CN111920050A - 一种调节肠道菌群的双层微胶囊及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种调节肠道菌群的双层微胶囊及其制备方法。所述微胶囊包括芯材，内层壁材，外层壁材，乳化剂及蒸馏水。制备方法为：在芯材和乳化剂中加入蒸馏水，即得芯材乳化液；将甲基纤维素和羟丙基甲基纤维素在室温下溶于蒸馏水中，制成内层壁材水溶液；将芯材乳化液加入到内层壁材溶液中反应；加入碳酸钠与氯化钙反应，反应后沉淀从溶液中析出。本发明功效评价表明其在胃肠道中的具有缓释作用，能够通过控制在胃肠环境中的释放速率与浓度，从而选择性发挥调节肠道菌群的作用，增加肠道微生物的多样性，维持益生菌生长环境、减少致病菌的增殖，有效发挥芯材的正向调节肠道菌群的效应，促进机体健康。
Description
技术领域
本发明涉及一种调节肠道菌群的双层微胶囊及其制备方法，属于功能性食品领域。
背景技术
人类消化道中存在大量的微生物，被统称为肠道微生物组，通常称为肠道菌群，它们长期与人类宿主共存，相互依赖，形成了复杂的肠道微生态系统，成为了人体不可或缺的一部分。大量研究证明，肠道菌群在增强免疫、解毒、抗衰老、生成维生素、改善食物吸收与药物代谢等过程中都起到了至关重要的作用，肠道菌群紊乱会导致肠道致病菌急剧增殖，促进结肠炎、肥胖症、糖尿病及其并发症、心血管疾病等多种疾病的发生发展。膳食中存在一些活性组分可通过调控肠道菌群构成间接影响宿主的健康,如干预高血压、肠炎等疾病的发生。
香料中酚类成分，如丁香酚等是常见香辛料中主要活性组分，除了具有抗炎、抗氧化等活性外，还具有明显的广泛抑菌活性。由于这些酚类物质的广泛抑菌活性，长期食用虽然可抑制肠道内有害菌群，但对有益菌也具有抑制作用，可导致肠道菌群紊乱，对机体健康不利，一定程度限制了相关保健食品的开发。因此，为满足人群肠道菌群健康需求与香辛料资源的利用，有必要开发一种以香辛料酚类组分复合配方为基础，通过选择性控制有害菌群的一种调节肠道菌群的功能性食品制备方法。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：香辛料直接用于调节肠道菌群的保健食品开发具有局限性的问题。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种调节肠道菌群的双层微胶囊，其特征在于，包括如下以重量份数计的组分：
优选地，所述的芯材为丁香酚与香芹酚的复配物。
更优选地，所述丁香酚与香芹酚的质量比为(1～1.5)：1。
优选地，所述的内层壁材采用甲基纤维素和羟丙基甲基纤维素复配而成。
更优选地，所述甲基纤维素与羟丙基甲基纤维素的质量比为(1～1.5)：1。
优选地，所述的外层壁材采用由碳酸钠和氯化钙反应得到的碳酸钙作为壁材；所述碳酸钠与氯化钙的质量比为106：111。
优选地，所述的乳化剂为司盘-80和吐温-80的复配物。
更优选地，所述司盘-80与吐温-80的质量比为1：(1～1.5)。
本发明还提供了上述调节肠道菌群的双层微胶囊的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1)：将芯材和乳化剂加入到容器中，加入芯材质量10倍的蒸馏水，在剪切分散乳化机的作用下均质乳化2-3分钟，转速8000-16000rpm，即得到均匀的芯材乳化液；
步骤2)：将甲基纤维素和羟丙基甲基纤维素在室温下溶于蒸馏水中，溶解均匀，制成质量浓度为30～40％的内层壁材水溶液；
步骤3)：将步骤1)所得的芯材乳化液加入到步骤2)的内层壁材溶液中反应1.5～2.5小时，反应温度为25～30℃，搅拌速度为400～600r/min，芯材乳化液与壁材水溶液的质量比为1：(1～1.5)，反应结束后边搅拌边冷却降温至20℃；
步骤4)：将碳酸钠与氯化钙在室温下加入到步骤3)所得的反应液中反应2.5～4小时，反应温度为25～30℃，搅拌速度为400～600r/min，反应后沉淀从溶液中析出，经过滤、洗涤、干燥，最终得到一种调节肠道菌群的双层微胶囊。
本发明还提供了上述调节肠道菌群的双层微胶囊以水剂、粉剂和凝胶剂型中的至少一种形式应用于调节肠道菌群的保健食品、功能性食品原料或饲料添加剂中。
本发明采用双层微胶囊化技术方案，根据肠道菌群结构特点通过选择特殊香辛料酚类组分进行配伍(丁香酚与香芹酚)作为芯材，分别根据胃与肠道环境设计特殊的不同壁材，通过特定设计的微胶囊技术将复配物包埋在双层壁材内，双层微胶囊的外层壁材在胃环境下逐步溶解，释放出仅含内层壁材的微胶囊进入肠道，由于内层壁材抗消化性可在肠道继续缓慢释放，从而最大限度的满足肠道菌群正向调节所需的缓释作用，延长了功效成分的释放时间及控制了功效成分的释放浓度，同时利用微胶囊技术提高了芯材功效成分在胃肠道中的稳定性，从而达到对肠道菌群的选择性调节作用，增强对条件致病菌抑制作用，减少对有益菌的抑制作用或具有一定的促进有益菌生长的作用。
经功效评价表明，本发明的微胶囊在胃肠道具有明显的缓释作用，具有调节机体肠道正常微生态平衡，增加肠道微生物多样性，防止肠道菌群紊乱，促进肠道有益菌的定殖和抑制机会致病菌的生长等功能。
附图说明
图1a为实施例3制得的调节肠道菌群的双层微胶囊于模拟胃环境下的释放曲线；
图1b为实施例3制得的调节肠道菌群的双层微胶囊于模拟肠道环境下的释放曲线；
图2a为实施例3制得的调节肠道菌群的双层微胶囊对小鼠肠道菌群的多样性Sobs指数分析图；
图2b为实施例3制得的调节肠道菌群的双层微胶囊对小鼠肠道菌群的多样性Chao指数分析图；
图2c为实施例3制得的调节肠道菌群的双层微胶囊对小鼠肠道菌群的多样性Shannon指数分析图；
图2d为实施例3制得的调节肠道菌群的双层微胶囊对小鼠肠道菌群的多样性Simpson指数分析图；
图3为实施例3制得的调节肠道菌群的双层微胶囊对小鼠肠道菌群的主坐标分析图；
图4a为实施例3制得的调节肠道菌群的双层微胶囊对小鼠粪便中Bacteroides菌调控的箱线图；
图4b为实施例3制得的调节肠道菌群的双层微胶囊对小鼠粪便中Lactobacillus菌调控的箱线图；
图4c为实施例3制得的调节肠道菌群的双层微胶囊对小鼠粪便中Bifidobacterium菌调控的箱线图；
图4d为实施例3制得的调节肠道菌群的双层微胶囊对小鼠粪便中Blautia菌调控的箱线图；
图4e为实施例3制得的调节肠道菌群的双层微胶囊对小鼠粪便中norank_f__Muribaculaceae菌调控的箱线图；
图4f为实施例3制得的调节肠道菌群的双层微胶囊对小鼠粪便中Gordonibacter菌调控的箱线图。
具体实施方式
为使本发明更明显易懂，兹以优选实施例，并配合附图作详细说明如下。
实施例1
称取芯材原料的重量份数为3份，其中丁香酚和香芹酚质量比为1：1；称取乳化剂原料的重量份数为1.5份，其中司盘-80和吐温-80的质量比为1：1。将芯材原料和乳化剂原料加入到一个容器中，加入30份蒸馏水，在剪切分散乳化机的作用下均质乳化2分钟，转速10000rpm，即得到均匀的芯材乳化液。
称取内层壁材原料的重量份数为3.2份，其中甲基纤维素和羟丙基甲基纤维素的质量比为1：1；将甲基纤维素和羟丙基甲基纤维素在室温下溶于6.8份蒸馏水中，溶解均匀，制成质量浓度为32％的内层壁材水溶液。
将芯材乳化液加入到壁材溶液中，反应温度为28℃、反应时间为1.5小时，搅拌速度为400r/min，所述的芯材乳化液和内层壁材水溶液的质量比为1:1，反应结束后边搅拌边冷却降温至20℃；
称取外层壁材的反应物重量份数为6.8份，其中碳酸钠和氯化钙的质量比为106：111；将碳酸钠和氯化钙在室温下加入到上述步骤所得的反应液中，反应温度为26℃、反应时间为3小时，搅拌速度为400r/min，反应后沉淀从溶液中析出，经过滤、洗涤、干燥，最终得到一种调节肠道菌群的双层微胶囊。
上述实施例1制得的一种调节肠道菌群的双层微胶囊，为白色粉末状固体，颗粒大小均匀，化学性质稳定，安全无毒。
实施例2
称取芯材原料的重量份数为3.6份，其中丁香酚和香芹酚质量比为1.25：1；称取乳化剂原料的重量份数为1.8份，其中司盘-80和吐温-80的质量比为1：1.25。将芯材原料和乳化剂原料加入到一个容器中，加入36份蒸馏水，在剪切分散乳化机的作用下均质乳化2.5分钟，转速12000rpm，即得到均匀的芯材乳化液。
称取内层壁材原料的重量份数为4.5份，其中甲基纤维素和羟丙基甲基纤维素的质量比为1.25：1；将甲基纤维素和羟丙基甲基纤维素在室温下溶于8份蒸馏水中，溶解均匀，制成质量浓度为36％的内层壁材水溶液。
将芯材乳化液加入到壁材溶液中，反应温度为27℃、反应时间为2小时，搅拌速度为500r/min，所述的芯材乳化液和内层壁材水溶液的质量比为1:1.25，反应结束后边搅拌边冷却降温至20℃；
称取外层壁材的反应物重量份数为6.3份，其中碳酸钠和氯化钙的质量比为106：111；将碳酸钠和氯化钙在室温下加入到上述步骤所得的反应液中，反应温度为27℃、反应时间为3小时，搅拌速度为500r/min，反应后沉淀从溶液中析出，经过滤和洗涤后，分散在蒸馏水中，最终得到一种调节肠道菌群的双层微胶囊。
上述实施例2制得的一种调节肠道菌群的双层微胶囊，为分散在蒸馏水中的微胶囊水剂，分散均匀无沉淀，化学性质稳定，安全无毒。
实施例3
称取芯材原料的重量份数为4份，其中丁香酚和香芹酚的质量比为1.5：1；称取乳化剂原料的重量份数为2份，其中司盘-80和吐温-80的质量比为1：1.5。将芯材原料和乳化剂原料加入到一个容器中，加入40份蒸馏水，在剪切分散乳化机的作用下均质乳化2.5分钟，转速15000rpm，即得到均匀的芯材乳化液。
称取内层壁材原料的重量份数为6.75份，其中甲基纤维素和羟丙基甲基纤维素的质量比为1.5：1；将甲基纤维素和羟丙基甲基纤维素在室温下溶于12份蒸馏水中，溶解均匀，制成质量浓度为36％的内层壁材水溶液。
将芯材乳化液加入到壁材溶液中，反应温度为28℃、反应时间2.5小时，搅拌速度为500r/min，所述的芯材乳化液和内层壁材水溶液的质量比为1:4，反应结束后边搅拌边冷却降温至20℃；
称取外层壁材的反应物重量份数为7.25份，其中碳酸钠和氯化钙的质量比为106：111；将碳酸钠和氯化钙在室温下加入到上述步骤所得的反应液中，反应温度为28℃、反应时间为3小时，搅拌速度为500r/min，反应后沉淀从溶液中析出，经过滤、洗涤、干燥，得到白色粉末状固体；将该白色粉末分散在0.2％的卡拉胶中,最终得到一种调节肠道菌群的双层微胶囊。
上述实施例3制得的一种调节肠道菌群的双层微胶囊为凝胶剂型，分散均匀，化学性质稳定，安全无毒。
1、模拟胃肠道环境释放曲线的测定：
人工模拟胃液的配置(100mL)：NaC1 0.2g、胃蛋白酶0.35g，用HCI溶液调整pH值为3.0，过滤除菌备用。
人工模拟肠液(100mL)∶分别配置a、b液，a液为重碳酸钠1.1g、NaCl 0.2g、胰蛋白酶0.1g，使用NaOH溶液调整pH值为8.0。b液为牛胆盐1.8g，用NaOH调整pH为8.0，a、b液分别过滤除菌备用，使用前将a液和b液以2∶1(V/V混合即为人工模拟肠液。
按照酶与底物1∶35(w/w)的比例取本发明得到的样品与空白对照及对照例组分别溶于人工模拟胃液中，37℃模拟胃环境消化4h(每隔0.5h取样检测一次)；随后按照酶与底物1∶50(w/w)的比例取经人工胃液处理后的样品加入到人工模拟肠液中，于37℃下模拟肠道消化24h(每隔2h取样检测一次)，每次取出的消化液样品置于沸水中灭酶10min，冷却至室温后检测。
释放曲线的测定：将一定浓度的样品用无水乙醇溶解，放置于石英酶标板中，进行全波段扫描，确定各样品的最大吸收波长，波长测定范围为200-600nm。然后取上述溶液，用无水乙醇稀释到不同浓度，以无水乙醇做空白，在所测得的最大吸收波长下测定吸光度，以吸光度与样品浓度进行线性回归，建立线性回归方程。通过无水乙醇洗涤挥发不同时间后的样品，根据洗涤液的吸光度计算出微胶囊中的芯材的含量。根据不同时间的含油量计算出挥发率，以时间为横坐标，挥发率为纵坐标作挥发曲线图。
2、参考《保健食品检验与评价技术规范(2003年版)》的评价方法，进行动物实验：
使用C57BL/6近交品系实验鼠42只(雄性，6周龄)，随机分为7组，每组6只，分别为对空白照组(EMP)、实施例1对照例组(CON1)、实施例2对照例组(CON2)、实施例3对照例组(CON3)、实施例1组(EXA1)、实施例2组(EXA2)、实施例3组(EXA3)。经口服给予小鼠150mg/kg三个不同实施例该产品7周，称取粪便样品于离心管中，使用天根生化科技有限公司提供的粪便细菌DNA提取试剂盒提取细菌总DNA，按照V3-V4区域设计引物PCR扩增序列(引物名称为：338F、806R)，采用IlluminaMiSeq PE300平台对小鼠粪便肠道菌群进行高通量测序，获得16S rDNA数据。
3、结果显示：
由图1a-b可见，对照例组样本在模拟胃液环境中大量释放，在1.5h后趋近于最大挥发率，而本发明的实施例样本由于双层壁材在模拟胃液环境中少量释放，在2.5h后才趋近于平台期。在模拟肠液环境中，相对于对照例组，本发明的实施例组芯材释放速率慢且释放，于12h后进入平台期，芯材释放浓度明显降低。表明本发明的产品具有在胃肠道中缓释的作用。
肠道菌群功能评价结果显示，图2a-d中对照例组Sobs、Chao、Shannon指数相对空白组显著减少，Simpson指数相对增加，而实施例组相对于空白组Sobs、Chao、Shannon指数显著增加，Simpson指数显著降低(P<0.05)，表明本发明产品对肠道菌群多样性和丰富度有正向调节作用。图3中主坐标分析图显示，实施例组与空白组和实施例对照例组在PC1(58.36％)水平上区别明显，表明本发明产品的摄入均能够调节肠道菌群的组成和结构。图4a-f箱线图结果表明，相比于空白组，实施例组中有益菌属Lactobacillus、Bifidobacterium、Bacteroides、Blautia的丰度相比空白组均显著增加，而对照例组菌群丰度均显著降低。同时，实施例组中机会致病菌norank_f__Muribaculaceae和Gordonibacter的丰度则显著减少(P<0.05)。因此，本发明的产品调节肠道菌群功能评价实验结果呈阳性。
以上功效评价结果表明，本发明得到的得到一种调节肠道菌群的双层微胶囊具有在胃肠道中的缓释作用，能够通过控制在胃肠环境中的释放，控制芯材浓度，延长其在肠道中的作用时间，从而发挥调节肠道菌群的保健功能，增加肠道微生物的多样性，维持益生菌生长环境、减少致病菌的定殖，有效发挥芯材的正向效应，促进机体健康。
Claims (10)
1.一种调节肠道菌群的双层微胶囊，其特征在于，包括如下以重量份数计的组分：
2.如权利要求1所述的调节肠道菌群的双层微胶囊，其特征在于，所述的芯材为丁香酚与香芹酚的复配物。
3.如权利要求2所述的调节肠道菌群的双层微胶囊，其特征在于，所述丁香酚与香芹酚的质量比为(1～1.5)：1。
4.如权利要求1所述的调节肠道菌群的双层微胶囊，其特征在于，所述的内层壁材采用甲基纤维素和羟丙基甲基纤维素复配而成。
5.如权利要求4所述的调节肠道菌群的双层微胶囊，其特征在于，所述甲基纤维素与羟丙基甲基纤维素的质量比为(1～1.5)：1。
6.如权利要求1所述的调节肠道菌群的双层微胶囊，其特征在于，所述的外层壁材采用由碳酸钠和氯化钙反应得到的碳酸钙作为壁材；所述碳酸钠与氯化钙的质量比为106：111。
7.如权利要求1所述的调节肠道菌群的双层微胶囊，其特征在于，所述的乳化剂为司盘-80和吐温-80的复配物。
8.如权利要求7所述的调节肠道菌群的双层微胶囊，其特征在于，所述司盘-80与吐温-80的质量比为1：(1～1.5)。
9.权利要求1-8任意一项所述的调节肠道菌群的双层微胶囊的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1)：将芯材和乳化剂加入到容器中，加入芯材质量10倍的蒸馏水，在剪切分散乳化机的作用下均质乳化2-3分钟，转速8000-16000rpm，即得到均匀的芯材乳化液；
步骤2)：将甲基纤维素和羟丙基甲基纤维素在室温下溶于蒸馏水中，溶解均匀，制成质量浓度为30～40％的内层壁材水溶液；
步骤3)：将步骤1)所得的芯材乳化液加入到步骤2)的内层壁材溶液中反应1.5～2.5小时，反应温度为25～30℃，搅拌速度为400～600r/min，芯材乳化液与内层壁材水溶液的质量比为1：(1～1.5)，反应结束后边搅拌边冷却降温至20℃；
步骤4)：将碳酸钠与氯化钙在室温下加入到步骤3)所得的反应液中反应2.5～4小时，反应温度为25～30℃，搅拌速度为400～600r/min，反应后沉淀从溶液中析出，经过滤、洗涤、干燥，最终得到一种调节肠道菌群的双层微胶囊。
10.一种权利要求1-8任意一项所述的调节肠道菌群的双层微胶囊以水剂、粉剂和凝胶剂型中的至少一种形式应用于调节肠道菌群的保健食品、功能性食品原料或饲料添加剂中。
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| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20201113 |
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