CN109749972A - 一种菌剂喷雾干燥保护剂及其应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种菌剂喷雾干燥保护剂及其应用。本发明使用的喷雾干燥保护剂中的主要成分为处理过的豆渣。将新鲜豆渣经过烘干、研磨与过筛后加入发酵液中混合均匀，进行喷雾干燥。本发明使用的微生物包括地衣芽孢杆菌（Bacillus licheniformis），保藏号CGMCC No.1.265；枯草芽孢杆菌（Bacillus subtilis），保藏号CGMCC No.13932；丁酸梭菌（Clostridium butyricum)，保藏号CGMCC No.1.5205。使用处理过的豆渣作为喷雾干燥保护剂能提高菌剂的活菌数，且豆渣的利用可以减少废弃物的排放，保护环境，变废为宝，降低成本。
Description
技术领域
本发明涉及喷雾干燥保护剂领域，具体涉及一种菌剂喷雾干燥保护剂及其应用。
技术背景
目前，国际上菌剂的制备一般采用冷冻干燥或喷雾干燥，其中前者使用较多。冷冻干燥又称升华干燥，是指在低温条件下物料中的水转变为冰，较高真空下冰升华为蒸汽以达到物料干燥的目的。冷冻干燥热量消耗少，能最大程度地保持物料的物理结构和化学结构的完整。然而冷冻干燥单次处理量少，成本较高，不能够广泛使用。
喷雾干燥是将稀料在干燥室中进行雾化后，与热空气接触，水分在此过程中迅速汽化，得到干燥产品。与冷冻干燥相比，喷雾干燥具有工艺简便、操作简单、易于控制、成本低廉等优点，适合大规模工业化生产。然而由于喷雾干燥过程中使用的温度较高，菌体会有一定程度的损失。喷雾干燥过程中造成益生菌失活的因素很多，包括：由高温带来的热胁迫、由水分流失带来的渗透压胁迫、接触空气中氧气的氧化胁迫、细胞内pH值的增加和由于水分流失引起细胞内的盐浓度增大等等，其中菌体受到的热损伤和脱水损伤通常认为是造成菌体失活最主要的两个因素。有研究表明，保护剂的持水性会对喷雾干燥所得菌剂的活菌数与存活率有影响，持水性较高的保护剂效果更好。且保护剂中的蛋白质凝聚物在干燥过程中紧密包裹在菌体周围，对细胞产生稳定作用，避免了干燥后期的热损伤。
目前常用的喷雾干燥保护剂有脱脂乳粉、明胶、阿拉伯胶、谷氨酸钠、淀粉等，其中公认保护效果最好的是脱脂乳粉，有报道表明单一使用脱脂乳粉作为保护剂时，喷雾干燥所得菌剂中的活菌数可达到约50%。但是脱脂乳粉等存在着成本过高的问题，一定程度上会限制喷雾干燥在实际生产中的应用。因此，寻找一种廉价、易得且效果好的保护剂，可以降低成本，提高效益，在实际生产中占据着重要的地位。
豆渣是豆奶或豆腐生产过程中产生的副产物，富含膳食纤维、蛋白质、脂肪、磷脂和甾醇类化合物、维生素及磷、铁、钙等多种营养物质，营养价值极高。豆渣具有抗氧化、预防糖尿病、肥胖症及结肠癌、改善便秘、提高免疫力等多种功能，越来越多地受到人们的关注。目前已有人使用豆渣作为食品辅料，制作了馒头、面包、豆渣蛋糕、豆渣饼干及豆渣饮料等食品。中国是豆腐生产大国，每年会产生大量的豆渣废弃物。据不完全统计，我国每年湿豆渣的产生量高于2千万吨，但其利用率却极低，大部分豆渣被当做废弃物直接扔掉，造成环境污染和资源浪费。
目前豆渣更多地作为喷雾干燥的原料，而作为菌剂喷雾干燥保护剂则比较少见。
发明内容
本发明的目的在于提供一种菌剂喷雾干燥保护剂及其应用，利用处理过的豆渣作为喷雾干燥制备菌剂时使用的保护剂之一，能提高菌剂的活菌数，豆渣中含有丰富的膳食纤维，膳食纤维的持水性很强，可以在干燥后期使活菌细胞免于受到更大的脱水引起的损伤，因此保护效果较好。且豆渣的利用可以减少废弃物的排放，保护环境，变废为宝，降低成本，具有广阔的市场前景。
为实现本发明的目的，具体包括如下步骤：
一种菌剂喷雾干燥保护剂，所述的保护剂为处理过的豆渣或者处理过的豆渣与脱脂乳粉、海藻糖、谷氨酸钠、甘油、麦芽糊精中的至少一种的混合物。
所述的保护剂为处理后的豆渣和脱脂乳粉的混合物，两者的比例为处理后的豆渣：脱脂乳粉=（1~5）:（1~3）。
所述的保护剂为处理后的豆渣和脱脂乳粉的混合物，两者的比例为处理后的豆渣：脱脂乳粉=2:3。
所述豆渣的处理方法为：将新鲜豆渣置于50~80 ℃条件下烘干12~24 h，用粉碎机粉碎，得到的粉末过100目筛。豆渣中含有丰富的膳食纤维，持水性很强，可以在喷雾干燥过程中起到较好的效果。
所述菌剂的存活率≥70%。
所述的保护剂在菌剂喷雾干燥中的应用。
所述的菌剂包括但不限于地衣芽孢杆菌、枯草芽孢杆菌、丁酸梭菌经液体发酵培养后进行喷雾干燥。
喷雾干燥的条件为：进风温度100~200 ℃，物料流量0.5~2 L/h。
所述保护剂用量为1.0%~20.0%；进一步优选为7.5%。
本实验中检测菌剂中活菌数的方法为平板计数法。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
所使用的菌剂喷雾干燥保护剂中包括处理过的豆渣，豆渣为农产品加工过程中的副产物，含有丰富的营养。因此利用豆渣作为菌剂喷雾干燥保护剂既可以提高菌剂中的活菌数，而且可以减少废弃物的排放，变废为宝，节约资源，保护环境。
具体实施方式
通过下述实施例，可以更好地理解本发明。然后，本领域的技术人员容易理解，实施例所描述的具体的工艺条件及其结果仅用于说明本发明，而不应当也不会限制权利要求书说所详细描述的本发明。
以下实施例中所涉及的菌株为：地衣芽孢杆菌（Bacillus licheniformis），保藏号CGMCC No.1.265，由中粮生物化学（安徽）股份有限公司提供；枯草芽孢杆菌（Bacillus subtilis），保藏号CGMCC No.13932；丁酸梭菌（Clostridium butyricum)，保藏号CGMCCNo.1.5205，购买自中国普通微生物菌种保藏管理中心。
以下实施例中所述处理后的豆渣，其处理方法为：将新鲜豆渣置于50~80 ℃条件下烘干12~24 h，用粉碎机粉碎，得到的粉末过100目筛。
实施例1
本实施例对处理后的豆渣、脱脂乳粉、谷氨酸钠与淀粉四种菌剂喷雾干燥保护剂的效果分别进行了考察。使用地衣芽孢杆菌进行喷雾干燥，发酵液中的活菌数为2.4×1011 cfu/mL。分别向地衣芽孢杆菌发酵液中加入等量的处理后的豆渣、脱脂乳粉、谷氨酸钠与淀粉作为保护剂，加入量为5%（W/V）。喷雾干燥的条件为：进风口温度160 ℃，物料流速1.5 L/h。实验结果见表1。由表1可知，脱脂乳粉作保护剂时菌剂中的活菌数最高，为9.8×1010 cfu/g，存活率为40.8%；其次是处理后的豆渣，菌剂中的活菌数为8.8×1010 cfu/g，存活率为36.7%；淀粉和谷氨酸钠作保护剂时的活菌数分别为5.6×1010 cfu/g和7.8×1010 cfu/g，存活率为23.3%和32.5%。豆渣中含有丰富的膳食纤维，膳食纤维的持水性很强，可以在干燥后期使活菌细胞免于受到更大的脱水引起的损伤，因此保护效果较好。
表1 不同喷雾干燥保护剂对地衣芽孢杆菌存活率与活菌数的影响
| 保护剂 | 活菌数，cfu/g | 存活率，% |
| 处理后的豆渣 | 8.8×10<sup>10</sup> | 36.7 |
| 脱脂乳粉 | 9.8×10<sup>10</sup> | 40.8 |
| 淀粉 | 7.3×10<sup>10</sup> | 30.4 |
| 谷氨酸钠 | 7.8×10<sup>10</sup> | 32.5 |
实施例2
本实施例对不同种类保护剂的混合使用对喷雾干燥效果的影响进行了考察。使用地衣芽孢杆菌进行喷雾干燥，发酵液中的活菌数为2.4×1011 cfu/mL。选取实施例1中效果最好的三种保护剂，即处理后的豆渣、脱脂乳粉和谷氨酸钠进行实验。将三种保护剂两两组合，得到保护剂A、B、C。其中保护剂A的成分为：处理后的豆渣：脱脂乳粉=1:1；保护剂B的成分为：处理后的豆渣：谷氨酸钠=1:1；保护剂C的成分为：脱脂乳粉：谷氨酸钠=1:1。分别向地衣芽孢杆菌发酵液中加入等量的保护剂A、B、C，加入量为5%（W/V）。喷雾干燥的条件为：进风口温度160 ℃，物料流速1.5 L/h。实验结果见表2。由表2可知，使用保护剂A时菌剂中的活菌数为1.3×1011 cfu/g，存活率为54.2%，喷雾干燥的效果最好；其次是保护剂C，菌剂中活菌数为9.3×1010 cfu/g，存活率为38.8%；使用保护剂B时菌剂中的活菌数为8.6×1010 cfu/g，存活率为35.8%。
表2 不同种类保护剂混合使用时对地衣芽孢杆菌存活率与活菌数的影响
| 保护剂 | 活菌数，cfu/g | 存活率，% |
| 保护剂A | 1.3×10<sup>11</sup> | 54.2 |
| 保护剂B | 8.6×10<sup>10</sup> | 35.8 |
| 保护剂C | 9.3×10<sup>10</sup> | 38.8 |
实施例3
本实施例对保护剂中不同成分的比例对喷雾干燥效果的影响进行了考察。使用地衣芽孢杆菌进行喷雾干燥，发酵液中的活菌数为2.4×1011 cfu/mL。选取实施例2中效果最好的处理过的豆渣和脱脂乳粉进行实验，得到保护剂a、b、c、d、e。其中保护剂a的成分为：处理过的豆渣：脱脂乳粉=1：1；保护剂b的成分为：处理过的豆渣：脱脂乳粉=1:2；保护剂c的成分为：处理过的豆渣：脱脂乳粉=2:1；保护剂d的成分为：处理过的豆渣：脱脂乳粉=2:3；保护剂e的成分为：处理过的豆渣：脱脂乳粉=3:2。分别向地衣芽孢杆菌发酵液中加入等量的保护剂a、b、c、d、e，加入量为5%（W/V）。喷雾干燥的条件为：进风口温度160 ℃，物料流速1.5 L/h。实验结果见表3。由表3可知，使用保护剂d时菌剂中的活菌数为1.8×1011 cfu/g，存活率为75.0%，喷雾干燥的效果最好；其次是保护剂b和e，菌剂中活菌数为1.6×1011 cfu/g，存活率为66.7%；使用保护剂c时菌剂中的活菌数为1.6×1011 cfu/g，存活率为62.5%；使用保护剂a时菌剂中的活菌数为1.6×1011 cfu/g，存活率为66.7%。
表3 保护剂中不同成分的比例对地衣芽孢杆菌存活率与活菌数的影响
| 保护剂 | 活菌数，cfu/g | 存活率，% |
| 保护剂a | 1.3×10<sup>11</sup> | 54.2 |
| 保护剂b | 1.6×10<sup>11</sup> | 66.7 |
| 保护剂c | 1.5×10<sup>11</sup> | 62.5 |
| 保护剂d | 1.8×10<sup>11</sup> | 75.0 |
| 保护剂e | 1.6×10<sup>11</sup> | 66.7 |
实施例4
本实施例对保护剂的添加量例喷雾干燥效果的影响进行了考察。使用地衣芽孢杆菌进行喷雾干燥，发酵液中的活菌数为2.4×1011 cfu/mL。选取实施例3中效果最好的处理过的豆渣：脱脂乳粉=2:3的比例进行实验。分别向地衣芽孢杆菌发酵液中加入等量的上述保护剂，添加量分别为2.5%，5.0%，7.5%，10.0%。喷雾干燥的条件为：进风口温度160 ℃，物料流速1.5 L/h。实验结果见表4。由表4可知，当保护剂的添加量为7.5%时菌剂中的活菌数最高，为2.0×1011 cfu/g，存活率为83.3%；当保护剂的添加量为5.0%和10.0时，菌剂中的活菌数为1.8×1011 cfu/g，存活率75.0%；当保护剂的添加量为2.5%时菌剂中的活菌数为1.3×1011 cfu/g，存活率为54.2%。因此选择保护剂的最适添加量为7.5%。
表4 保护剂的添加量对地衣芽孢杆菌存活率与活菌数的影响
| 添加量，% | 活菌数，cfu/g | 存活率，% |
| 2.5 | 1.3×10<sup>11</sup> | 54.2 |
| 5.0 | 1.8×10<sup>11</sup> | 75.0 |
| 7.5 | 2.0×10<sup>11</sup> | 83.3 |
| 10.0 | 1.8×10<sup>11</sup> | 75.0 |
实施例5
本实施例对实施例4中所述的保护剂对不同微生物喷雾干燥效果的影响进行了考察。分别使用枯草芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌和丁酸梭菌进行实验。保护剂的的成分均为：处理过的豆渣：脱脂乳粉=2:3，添加量均为7.5%（V/W）。实验结果见表5。由表5可知，地衣芽孢杆菌发酵液中的活菌数为2.4×1011 cfu/mL，菌剂中的活菌数为2.0×1011 cfu/g，存活率为83.3%；枯草芽孢杆菌发酵液中的活菌数为1.3×1011 cfu/mL，菌剂中的活菌数为1.1×1011cfu/g，存活率为84.6%；丁酸梭菌发酵液中的活菌数为2.8×108 cfu/mL，菌剂中的活菌数为2.3×108 cfu/g，存活率为82.1%。三种微生物喷雾干燥后菌剂的存活率均≥80%。本发明采用的保护剂的种类、比例与添加量能使不同的菌株在喷雾干燥过程中达到较好的效果，且成本低廉，具有较强的竞争优势。
表5 保护剂对不同微生物喷雾干燥的影响
| 微生物名称 | 地衣芽孢杆菌 | 枯草芽孢杆菌 | 丁酸梭菌 |
| 发酵液中的活菌数，cfu/mL | 2.4×10<sup>11</sup> | 1.3×10<sup>11</sup> | 2.8×10<sup>8</sup> |
| 进风口温度，℃ | 160 | 160 | 150 |
| 物料流速，L/h | 1.5 | 1.5 | 1.0 |
| 菌剂中的活菌数，cfu/g | 2.0×10<sup>11</sup> | 1.1×10<sup>11</sup> | 2.3×10<sup>8</sup> |
| 存活率 | 83.3 | 84.6 | 82.1 |
Claims (8)
1.一种菌剂喷雾干燥保护剂，其特征在于，所述的保护剂为处理过的豆渣或者处理过的豆渣与脱脂乳粉、海藻糖、谷氨酸钠、甘油、麦芽糊精中的至少一种的混合物。
2.一种菌剂喷雾干燥保护剂，其特征在于，所述的保护剂为处理后的豆渣和脱脂乳粉的混合物，两者的比例为处理后的豆渣：脱脂乳粉=（1~5）:（1~3）。
3.根据权利要求1所述的一种菌剂喷雾干燥保护剂，其特征在于，所述豆渣的处理方法为：将新鲜豆渣置于50~80 ℃条件下烘干12~24 h，用粉碎机粉碎，得到的粉末过100目筛。
4.根据权利要求1所述的一种菌剂喷雾干燥保护剂，其特征在于，所述菌剂的存活率≥70%。
5.权利要求1所述的一种菌剂喷雾干燥保护剂在菌剂喷雾干燥中的应用。
6.根据权利要求5所述的应用，其特征在于，所述的菌剂包括但不限于地衣芽孢杆菌、枯草芽孢杆菌、丁酸梭菌经液体发酵培养后进行喷雾干燥。
7.根据权利要求5所述的应用，其特征在于，喷雾干燥的条件为：进风温度100~200 ℃，物料流量0.5~2 L/h。
8.根据权利要求5所述的应用，其特征在于，所述保护剂用量为1.0%~20.0%。
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