贮存稳定性。
Description
技术领域
本发明属于食品生物技术领域，具体涉及一种以抗性淀粉为壁材的肠道益生菌微胶囊及制备方法。
背景技术
微胶囊技术是一种利用壁材将芯材包囊形成粒径为0.2～5000um具有半透明或密封囊膜的技术。微胶囊技术开始发明于上世纪30年代初，经过近几十年的发展已成的一种用途广泛发展迅速的技术，在医药、食品、生物技术等领域已得到成功的应用，且其应用领域不断扩大。
近年来，随着人们对环境、生态和可持续发展等问题的意识不断增强，使用环保型微胶囊壁材成为当今重要的研究方向，以淀粉基为原料的微胶囊壁材更被人们广泛应用，但作为微胶囊的壁材应具有良好的成膜性和乳化稳定性，并且具有较高的固形物含量和较低的黏度。目前虽然有多种淀粉深加工产品已被用于微胶囊壁材，但其性能还不尽如人意，有些产品乳化性较好，但成膜性较差、固形物含量较低；而另外一些产品虽然具有抑制芯材的释放、抗氧化性强等功能，但乳化性较差，形成的乳状液不稳定。抗性淀粉是一种不能在人体小肠中消化，而可以在大肠中被微生物菌丛发酵或部分发酵的淀粉，在体外试验中，抗性淀粉的定义是:不能被α-淀粉酶消化的淀粉。
“益生菌”被定义为活的微生物，这种微生物经口服足够数量后会改善宿主肠道微生物的平衡，进而对宿主健康产生有益影响。通常作为益生菌的菌种多为乳酸菌(如嗜酸乳杆菌、双歧杆菌等)，一些酵母菌也被归为益生菌的范畴。许多益生菌株在胃肠道内可产生消化酶，这些酶可帮助人体更好地消化所摄入的食品及吸收食品中的营养成分；益生菌还可竞争性抑制有害微生物吸收营养物质及进入血液循环系统；益生菌能产生维生素包括泛酸、尼克酸、B1、B2、B6及维生素K等同时能产生短链脂肪酸、抗氧化剂、氨基酸等等对骨骼成长和心脏健康有重要作用，但是益生菌活性的保持一直是限制其应用和功能的关键因素。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种以抗性淀粉为壁材的肠道益生菌微胶囊及制备方法，通过抗性淀粉为壁材保护作为芯材的大肠肠道益生菌顺利通过上消化道到达大肠，在大肠中发酵发挥其益生菌功能。
本发明是这样实现的，根据本发明的一个方面，提供了以抗性淀粉为壁材的肠道益生菌微胶囊，其以抗性淀粉为壁材、以肠道益生菌为芯材。
进一步地，作为壁材的抗性淀粉为第I、II、III、IV类抗性淀粉中的一种或多种，作为芯材的肠道益生菌为双歧杆菌、乳杆菌和乳酸菌中的一种或多种。
根据本发明的另外一个方面，提供了以抗性淀粉为壁材的肠道益生菌微胶囊的制备方法，包括如下步骤：
1)菌种的活化、扩大培养和菌体提取，将菌种单菌落接种于种子培养基上，厌氧静置活化20-30h，将活化后的菌种接种于MRS液体培养基发酵罐中厌氧静置扩大培养20-30h，收集菌液在4500rpm下离心18-22min，弃去上清液，将菌体在35-45℃下干燥10-15h；
2)混合乳状液的配置，以含量60-90％的抗性淀粉为壁材原料，将菌体和抗性淀粉按1:3的质量比混合，添加乳化剂、保护剂配置成为混合乳状液；
3)均质，将步骤2)中的混合乳状液置于均质机中均质；
4)冷冻喷雾干燥，将步骤3)中均质后的混合乳状液进行冷冻喷雾干燥，得到微胶囊干粉颗粒。
进一步地，步骤1)中得到的菌体活菌数为1013-1014CFU/g。
进一步地，抗性淀粉是以普鲁兰酶酶解玉米淀粉而制备的，包括如下步骤：
a)抗性淀粉预样的制备，以质量分数10-20％的玉米淀粉为原料，加入40U/g的普鲁兰酶在55-65℃下酶解8-12h，取酶解液在110-130℃下烘干25-35min，4℃下储存20-30h，冷冻干燥后得到抗性淀粉预样；
b)抗性淀粉壁材乳的制备，在步骤a)中的抗性淀粉预样中加入10mg/mL的胰α-淀粉酶和3IU/mL的AGM(淀粉葡糖苷酶)，充分混匀，再置于37℃水浴摇床中酶解10-20h，所得样液用体积分数50％的乙醇洗涤两次、用蒸馏水洗涤两次得到抗性淀粉壁材乳。
进一步地，乳化剂为海藻酸钠或氯化钙中的一种。
进一步地，保护剂为胶原蛋白或胶原蛋白、甘油混合物中的一种。
进一步地，混合乳状液中固形物含量为25-50％。
进一步地，步骤3)中均质压力为10-20MP、均质时间为10-20min。
进一步地，步骤4)冷冻干燥程序为：-60℃冷冻5h→2h内逐渐升高到-50℃→2h内逐渐升高到-30℃维持20h→2h内逐渐升高到0℃维持10h，→2h内缓慢升高到10℃维持10h。
与现有技术相比，本发明的优点在于，以抗性淀粉为壁材的微胶囊产品经过胃和小肠时芯材可以被保护而不会被胃液和小肠降解，可达到在大肠释放益生菌的目的，使大肠肠道益生菌在大肠发挥其功能；而且通过本方法制备的微胶囊分散性和溶解性好，菌体成活率高，有较长的保质期和良好的贮存稳定性。
附图说明
下面结合附图及实施方式对本发明作进一步详细的说明：
图1为本发明提供的以抗性淀粉为壁材的肠道益生菌微胶囊制备方法流程图；
图2为双歧杆菌冻干粉与本发明制备的微胶囊在4℃、20℃下随着保存时间增加活菌数的变化趋势图(▉：双歧杆菌冻干粉20℃下活菌数变化趋势图；●：微胶囊20℃下活菌数变化趋势图；▲：双歧杆菌冻干粉4℃下活菌数变化趋势图；▼：微胶囊4℃下活菌数变化趋势图)。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面结合附图实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。
为了能够利用微胶囊将大肠肠道益生菌定向大肠运输，防止微胶囊在胃、小肠等上消化道中被消化液分解，本发明提供了一种以抗性淀粉为壁材的肠道益生菌微胶囊及制备方法，参考图1为本方法的流程图，本方法利用抗性淀粉的特性实现了微胶囊的定向运输。
实施例1
普鲁兰酶酶解玉米淀粉制备抗性淀粉：
a)抗性淀粉预样的制备，以质量分数10％的玉米淀粉为原料，加入40U/g的普鲁兰酶在55℃下酶解8h，取酶解液在110℃下烘干25min，4℃下储存20h，冷冻干燥后得到抗性淀粉预样；
b)抗性淀粉壁材乳的制备，在步骤a)中的抗性淀粉预样中加入10mg/mL的胰α-淀粉酶和3IU/mL的AGM，放在涡旋机上充分混匀，再置于37℃水浴摇床中酶解10h，所得样液用体积分数50％的乙醇洗涤两次、用蒸馏水洗涤两次得到抗性淀粉壁材乳；
微胶囊的制备：
1)双歧杆菌菌种的活化、扩大培养和菌体提取，将菌种单菌落接种于种子培养基上，厌氧静置活化20h，将活化后的菌种接种于MRS液体培养基发酵罐中厌氧静置扩大培养20h，收集菌液在4500rpm下离心18min，弃去上清液，将菌体在35℃下干燥10h；
2)混合乳状液的配置，将菌体和上述抗性淀粉壁材乳按1:3的质量比混合，添加体积分数0.5％的海藻酸钠作为乳化剂，保护剂为胶原蛋白，胶原蛋白加入量与菌体、抗性淀粉质量和的比为1:5，配置成为混合乳状液；
3)均质，将步骤2)中的混合乳状液置于均质机中均质，均质压力10MP，均质时间10min；
4)冷冻喷雾干燥，将步骤3)中均质后的混合乳状液进行冷冻喷雾干燥，冷冻干燥程序为：-60℃冷冻5h→2h内逐渐升高到-50℃→2h内逐渐升高到-30℃维持20h→2h内逐渐升高到0℃维持10h→2h内缓慢升高到10℃维持10h，得到微胶囊干粉颗粒。
实施例2
普鲁兰酶酶解玉米淀粉制备抗性淀粉：
a)抗性淀粉预样的制备，以质量分数20％的玉米淀粉为原料，加入40U/g的普鲁兰酶在65℃下酶解12h，取酶解液在130℃下烘干35min，4℃下储存30h，冷冻干燥后得到抗性淀粉预样；
b)抗性淀粉壁材乳的制备，在步骤a)中的抗性淀粉预样中加入10mg/mL的胰α-淀粉酶和3IU/mL的AGM，放在涡旋机上充分混匀，再置于37℃水浴摇床中酶解20h，所得样液用体积分数50％的乙醇洗涤两次、用蒸馏水洗涤两次得到抗性淀粉壁材乳；
微胶囊的制备：
1)双歧杆菌菌种的活化、扩大培养和菌体提取，将菌种单菌落接种于种子培养基上，厌氧静置活化30h，将活化后的菌种接种于MRS液体培养基发酵罐中厌氧静置扩大培养30h，收集菌液在4500rpm下离心22min，弃去上清液，将菌体在45℃下干燥15h；
2)混合乳状液的配置，将菌体和上述抗性淀粉壁材乳按1:3的质量比混合，添加体积分数2％的海藻酸钠作为乳化剂，保护剂为胶原蛋白和甘油质量比2:1的混合物，保护剂加入量与菌体、抗性淀粉质量和的比为3:5，配置成为混合乳状液；
3)均质，将步骤2)中的混合乳状液置于均质机中均质，均质压力20MP，均质时间20min；
4)冷冻喷雾干燥，将步骤3)中均质后的混合乳状液进行冷冻喷雾干燥，冷冻干燥程序与实施例1中相同，得到微胶囊干粉颗粒。
实施例3
以市售抗性淀粉为壁材原料
1)双歧杆菌菌种的活化、扩大培养和菌体提取，将菌种单菌落接种于种子培养基上，厌氧静置活化25h，将活化后的菌种接种于MRS液体培养基发酵罐中厌氧静置扩大培养25h，收集菌液在4500rpm下离心20min，弃去上清液，将菌体在40℃下干燥12h；
2)混合乳状液的配置，以含量70％的市售抗性淀粉为壁材原料，将菌体和抗性淀粉按1:3的质量比混合，添加菌体、抗性淀粉质量和2％的0.1mol/L的氯化钙乳化剂，保护剂为胶原带白，加入量与菌体、抗性淀粉质量和的比为1:9，配置成为混合乳状液；
3)均质，将步骤2)中的混合乳状液置于均质机中均质，均质压力为15MP，时间为15min；
4)冷冻喷雾干燥，将步骤3)中均质后的混合乳状液进行冷冻喷雾干燥，，冷冻干燥程序与实施例1相同，得到微胶囊干粉颗粒。
指标检测：
对实施例1、2、3中制备的微胶囊的包埋率、微胶囊颗粒直径和活菌量进行检测，结果如下表：
由上表可知，实施例1、2、3制备的微胶囊均有较高的包埋率，且符合瑞士和国际乳联标准化委员会规定的益生菌产品中双歧杆菌的活菌数要大于106CFU/g或106CFU/mL的活性要求。
微胶囊耐贮存性检测：
将冻干双歧杆菌菌粉和实施例1制备的微胶囊在分别在20℃、4℃条件下贮存，在六个月内每隔20天取样检测菌体的存活情况。结果如图2所示，结果发现，抗性淀粉作为壁材有效地延长了微胶囊的贮藏期，在常温20℃条件下，双歧杆菌活菌数活性下降缓慢，180天后仍能保持约107CFU/g的活菌量，在4℃贮存条件下，冻干菌粉活性下降也很缓慢，但微胶囊化后，在前80天双歧杆菌活菌量几乎保持不变，能有效保护双歧杆菌的活性。
Claims (10)
1.以抗性淀粉为壁材的肠道益生菌微胶囊，其特征在于，所述微胶囊以抗性淀粉为壁材、以肠道益生菌为芯材。
2.根据权利要求1所述的以抗性淀粉为壁材的肠道益生菌微胶囊，其特征在于，所述抗性淀粉为第I、II、III、IV类抗性淀粉中的一种或多种，所述肠道益生菌为双歧杆菌、乳杆菌和乳酸菌中的一种或多种。
3.根据权利要求1或2任一所述的以抗性淀粉为壁材的肠道益生菌微胶囊的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
1)菌种的活化、扩大培养和菌体提取，将菌种单菌落接种于种子培养基上，厌氧静置活化20-30h，将活化后的菌种接种于MRS液体培养基发酵罐中厌氧静置扩大培养20-30h，收集菌液在4500rpm下离心18-22min，弃去上清液，将菌体在35-45℃下干燥10-15h；
2)混合乳状液的配置，以含量60-90％的抗性淀粉为壁材原料，将菌体和抗性淀粉按1:3的质量比混合，添加乳化剂、保护剂配置成为混合乳状液；
3)均质，将步骤2)中的混合乳状液置于均质机中均质；
4)冷冻喷雾干燥，将步骤3)中均质后的混合乳状液进行冷冻喷雾干燥，得到微胶囊干粉颗粒。
4.根据权利要求3所述的以抗性淀粉为壁材的肠道益生菌微胶囊的制备方法，其特征在于，步骤1)中得到的菌体活菌数为1013-1014CFU/g。
5.根据权利要求3所述的以抗性淀粉为壁材的肠道益生菌微胶囊的制备方法，其特征在于，所述抗性淀粉是以普鲁兰酶酶解玉米淀粉而制备的，包括如下步骤：
a)抗性淀粉预样的制备，以质量分数10-20％的玉米淀粉为原料，加入40U/g的普鲁兰酶在55-65℃下酶解8-12h，取酶解液在110-130℃下烘干25-35min，4℃下储存20-30h，冷冻干燥后得到抗性淀粉预样；
b)抗性淀粉壁材乳的制备，在步骤a)中的抗性淀粉预样中加入10mg/mL的胰α-淀粉酶和3IU/mL的AGM，充分混匀，再置于37℃水浴摇床中酶解10-20h，所得样液用体积分数50％的乙醇洗涤两次、用蒸馏水洗涤两次得到抗性淀粉壁材乳。
6.根据权利要求3所述的以抗性淀粉为壁材的肠道益生菌微胶囊的制备方法，其特征在于，所述乳化剂为海藻酸钠或氯化钙中的一种。
7.根据权利要求3所述的以抗性淀粉为壁材的肠道益生菌微胶囊的制备方法，其特征在于，所述保护剂为胶原蛋白或胶原蛋白、甘油混合物中的一种。
8.根据权利要求3所述的以抗性淀粉为壁材的肠道益生菌微胶囊的制备方法，其特征在于，所述混合乳状液中固形物含量为25-50％。
9.根据权利要求3所述的以抗性淀粉为壁材的肠道益生菌微胶囊的制备方法，其特征在于，步骤3)中均质压力为10-20MP、均质时间为10-20min。
10.根据权利要求3所述的以抗性淀粉为壁材的肠道益生菌微胶囊的制备方法，其特征在于，步骤4)冷冻干燥程序为：-60℃冷冻5h→2h内逐渐升高到-50℃→2h内逐渐升高到-30℃维持20h→2h内逐渐升高到0℃维持10h→2h升高到10℃维持10h。
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