CN114287634B - 包埋益生菌的阿拉伯胶复合纤维/胶囊及其制备方法和应用 - Google Patents

包埋益生菌的阿拉伯胶复合纤维/胶囊及其制备方法和应用 Download PDF

Info

Publication number
CN114287634B
CN114287634B CN202210013148.3A CN202210013148A CN114287634B CN 114287634 B CN114287634 B CN 114287634B CN 202210013148 A CN202210013148 A CN 202210013148A CN 114287634 B CN114287634 B CN 114287634B
Authority
CN
China
Prior art keywords
solution
capsule
plantarum
probiotic
arabic gum
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202210013148.3A
Other languages
English (en)
Other versions
CN114287634A (zh
Inventor
侯俊财
马佳歌
姜瞻梅
徐聪
王婉
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Northeast Agricultural University
Original Assignee
Northeast Agricultural University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Northeast Agricultural University filed Critical Northeast Agricultural University
Priority to CN202210013148.3A priority Critical patent/CN114287634B/zh
Publication of CN114287634A publication Critical patent/CN114287634A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN114287634B publication Critical patent/CN114287634B/zh
Priority to US18/150,519 priority patent/US20230193514A1/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • D—TEXTILES; PAPER
    • D01—NATURAL OR MAN-MADE THREADS OR FIBRES; SPINNING
    • D01D—MECHANICAL METHODS OR APPARATUS IN THE MANUFACTURE OF ARTIFICIAL FILAMENTS, THREADS, FIBRES, BRISTLES OR RIBBONS
    • D01D5/00—Formation of filaments, threads, or the like
    • D01D5/0007—Electro-spinning
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61K—PREPARATIONS FOR MEDICAL, DENTAL OR TOILETRY PURPOSES
    • A61K9/00—Medicinal preparations characterised by special physical form
    • A61K9/0087—Galenical forms not covered by A61K9/02 - A61K9/7023
    • A61K9/0092—Hollow drug-filled fibres, tubes of the core-shell type, coated fibres, coated rods, microtubules or nanotubes
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12N—MICROORGANISMS OR ENZYMES; COMPOSITIONS THEREOF; PROPAGATING, PRESERVING, OR MAINTAINING MICROORGANISMS; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING; CULTURE MEDIA
    • C12N1/00—Microorganisms, e.g. protozoa; Compositions thereof; Processes of propagating, maintaining or preserving microorganisms or compositions thereof; Processes of preparing or isolating a composition containing a microorganism; Culture media therefor
    • C12N1/20—Bacteria; Culture media therefor
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12N—MICROORGANISMS OR ENZYMES; COMPOSITIONS THEREOF; PROPAGATING, PRESERVING, OR MAINTAINING MICROORGANISMS; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING; CULTURE MEDIA
    • C12N11/00—Carrier-bound or immobilised enzymes; Carrier-bound or immobilised microbial cells; Preparation thereof
    • C12N11/02—Enzymes or microbial cells immobilised on or in an organic carrier
    • C12N11/04—Enzymes or microbial cells immobilised on or in an organic carrier entrapped within the carrier, e.g. gel or hollow fibres
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D01—NATURAL OR MAN-MADE THREADS OR FIBRES; SPINNING
    • D01D—MECHANICAL METHODS OR APPARATUS IN THE MANUFACTURE OF ARTIFICIAL FILAMENTS, THREADS, FIBRES, BRISTLES OR RIBBONS
    • D01D5/00—Formation of filaments, threads, or the like
    • D01D5/0007—Electro-spinning
    • D01D5/0015—Electro-spinning characterised by the initial state of the material
    • D01D5/003—Electro-spinning characterised by the initial state of the material the material being a polymer solution or dispersion
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D01—NATURAL OR MAN-MADE THREADS OR FIBRES; SPINNING
    • D01F—CHEMICAL FEATURES IN THE MANUFACTURE OF ARTIFICIAL FILAMENTS, THREADS, FIBRES, BRISTLES OR RIBBONS; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED FOR THE MANUFACTURE OF CARBON FILAMENTS
    • D01F1/00—General methods for the manufacture of artificial filaments or the like
    • D01F1/02—Addition of substances to the spinning solution or to the melt
    • D01F1/10—Other agents for modifying properties
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61K—PREPARATIONS FOR MEDICAL, DENTAL OR TOILETRY PURPOSES
    • A61K9/00—Medicinal preparations characterised by special physical form
    • A61K9/48—Preparations in capsules, e.g. of gelatin, of chocolate
    • A61K9/50—Microcapsules having a gas, liquid or semi-solid filling; Solid microparticles or pellets surrounded by a distinct coating layer, e.g. coated microspheres, coated drug crystals
    • A61K9/5005—Wall or coating material
    • A61K9/5021—Organic macromolecular compounds
    • A61K9/5036—Polysaccharides, e.g. gums, alginate; Cyclodextrin
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12R—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES C12C - C12Q, RELATING TO MICROORGANISMS
    • C12R2001/00—Microorganisms ; Processes using microorganisms
    • C12R2001/01—Bacteria or Actinomycetales ; using bacteria or Actinomycetales
    • C12R2001/225—Lactobacillus
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12R—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES C12C - C12Q, RELATING TO MICROORGANISMS
    • C12R2001/00—Microorganisms ; Processes using microorganisms
    • C12R2001/01—Bacteria or Actinomycetales ; using bacteria or Actinomycetales
    • C12R2001/225—Lactobacillus
    • C12R2001/25—Lactobacillus plantarum
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D01—NATURAL OR MAN-MADE THREADS OR FIBRES; SPINNING
    • D01D—MECHANICAL METHODS OR APPARATUS IN THE MANUFACTURE OF ARTIFICIAL FILAMENTS, THREADS, FIBRES, BRISTLES OR RIBBONS
    • D01D5/00—Formation of filaments, threads, or the like
    • D01D5/0007—Electro-spinning
    • D01D5/0061—Electro-spinning characterised by the electro-spinning apparatus
    • D01D5/0076—Electro-spinning characterised by the electro-spinning apparatus characterised by the collecting device, e.g. drum, wheel, endless belt, plate or grid
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02A—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
    • Y02A50/00—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE in human health protection, e.g. against extreme weather
    • Y02A50/30—Against vector-borne diseases, e.g. mosquito-borne, fly-borne, tick-borne or waterborne diseases whose impact is exacerbated by climate change

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Bioinformatics & Cheminformatics (AREA)
  • Zoology (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Wood Science & Technology (AREA)
  • Genetics & Genomics (AREA)
  • Biotechnology (AREA)
  • Textile Engineering (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Microbiology (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Dispersion Chemistry (AREA)
  • Tropical Medicine & Parasitology (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Virology (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Pharmacology & Pharmacy (AREA)
  • Animal Behavior & Ethology (AREA)
  • Public Health (AREA)
  • Veterinary Medicine (AREA)
  • Epidemiology (AREA)
  • Nanotechnology (AREA)
  • Manufacturing Of Micro-Capsules (AREA)
  • Cosmetics (AREA)
  • Medicines Containing Material From Animals Or Micro-Organisms (AREA)

Abstract

本发明涉及益生菌技术领域，具体涉及一种包埋益生菌的阿拉伯胶复合纤维/胶囊及其制备方法和应用。通过电流体动力学技术成功将乳酸菌封装在以合成生物聚合物聚乙烯醇、聚乙烯吡咯烷酮及食品级聚合物浓缩乳清蛋白、麦芽糊精为基质，复配益生元阿拉伯胶的电纺纤维及电喷雾胶囊中。获得的电喷雾胶囊具有易于处理的粉末的物理外观，而电纺纤维呈现为连续的纳米纤维毡。负载有益生菌的电喷雾胶囊的形态使其更适合作为食品添加剂，而电喷雾纤维垫则可以在生物活性食品包装设计中发挥更大的作用。

Description

包埋益生菌的阿拉伯胶复合纤维/胶囊及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及益生菌技术领域，具体涉及一种包埋益生菌的阿拉伯胶复合纤维/胶囊及其制备方法和应用。
背景技术
益生菌是活的微生物，当施与一定数量时，可通过维持肠道正常微生物、抑制病原菌黏附于肠道黏膜、降胆固醇及提高免疫力等方面，为宿主的健康提供诸多益处。随着人们对益生菌健康功效的认识及研究不断深入，益生菌产品消费与日俱增。乳杆菌作为常见的食品级益生菌，具有调节宿主肠道菌群、抑制病原菌以及改善人体健康等多种益生功效，因而被广泛应用于食品工业。为实现这些益处，食用益生菌的最低活细胞数应满足106-107CFU/g食物。然而，益生乳杆菌对极端的环境条件较为敏感，在食品加工及储存过程中稳定性较差，暴露于消化道条件下的生物利用度较低，因此，当乳杆菌在加工、贮藏及在宿主胃肠道内时，会不可避免地受到来自外界环境的多种胁迫，继而影响其稳定性及生物利用度，这极大的限制了其益生功效的发挥及在食品工业上的应用。目前，许多封装方式涉及高/低温和有机溶剂的使用，易造成活力损失及安全风险；鉴于此，应进一步深入开展基础研究并加强技术革新，结合电流体动力学等可行技术协同益生元增效，在保护益生菌抵御多种环境胁迫的同时保障其益生功效，破解环境胁迫下益生菌稳定性及功能性发挥的关键难题。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明的目的在于提供一种包埋益生菌的阿拉伯胶复合纤维/胶囊及其制备方法和应用。通过将乳酸菌封装在以合成生物聚合物聚乙烯醇(PVOH)、聚乙烯吡咯烷酮(PVP)及食品级聚合物浓缩乳清蛋白(WPC)、麦芽糊精(MD)为基质，复配益生元阿拉伯胶(GA)的电纺纤维及电喷雾胶囊中，以提高乳酸菌在加工、使用过程中的稳定性和成活率。
本发明的技术方案之一，一种包埋益生菌的阿拉伯胶复合纤维/胶囊，将乳酸菌封装在以生物聚合物为基质，复配阿拉伯胶的静电纺丝纤维或者静电喷雾胶囊中；其中，所述生物聚合物选自聚乙烯醇、聚乙烯吡咯烷酮、乳清蛋白和麦芽糊精中的一种。
进一步地，将乳酸菌封装在以聚乙烯醇或聚乙烯吡咯烷酮为基质，复配阿拉伯胶的静电纺丝纤维中；或者，将乳酸菌封装在以乳清蛋白或麦芽糊精为基质，复配阿拉伯胶的静电喷雾胶囊中。
进一步地，所述乳酸菌为L.plantarum KLDS 1.0328。
进一步地，所述静电纺丝纤维直径为150-170nm，所述静电喷雾胶囊的粒径为0.8-1.2nm。
本发明的技术方案之二，上述包埋益生菌的阿拉伯胶复合纤维/胶囊的制备方法，具体的：
当生物聚合物为聚乙烯醇或聚乙烯吡咯烷酮时，包括以下步骤：
a1.制备乳酸菌菌悬液；将阿拉伯胶粉末溶解于水中得到阿拉伯胶溶液；将聚乙烯醇或聚乙烯吡咯烷酮溶于水得到生物聚合物溶液；生物聚合物溶液和阿拉伯胶溶液搅拌混匀得到混合溶液；
a2.将所述乳酸菌菌悬液置于所述混合溶液中，搅拌混匀后得到混合菌液；
a3.向混合菌液中加入助剂后进行静电纺丝或者静电喷雾，得到所述包埋益生菌的阿拉伯胶复合纤维/胶囊。
当生物聚合物为乳清蛋白或麦芽糊精时，包括以下步骤：
b1.制备乳酸菌菌悬液；将阿拉伯胶粉末溶解于水中得到阿拉伯胶溶液；将乳清分离蛋白或麦芽糊精置于阿拉伯胶溶液中搅拌混合得到混合溶液；
b2.将所述乳酸菌菌悬液置于所述混合溶液中，搅拌混匀后得到混合菌液；
b3.向混合菌液中加入助剂后进行静电纺丝或者静电喷雾，得到所述包埋益生菌的阿拉伯胶复合纤维/胶囊。
进一步地，所述a1和b1中，制备乳酸菌菌悬液具体步骤如下：将乳酸菌以2％的接种量添加至MRS液体培养基中，于35-39℃条件下厌氧培养20-24h，得到的发酵菌液在4℃下5000×g离心10min，用无菌PBS缓冲液洗涤后重新悬浮在无菌PBS缓冲液中，使乳酸菌细胞浓度为109-1010CFU/mL。
进一步地，所述a1中：阿拉伯胶溶液的质量体积浓度为20％，所述生物聚合物溶液中聚乙烯醇或聚乙烯吡咯烷酮的质量体积浓度为10％，所述生物聚合物溶液和阿拉伯胶溶液的混合质量比为8:2。
进一步地，所述b1中：阿拉伯胶溶液的质量体积浓度为4％，所述混合溶液中乳清分离蛋白或麦芽糊精的质量体积浓度为20％。
进一步地，所述a2和b2中，所述混合菌液中乳酸菌浓度为109-1010CFU/mL。所述a3和b3中，所述助剂为吐温80，所述助剂的加入量为混合菌液中生物聚合物质量的5％；所述a3和b3中，静电纺丝或者静电喷雾的参数为：电压16-21kV，所述流速为0.3-1.0mL/h，距离10-16cm。
本发明的技术方案之三，上述包埋益生菌的阿拉伯胶复合纤维/胶囊在食品和/或药品和/或保健品中的应用。
与现有技术相比，本发明的有益效果：
本发明所获得的电喷雾胶囊具有易于处理的粉末的物理外观，而电纺纤维呈现为连续的纤维毡。原则上，电喷雾胶囊的形态使其更适合作为食品添加剂，而电喷雾纤维垫则可以在生物活性食品包装设计中发挥更大的作用。
本发明制备的益生元GA协同增效电纺纳米纤维及电喷雾胶囊在功能性食品中具有很高的应用潜力，有利于开发新型的益生菌稳态递送体系。
本发明采用电流体动力学技术成功将乳酸菌封装在PVOH、PVP、WPC及MD为基质，复配益生元GA的电纺纤维及电喷雾胶囊中。不同高聚物溶液构建的封装体系形貌迥异，菌体可沿着纳米纤维被定向包裹或在胶囊中随机分布，生物高聚物与菌体之间可能存在更多的分子内及分子间氢键相互作用，且具有应用于热处理食品的潜力。PVOH/GA纤维对该菌体的封装率最高，且在模拟胃肠道中存活率较高，其次是WPC/GA及PVP/GA体系。添加GA有效改善了电喷雾胶囊抵御模拟胃肠道胁迫的能力。PVOH/GA纤维及WPC/GA胶囊在渗透压及高温高湿胁迫下的抗性较强，且在25℃及4℃贮藏28d后活力损失较低，而MD/GA内菌体稳定性较低。多数封装基质复水后菌体仍保有原代谢产酸及抑菌能力。以上研究为利用电流体动力学技术制备益生菌封装体系及提高菌体的胁迫抗性奠定了理论基础。
附图说明
图1电流体动力学过程示意图；
图2为本发明实施例不同物料配方电纺纤维的扫描电镜图及其对应的纤维直径分布图，其中A1-A3分别代表以PVOH、PVOH/GA、PVOH/GA/L.plantarum KLDS 1.0328为物料配方的电纺纤维的扫描电镜图，A4-A6为对应A1-A3的电纺纤维直径分布图；B1-B3分别代表以PVP、PVP/GA、PVP/GA/L.plantarum KLDS1.0328为物料配方的电纺纤维的扫描电镜图，B4-B6为对应B1-B3的电纺纤维直径分布图；
图3为本发明实施例不同物料配方电喷雾胶囊的扫描电镜图及其对应的胶囊直径分布图，A1-A3分别代表以WPC、WPC/GA、WPC/GA/L.plantarum KLDS1.0328为物料配方的电纺纤维的扫描电镜图，A4-A6为对应A1-A3的电纺纤维的胶囊直径分布图；B1-B3分别代表以MD、MD/GA、MD/GA/L.plantarum KLDS1.0328为物料配方的电纺纤维的扫描电镜图，B4-B6为对应B1-B3的电纺纤维的胶囊直径分布图；
图4为本发明实施例不同物料配方获得的电纺纤维/电喷雾胶囊中负载有被罗丹明123染色的L.plantarum KLDS 1.0328的荧光显微镜图，A-D分别代表以PVOH/GA、PVP/GA、WPC/GA及MD/GA为基质物料配方的电纺纤维及电喷雾胶囊中L.plantarum KLDS 1.0328的荧光显微镜图；
图5为本发明实施例不同物料配方电纺纤维的红外光谱图，A和B分别代表以PVOH和PVP为基质物料配方的红外光谱图；
图6为本发明实施例不同物料配方电喷雾胶囊的红外光谱图，A和B分别代表以WPC和MD为基质物料配方的红外光谱图；
图7为本发明实施例不同物料配方电纺纤维的热重分析及相应的一阶微商热重曲线，A和B分别代表以PVOH为基质物料配方的热重和一阶微商热重曲线；C和D分别代表以PVP为基质物料配方的热重和一阶微商热重曲线；
图8为本发明实施例不同物料配方电喷雾胶囊的热重分析及相应的一阶微商热重曲线，A和B分别代表以WPC为基质物料配方的热重和一阶微商热重曲线；C和D分别代表以MD为基质物料配方的热重和一阶微商热重曲线；
图9为本发明实施例冷藏(4℃)及室温(25℃)下贮藏28d过程中游离细胞及电纺纤维/电喷雾胶囊封装L.plantarum KLDS 1.0328的生存能力，其中A为冷藏(4℃)，B为室温(25℃)(注：不同小写字母代表同一贮藏时间不同样品的活菌数之间差异显著(P<0.05)，不同大写字母代表同一样品不同贮藏时间下的活菌数之间差异显著(P<0.05))；
图10为本发明实施例游离细胞及电纺纤维/电喷雾胶囊封装L.plantarum KLDS1.0328在MRS液体培养基中的酸化性能；
图11为本发明实施例游离细胞及电纺纤维/电喷雾胶囊封装L.plantarum KLDS1.0328对病原体的抑菌效果。
具体实施方式
现详细说明本发明的多种示例性实施方式，该详细说明不应认为是对本发明的限制，而应理解为是对本发明的某些方面、特性和实施方案的更详细的描述。
实施例
1.实验材料，本实施例供试菌株所采用的植物乳杆菌KLDS 1.0328分离筛选自我国黑龙江省地区的传统特色发酵泡菜，并保藏于东北农业大学乳品科学教育部重点实验室，金黄色葡萄球菌(Staphylococcus aureus)CMCC 26003、鼠伤寒沙门菌(SalmonellaTyphimurium)ATCC 14028以及大肠埃希氏菌(Escherichia coli)ATCC 25922为乳品科学教育部重点实验室的保藏菌株。其余材料均为现有技术材料和设备，可以从市场购买得到，在此不进行赘述。
2实验设计及方法
2.1菌株的活化及培养：将保藏于-80℃下甘油冻存管中的受试乳杆菌菌株取出，以2％(v/v)的接种量接种于MRS培养基中37℃下培养24h，并连续活化三次以恢复菌种活力。以接菌环挑取少量菌液后在MRS琼脂平板上三区平板划线并于37℃下培养。在24h后挑取单菌落，进行革兰氏染色后镜检且鉴定为纯培养物后，在MRS培养基中再传代2次至乳杆菌菌株恢复活力。
2.2菌悬液的制备：将L.plantarum KLDS 1.0328以2％(v/v)的接种量添加至MRS液体培养基内，并于37℃下厌氧培养20h，取发酵菌液于4℃下5000×g离心10min，以无菌的PBS缓冲液(pH 7.2)洗涤3次，然后将菌体重新悬浮在适当体积的无菌PBS缓冲液内，调整细菌悬液的浓度以获得浓缩后约109-1010CFU/mL的细菌细胞，置于4℃下备用。
2.3静电纺丝及静电喷雾溶液的制备：称量一定质量的阿拉伯胶(GA)粉末，将其溶解在去离子水内，于室温下以MIXdrive 6磁力搅拌器以600rpm搅拌4h，以获得浓度分别为4％和20％(w/v)的GA溶液。之后，将不同浓度的GA溶液分别在4℃下静置过夜，参照先前的研究，将GA溶液于3000×g室温下离心5min，以去除不溶物。称量一定质量的聚乙烯醇(PVOH)和聚乙烯吡咯烷酮(PVP)，分别在去离子水中溶解，并于60℃水浴下搅拌30min，然后在95℃下搅拌溶解2h，直到分别获得均匀的10％的PVOH和PVP(w/v)溶液。将10％(w/v)PVOH或PVP溶液分别与20％的GA溶液(w/v)以8：2(w/w)的比例混合，并在25℃下以600rpm的转速磁力搅拌2h，得到PVOH/GA和PVP/GA混合溶液。以4％(w/v)的GA溶液用作基础溶剂，将乳清分离蛋白(WPC)和麦芽糊精(MD)分别加入GA溶液中，在25℃下以600rpm磁力搅拌2h，以获得最终浓度分别为20％(w/v)的WPC/GA和MD/GA溶液。将L.plantarum KLDS 1.0328细胞重悬于上述静电纺丝及静电喷雾生物高聚物溶液内，于磁力搅拌器上以600rpm连续搅拌1h，获得约109-1010CFU/mL的菌悬液。最后，将吐温80(Tween80)以相对于溶液中生物高聚物5％(w/w)的浓度加入到所有溶液中，以辅助电流体动力学过程的进行。
2.4静电纺丝及静电喷雾溶液性质的测定
(1)pH值：采用PHS-3C型精密pH计在(25±0.1)℃条件下，测定包含或不包含L.plantarum KLDS 1.0328的不同种类生物高聚物溶液的pH值。
(2)电导率：使用Delta 326型电导率仪在(25±0.1)℃条件下，测定包含或不包含L.plantarum KLDS 1.0328的不同种类生物高聚物溶液的电导率。
(3)黏度：使用DV3TLVTJ0型数显黏度计，测量包含或不包含L.plantarum KLDS1.0328的不同种类生物高聚物溶液的黏度。采用LV-04(64)转子以200rpm转速搅拌溶液，在黏度测量时，容器中溶液的温度通过水浴控制在(25±0.1)℃。
2.5基于电流体动力学技术构建L.plantarum KLDS 1.0328的载体
将2.3制备的多种生物高聚物混合溶液分别加入到10mL无菌注射器中，并固定在推进泵上，静电纺丝或静电喷雾过程在水平装置模式下进行，如图1所示；采用型号为18G的不锈钢针头，直流高压电源的两端分别固定于针头前端及接地的金属接收板上。基于生物高聚物溶液在不锈钢针头处能够形成较为稳定的泰勒锥，电流体动力学过程中初步的工艺参数(电压、进样速率和注射器针尖与收集器之间的距离)设定如表1所示。试验环境的温度为(25±0.1)℃，相对湿度40-50％。将获得的静纺纤维或电喷雾胶囊收集在覆盖有铝箔(15×15cm)的接地接收板上。得到的最终产品为负载有益生菌的PVOH/GA静电纺丝纤维、PVP/GA静电纺丝纤维、WPC/GA静电喷雾胶囊、MD/GA静电喷雾胶囊。
表1电流体动力学过程的工艺参数
Figure BDA0003459738700000071
2.6负载L.plantarum KLDS 1.0328电纺纤维/电喷雾胶囊的表征
(1)扫描电子显微镜分析：将不同基质材料所获得的电纺纤维或电喷雾胶囊粘贴在样品台的导电胶上，而后使用离子溅射镀膜仪在真空下镀金涂层，喷金时间120s，电流强度20mA。用扫描电子显微镜观察样品的形貌特征。从不同的SEM图像中随机选择50条纤维或50个颗粒，以Image J软件(Maryland，USA)进行测量，获得样品的平均直径。
(2)荧光倒置显微镜分析：对L.plantarum KLDS 1.0328细胞进行荧光染色。将荧光染料罗丹明123溶解于二甲基亚砜中，配制成1mg/mL的罗丹明123染液。以3μg/mL的添加量将荧光染液加入到细胞的PBS悬液中，混合均匀后于37℃下孵育20min。将荧光标记后的细胞于5000×g下离心10min，收集菌体沉淀，并重悬在不同种类的高聚物溶液中。将载玻片粘贴在铝箔上后，进行电流体动力学封装细胞的过程。
(3)衰减全反射傅立叶变换红外光谱分析：将不同基质材料所获得的电纺纤维膜或电喷雾胶囊放置在测试台上，通过衰减全反射傅立叶变换红外光谱(ATR-FTIR)分析，以4cm-1分辨率，扫描次数为32次，在波长范围4000到525cm-1记录红外图谱。
(4)热重分析：将电纺纤维和电喷雾胶囊样品研磨粉碎，称量约5mg上述样品置于热重分析仪中，在室温到600℃的温度下，以10℃/min的加热速率进行升温，对电纺纤维和电喷雾胶囊样品进行热分析。在整个过程中，加入50mL/min的恒定氮气气氛。
2.7负载L.plantarum KLDS 1.0328电纺纤维/电喷雾胶囊的抗胁迫性能研究
(1)封装细胞的生存能力的测定：采用梯度稀释及倾注平板法，将L.plantarumKLDS 1.0328细胞与生物高聚物溶液充分混合，在静电纺丝或静电喷雾过程进行之前，测定细胞活力。获得静电纺丝纤维或静电喷雾胶囊后，将封装有L.plantarum KLDS 1.0328的样品置于无菌PBS缓冲液(pH 7.2)内，在37℃下以100rpm于振荡培养箱内振荡30min，使细胞从包材内充分释放出来，以正确估计活菌数。而后取样于0.85％(w/v)无菌生理盐水内，连续稀释选择合适的稀释度并以倾注平板法，于37℃下孵育48h后，L.plantarum KLDS1.0328的生存能力以活细胞计数lg CFU/g表示。封装率的计算公式如下：
Figure BDA0003459738700000081
式中：Npre和Npost分别代表电流体动力加工过程进行前和进行后静电纺丝/静电喷雾溶液内活菌数(lg CFU/g)。
(2)封装L.plantarum KLDS 1.0328在体外模拟胃肠道条件下的耐受性：将6.23g/L氯化钠、2.29g/L氯化钾、0.229g/L氯化钙、1.2g/L碳酸氢钠溶解在无菌蒸馏水内，用0.1mol/L HCI调节pH值至2.3，向其中添加终浓度为3g/L胃蛋白酶，用0.45μm的水系滤膜过滤除菌，制得模拟胃液(SGF)。将适量0.239g/L氯化钾、1.28g/L氯化钠及6.4g/L碳酸氢钙溶解在无菌蒸馏水内，用0.1mol/LNaOH调节pH值至8.0，向其中添加终浓度为4.5g/L胆盐，1g/L胰蛋白酶，用0.45μm的水系滤膜过滤除菌，制得模拟肠液(SIF)。将500mg电纺纤维或电喷雾胶囊于4.5mL无菌SGF内，并在37℃下于振荡培养箱(100rpm)内暴露120min。同时，在相同条件下以500μL游离的L.plantarum KLDS 1.0328细胞悬浮液作为对照。而后通过5000×g下离心10min重新收集样品，再重悬于4.5mL无菌SIF内，并在37℃下于振荡培养箱(100rpm)内暴露120min。通过梯度稀释及倾注平板法对其进行菌落计数。
(3)封装L.plantarum KLDS 1.0328对渗透压及湿热胁迫的耐受性研究
为评估渗透压胁迫对封装L.plantarum KLDS 1.0328耐受性的影响，在无菌PBS缓冲液中分别加入浓度为2％、4％及6％(w/v)的NaCl，并将约500mg电纺纤维或电喷雾胶囊分别添加到4.5mL上述溶液中，以游离细胞悬液作为对照。在暴露于渗透压胁迫环境下3h之前及之后，通过梯度稀释及倾注平板法对其进行菌落计数。为评估湿热胁迫对封装细胞耐受性的影响，将对照组游离的细胞悬液及封装有细胞的电纺纤维或电喷雾胶囊添加至装有4.5mL无菌PBS缓冲液的无菌管内，然后分别在50℃、60℃、70℃的水浴中孵育，以游离细胞悬液作为对照。在暴露于湿热胁迫环境下30min之前及之后，通过梯度稀释及倾注平板法对其进行菌落计数。
2.8负载L.plantarum KLDS 1.0328电纺纤维/电喷雾胶囊的贮藏稳定性研究：将负载有L.plantarum KLDS 1.0328的电纺纤维及电喷雾胶囊置于无菌带盖玻璃管内，而后置于封口袋内，在4℃及25℃下分别贮藏28d，分别在0d、7d、14d、21d及28d时，通过梯度稀释及倾注平板法对其进行菌落计数。
2.9负载L.plantarum KLDS 1.0328电纺纤维/电喷雾胶囊的生物学特性研究
(1)静电纺丝及静电喷雾对L.plantarum KLDS 1.0328代谢的影响：将负载有L.plantarum KLDS 1.0328的电纺纤维或电喷雾胶囊样品置于无菌PBS缓冲液(pH 7.2)内，在37℃下以100rpm于振荡培养箱内振荡30min。将1mL L.plantarum KLDS 1.0328游离细胞悬液或复水的电纺纤维或电喷雾胶囊加入到49mL无菌MRS液体培养基内，并于37℃下厌氧培养24h，每隔4h取发酵菌液，采用PHS-3C精密pH计测定培养液pH值的变化。
(2)静电纺丝及静电喷雾对L.plantarum KLDS 1.0328抑菌活性的影响：将负载有L.plantarum KLDS 1.0328的电纺纤维或电喷雾胶囊样品置于无菌PBS缓冲液(pH 7.2)内，在37℃下以100rpm于振荡培养箱内振荡30min。将0.5mL L.plantarum KLDS 1.0328游离细胞悬液或复水的电纺纤维或电喷雾胶囊接种在4.5mL无菌MRS液体培养基内，于37℃下厌氧培养24h。孵育后采用牛津杯琼脂扩散法，测定L.plantarum KLDS 1.0328对指示菌S.aureus CMCC 26003、S.Typhimurium ATCC 14028以及E.coli ATCC 25922抑菌活性的影响。
3结果与分析
3.1物料配方对静电纺丝及静电喷雾溶液性质的影响，不同物料配方溶液的pH值、电导率及黏度见表2。
表2不同静电纺丝/静电喷雾溶液的性质
Figure BDA0003459738700000091
Figure BDA0003459738700000101
注：同一列数据上标处不同的小写字母代表不同的物料配方之间存在显著性差异(P<0.05)
纯PVOH溶液的pH值为7.96±0.02，显著高于其他物料配方的溶液(P<0.05)，其次是纯WPC水溶液。此外，复配了GA的各组高聚物/GA静电纺丝及静电喷雾溶液的pH值与未添加GA溶液的pH值相比均显著降低(P<0.05)。随着L.plantarum KLDS 1.0328的添加，WPC/GA及MD/GA共混溶液的pH值均显著降低(P<0.05)，然而，负载有L.plantarum KLDS 1.0328的PVOH/GA或PVP/GA共混溶液的pH值与未添加菌体溶液的pH值相比无显著性差异(P>0.05)。就溶液的电导率而言，纯PVP以及MD水溶液的电导率在所有样品中最低，分别为(0.37±0.00)mS/cm和(0.22±0.01)mS/cm，且二者之间差异不显著(P>0.05)。对于本实施例中所采用高聚物溶液的黏度来说，WPC试验组的黏度在(6.0±0.0)cp至(25.0±1.7)cp范围内，显著低于其他试验组样品(P<0.05)。此外，可以发现，对于所有合成高聚物和天然高聚物MD来说，GA的存在都显著提高了高聚物相应水溶液的电导率(P<0.05)。这些结果可能归因于GA结构中羧基和酸性多糖的存在，导致GA的聚电解质性质及其在溶液中弱酸性的性质。此外，与高聚物的水溶液相比，添加了GA的高聚物溶液的黏度显著上升(P<0.05)，这一趋势可能是由于GA作为一种更高分子量的食品水胶体存在于溶液中，与合成或天然生物聚合物间链缠结水平的增加。此外，将L.plantarum KLDS 1.0328加入共混溶液后，多种溶液基质的电导率及黏度均进一步提高。其中，WPC/GA/L.plantarum KLDS 1.0328配方的电导率为(28.17±0.31)mS/cm，PVOH/GA/L.plantarum KLDS 1.0328配方的黏度为(544.0±4.6)cp，显著高于其他试验组(P<0.05)。这可能是由于添加L.plantarum KLDS 1.0328会致使额外的菌体蛋白及离子被引入到静电纺丝或静电喷雾溶液中。
3.2扫描电子显微镜分析
基于PVOH及PVP的电纺纤维在扫描电镜下的形貌、平均纤维直径及其对应的尺寸分布如图2所示。从图2(A1)中，可以观察到纯PVOH溶液经过静电纺丝产生了平均直径约为(154.62±58.61)nm的纳米纤维，纤维直径呈正态分布，且纯PVOH纤维显示出均匀、光滑的表面及无珠状结构。在溶液中添加有益生元GA后，如图2(A2)所示，可以看出产生的PVOH/GA电纺纤维得到了直径相对不均匀且偶有珠节的纳米纤维，纤维的平均直径为(168.56±91.18)nm，这意味着PVOH和GA在纳米尺度上是可混溶的。此外，相对于纯PVOH纤维来说，PVOH/GA复合溶液在静电纺丝后产生了更多的超细纤维。这种有趣的形态变化可能与前述所观察到的GA由于离子性质导致的溶液电导率增加有关，这一过程增加了静电纺丝电流体动力学过程中射流表面电荷间的静电斥力，进一步导致了超细纳米纤维的形成。结合图2(A3)，将L.plantarum KLDS 1.0328加入到PVOH/GA的纺丝溶液中，并未对静电纺丝过程造成显著影响，并且如所预期的成功地制备了负载有L.plantarum KLDS 1.0328的PVOH/GA纳米纤维，但在一定程度上也损害了连续纤维的形成。纳米纤维中明显的局部突起及加粗表明了益生菌L.plantarum KLDS 1.0328被成功地定向掺入了PVOH/GA复合纳米纤维毡内。结合对L.plantarum KLDS 1.0328菌体直径的分析结果，发现尽管L.plantarum KLDS 1.0328细胞的直径为(0.59±0.04)μm，要比PVOH纤维及PVOH/GA纤维的平均直径大，但L.plantarum KLDS 1.0328菌体仍然能够完全被PVOH/GA聚合物所包裹。L.plantarum KLDS1.0328菌体能够沿着PVOH/GA纳米纤维被定向包裹。分析结果为：聚合物溶液中随机定向的细菌可以在静电纺丝过程中的泰勒锥处开始定向，主要沿着带电射流，这些细菌在带电射流中进一步排列，射流在最后凝固成纳米纤维。
对于不含益生菌L.plantarum KLDS 1.0328及益生元GA的纯PVP所收集到的材料来说，得到了平均直径约为(106.86±96.00)nm且带有一系列串珠的纤维。在PVP静电纺丝纳米纤维毡上也可以观察到一些形状及大小不规则的液滴或团簇，然而，这在PVOH纳米纤维的SEM图中是不可见的。复配有益生元GA的PVP/GA混合溶液经过电纺所收集到的材料形态与纯PVP的类似，其平均纤维直径约为(102.00±73.61)nm，除此之外仍包含许多细小的串珠及较大的珠状物。通过SEM图像可以观察到L.plantarum KLDS 1.0328细胞被包覆在PVP/GA纳米纤维的基质中，使得超细纳米纤维局部变宽，一些纤维几乎呈现出球形。L.plantarum KLDS 1.0328形态在此封装过程中所发生的显著变化可能是其在纺丝喷头处瞬时的干燥脱水以及不可避免的在静电纺丝过程中遭受到高速剪切的结果。
以WPC及MD为基质的不同物料配方所获得的静电喷雾样品于扫描电镜下观察到的形貌、平均胶囊直径及其对应的尺寸分布如图3所示。与先前的PVOH与PVP这两种合成聚合物有所不同，PVOH及PVP这两种高聚物由于其高分子量而主要产生了纤维，而使用WPC及MD这两种天然水胶体则在电流体动力学过程中则呈现出珠子或胶囊的形态。从图中发现从纯水溶液中获得的纯WPC电喷雾胶囊所对应的平均胶囊直径显示出双峰分布，其中，平均直径低至约200nm的超薄胶囊与一些直径在1μm至3.5μm之间的微胶囊共存于获得的电喷雾样品中。另外，观察到一些颗粒的聚集现象，这可能是由于在试验进行期间，环境中的水分被吸附所致。而当WPC分散在GA溶液中后，平均胶囊直径降低至约(1.03±0.61)μm，L.plantarumKLDS 1.0328的加入进一步降低了胶囊的平均直径至(0.95±0.62)μm，且这两种情况下平均胶囊直径的数据离散性很大。
此外，以MD作为基质所制备电喷雾胶囊的微观形貌与WPC大致相似。纯MD、MD/GA及MD/GA/L.plantarum KLDS 1.0328混合溶液的静电喷雾过程分别产生了平均直径为(1.07±0.72)μm、(0.99±0.69)μm和(0.94±0.67)μm的球形微胶囊颗粒。此外，以MD为基质的三类电喷雾胶囊，处于亚微米尺度级别(100nm至1000nm)的颗粒占据了所有颗粒直径分布中的最大比例。其中，从MD/GA溶液中得到了少部分似乎被压扁的球形颗粒，这种形态可能是由于溶剂蒸发致使颗粒崩塌。此外，观察到以WPC及MD水胶体作为基质的胶囊获得了更大的尺寸分布。在这些食品类水胶体中形成珠状物而不是纤维可归因于上述高聚物溶液的特性及电流体动力学过程的差异。高聚物溶液中复配有GA代替水作为纯溶剂，导致电流体动力学过程所获得的大多数生物聚合物的平均尺寸有所减小，这可能与上述观察到的溶液电导率增加有很好的相关性。这也意味着电流体动力学可以适当地处理黏度、电导率及表面张力等性质非常不同的聚合物溶液，并且可能对所合成材料产生联合影响。一般来说，所有获得的电喷雾胶囊具有易于处理的粉末状物理外观，而电纺纤维则呈现为连续的纤维毡。
3.3荧光显微镜分析：
采用罗丹明123荧光染液对L.plantarum KLDS 1.0328进行染色，在黑暗的环境条件下进行静电纺丝或静电喷雾过程。将部分静电纺丝纤维及静电喷雾胶囊收集到显微镜载玻片上，并立即置于倒置荧光显微镜下对其进行观察，以此确认L.plantarum KLDS 1.0328细胞在电纺纤维及胶囊中的存在及分布。图4(A)至(D)分别为PVOH/GA和PVP/GA电纺纤维、WPC/GA以及MD/GA电喷雾胶囊中被标记的L.plantarum KLDS 1.0328细胞的图像。PVOH/GA及PVP/GA电纺纤维出现连续丝状结构、WPC/GA及MD/GA电喷雾胶囊的颗粒中出现绿色荧光，表明上述结构中存在L.plantarum KLDS 1.0328的封装，可沿纳米纤维均匀分布或在颗粒中随机分布。由此可以进一步证实L.plantarum KLDS 1.0328细胞已被有效地封装。
3.4红外光谱分析
图5为不同物料配方电纺纤维的红外光谱图。本实施例利用ATR-FTIR技术对负载L.plantarum KLDS 1.0328后样品可能发生的分子变化进行了识别。如图5(A)中PVOH电纺纤维的红外光谱所示，位于3284cm-1附近的宽带可归因于PVOH的分子内和分子间O-H基团的伸缩振动。在2935cm-1和2908cm-1处观察到的特征峰可归属于PVOH中CH2基团的不对称拉伸振动。1417cm-1左右的振动带可归因于PVOH中的CH2弯曲振动，1088cm-1处的峰值可表示C-O伸缩振动及O-H弯曲振动。此外，837cm-1处观察到的特征峰可能归因于C-C振动。在GA粉末的红外光谱图中，出现在3281cm-1处的特征吸收峰与酰胺A区中O-H和N-H的拉伸振动有关。位于2922和1601cm-1处的吸收峰分别与C-H不对称伸缩振动和酰胺I区中的C＝O拉伸振动/N-H弯曲振动相匹配。前期研究发现，1200-950cm-1之间的振动带对应于吡喃糖环上的C-O-C、C-O-H和-OH，这表明吡喃糖存在于GA生物高聚物中。当GA作为益生元加入后，可归属于GA分子中的羧酸根阴离子(-COO-)等主要特征吸收峰均能够在空白PVOH/GA复合纤维膜和负载有L.plantarum KLDS 1.0328的PVOH/GA复合纤维膜的红外谱图中识别出来。然而，与PVOH(3284cm-1)、GA(3281cm-1)及L.plantarum KLDS1.0328(3270cm-1)的红外图谱相比，在PVOH/GA复合电纺纤维膜(3265cm-1)和PVOH/GA/L.plantarum KLDS 1.0328电纺纤维膜(3267cm-1)的光谱中，O-H拉伸振动特征峰出现了红移，这可能意味着PVOH、GA和L.plantarumKLDS1.0328之间形成了更多的氢键。
在图5(B)中所示PVP电纺纤维的ATR-FTIR光谱中，在3404cm-1附近的宽带归属于羟基的O-H伸缩振动；2951cm-1附近的吸收峰为C-H的伸缩振动所引起的；1644cm-1处的尖峰为酰胺(C＝ONH2)的特征吸收峰；PVP的其他特征吸收峰分别出现在1461cm-l及1287cm-1处，分别对应于C＝C和C-N键的伸缩振动。当GA与PVP基质结合后，在3404cm-1附近的吸收带位移到3382cm-1左右的更低频率。一方面，这表明所制备的PVP在经历静电纺丝工艺后可能保留一定量的水。另一方面，由于PVP与自由水分子以及高聚物GA的高亲水性，生物聚合物链中可能发生分子内和分子间的氢键。另外，在PVP/GA复合电纺纤维的红外图谱中，与O-H伸缩振动相关的3660-3100cm-1范围的吸收带显示出肩峰，位于3382cm-1和3295cm-1左右两个不同的吸收峰表明吸附了不同的水，这可能是由于PVP和GA都是亲水聚合物，对水分子有很强的吸附能力。此外，观察到GA与PVP基质的结合导致了PVP/GA复合纤维在约1069cm-1的位置出现了新的强烈的吸收峰，负载有L.plantarum KLDS 1.0328的PVP/GA复合纤维在约1033cm-1的位置出现了新吸收峰，这分别与GA和L.plantarum KLDS1.0328相对应。曾有研究显示在植物乳杆菌红外光谱图中，在1300-900cm-1波长范围内的吸收峰可归属为植物乳杆菌菌体的蛋白和核酸。
如图6所示，对于WPC电喷雾胶囊来说，GA的加入导致WPC/GA复合电喷雾胶囊的红外光谱表现出O-H特征带相对强度的降低，伴随着振动频率从3274至3271cm-1方向有轻微的位移(约3cm-1)，这为多糖GA与蛋白质WPC的-OH和-NH2端基之间形成氢键提供了证据。WPC电喷雾胶囊的酰胺Ⅰ带及酰胺Ⅱ带分别出现在1628cm-1和1531cm-1。当GA添加至WPC基质中后，与WPC电喷雾胶囊相比，所获得的WPC/GA复合电喷雾胶囊的酰胺I带特征峰(1628cm-1)位置无明显改变，而其酰胺Ⅱ带特征峰(1537cm-1)出现蓝移即波数增加，该带是N-H弯曲振动和C-N拉伸振动模式的结果，具有构象敏感性，且蛋白质WPC的特征图谱中酰胺Ⅰ带以及酰胺Ⅱ带特征峰的相对强度明显减弱。此外，在1031cm-1附近内出现了一组新的C-O伸缩振动带，这可能与GA中的吡喃糖环有关。当L.plantarum KLDS 1.0328被封装于WPC/GA复合电喷雾胶囊中后，存在于WPC/GA电喷胶囊中1700-1500cm-1的特征吸收峰造成了L.plantarum KLDS1.0328特征光谱信息的重叠。整体上来说，WPC/GA的红外光谱与WPC/GA/L.plantarum KLDS1.0328的红外光谱非常相似。WPC纳米颗粒内益生菌的存在可能对其红外光谱的影响不大，这可能是因为相对于封装基质而言，益生菌的重量百分比相对较小。从原始的MD电喷雾胶囊的红外光谱中显示出的吸收谱带分别位于3286cm-1(O-H伸缩振动)、2924cm-1(C-H伸缩振动)、1640cm-1(C＝O伸缩振动)、1410cm-1(CH2弯曲振动)、1355cm-1(O-H弯曲振动)、1147、1077、1012和993cm-1(C-O伸缩振动和C-O-H弯曲振动)、930、847、759和570cm-1(吡喃环的骨架振动)。当GA添加至MD基质中后，获得的MD/GA电喷雾胶囊的O-H伸缩振动频率(3316cm-1)向高频移动，而在负载了L.plantarum KLDS 1.0328后，又向着低频移动至3286cm-1。这些变化表明MD、益生元GA及L.plantarum KLDS 1.0328之间存在着复杂的相互作用。综上所述，以上这些红外图谱的变化证实了L.plantarum KLDS 1.0328在多种生物高聚物基质中的成功封装，这一结果得到复合静电纺丝纤维及静电喷雾胶囊的SEM及荧光显微镜图像的支持。
3.5热性质分析
热重分析(TGA)及其相应的一阶导数微商热重曲线(DTG)分别如图7-8所示。由于一些物料失重过程所对应的温度变化范围较宽，仅用TGA曲线难以完全鉴别，对其温度一阶微商可以解决此问题。TGA及DTG一方面能够表征不同样品所具有的热稳定性，此外，由于L.plantarum KLDS 1.0328被封装后，其TGA及DTG曲线与相应的纯物料配方相比会产生一定的变化，因此，也可通过TGA及其DTG曲线分析L.plantarum KLDS 1.0328是否成功被封装于其中。对于本实施例所采用的物料配方及所制备的电纺纤维与电喷雾胶囊样品来说，100℃以下的第一个失重阶段主要是由于各样品中水分的蒸发所导致的。DTG曲线上的峰值代表样品的失重速率最快，相应的峰值温度即为其分解温度。结合纯GA粉末的TGA及DTG曲线可以发现，GA的热分解温度发生在304.79℃处，此时GA结构中的半乳糖、阿拉伯糖和鼠李糖发生了分解。此外，L.plantarum KLDS1.0328在54.11℃、266.81℃和320.14℃分别出现了三个失重峰，证明其降解主要分三个阶段进行。
根据图7可以看出，纯PVOH电纺纤维的分解分为两步进行，其降解首先开始于166.96℃，并持续至324.02℃，其中，最大失重速率发生在259.22℃，此阶段主要是由于PVOH的链剥离和链断裂；第二阶段重量的显著损失发生在380～500℃，最后剩余质量分数约为2％，这是由于PVOH高聚物主链剩余元素的分解和挥发所引起的。明显发现，与纯PVOH电纺丝纤维的热分解温度(259.22℃)相比，复合电纺纤维PVOH/GA中GA的掺入致使其热分解温度(302.19℃)显著提高(P<0.05)，这可能是由于PVOH与GA二者间的氢键相互作用，导致加热过程中复合膜PVOH/GA中高聚物分子断裂需要的能量增加。而PVOH/GA复合纤维的耐热性略低于纯GA粉末。对于纯PVP水溶液形成的电纺纤维，约82％的重量损失发生在约100℃至500℃的温度范围内，在400℃至460℃之间其质量急剧下降，热分解温度为435.41℃。最终，纯PVP电纺纤维的整体失重率近似100％。此外，PVP/GA的热分解温度(431.23℃)略低于纯PVP形成的电纺纤维，而明显高于纯GA粉末。由图8可知，纯WPC和MD静电喷雾胶囊的DTG曲线分别在313.60℃和314.36℃表现出强烈的反应峰，其分别是因为WPC及MD的热降解而产生的。特别地，在室温至600℃的范围内，相比于合成生物聚合物PVOH和PVP制得的静电纺丝纤维，天然生物聚合物WPC和MD电喷雾胶囊具有更少的失重即更好的热稳定性。此外，在WPC及MD两种天然生物大分子体系中额外添加GA，制得静电喷雾胶囊WPC/GA及MD/GA的热分解曲线并不是GA和WPC或MD的单纯线性加和，而展示其特有的分解性能，且导致二者的热分解温度较其纯电喷雾胶囊均稍有降低，分别为311.62℃和313.41℃。
值得注意的是，与PVOH/GA(302.19℃)和PVP/GA(431.23℃)形成的静电纺丝纤维相比，PVOH/GA/L.plantarum KLDS 1.0328和PVP/GA/L.plantarum KLDS 1.0328的降解温度均发生显著地提高，分别达到314.59℃和438.91℃(P<0.05)。这种现象可归因于L.plantarum KLDS 1.0328细胞已被静电纺丝纤维所包裹。然而，对于天然生物高聚物WPC及MD来说，与未添加菌体前WPC/GA及MD/GA形成的电喷雾胶囊相比，负载有L.plantarumKLDS 1.0328的两种电喷雾胶囊相应的热分解温度却均发生显著降低，分别为309.23℃及303.43℃(P<0.05)。这可能是由于构建L.plantarum KLDS 1.0328载体所采用的静电纺丝和静电喷雾过程之间的差异，以及所选用的包材物料配方之间的差异所造成的。
3.6 L.plantarum KLDS 1.0328电纺纤维/电喷雾胶囊的抗胁迫性能
(1)封装L.plantarum KLDS 1.0328细胞的生存能力
表3列出了L.plantarum KLDS 1.0328在静电纺丝/静电喷雾溶液中及模拟胃液及模拟肠液处理下所合成的电纺纳米纤维/电喷雾胶囊中的生存能力。可以发现，L.plantarum KLDS 1.0328在掺入所有生物高聚物溶液后均保有其活性，且游离L.plantarum KLDS 1.0328细胞与生物高聚物溶液中的活菌数之间无显著差异(P<0.05)，这说明PVOH、PVP、WPC、MD几种生物高聚物及它们与益生元GA的复合物与L.plantarum KLDS1.0328之间均具有良好的相容性，能够用于制备负载该菌株的载体。
总体看来，与电流体动力学加工技术进行前静电纺丝/静电喷雾溶液内的活菌数相比，静电纺丝及静电喷雾封装后的L.plantarum KLDS 1.0328活力普遍略低于初始高聚物溶液，除MD/L.plantarum外，均不存在显著性差异(P<0.05)，且所获得的各物料成分形成的电纺纤维或电喷雾胶囊中L.plantarum KLDS1.0328存活率下降均小于1个lg CFU/g单位，即表现出较高的生存能力。其中，复合配方PVOH/GA电纺纤维对L.plantarum KLDS1.0328的封装率相对较高(96.50±1.14)％。然而，纯MD电喷雾胶囊对L.plantarum KLDS1.0328的封装率相对最低仅为(92.98±1.98)％，这说明电力流体动力学过程的封装材料即生物聚合物的配方在一定程度上会影响封装率及细胞活力。L.plantarum KLDS1.0328在电流体动力学工艺过程中生存能力的丧失可被解释为由于静电纺丝或静电喷雾过程中溶剂水分快速蒸发导致的瞬时低渗透压胁迫、剪切应力及高压电场的负面影响。为了排除电流体动力学过程方向的影响及由于重力可能造成的细胞存活率损失，将水平装置改为垂直方向，发现菌体的存活率无显著差异，这表明本试验条件下电流体动力学工艺的方向对L.plantarum KLDS 1.0328的存活率没有主要影响。对比前期研究，以普鲁兰多糖和益生元GA进行冷冻干燥以保护L.plantarum KLDS 1.0328、嗜酸乳杆菌、鼠李糖乳杆菌及干酪乳杆菌的封装率在80.92–89.84％范围内，与之相比，负载L.plantarum KLDS 1.0328的电纺纤维或电喷雾胶囊可以更好地保护被包裹的细胞。冰晶的形成及极低温度所引起的细胞损伤可能是造成以上乳杆菌细胞在冻干过程中死亡的原因，而电力流体动力学过程不仅使用水溶液作为溶剂，在室温下能够快速连续地进行，且不会遭受过低或过高温度的环境胁迫，从而减少对活细胞的活力和功能的损害。此外，GA作为一种具有益生元特性的膳食纤维，其可被乳酸杆菌及双歧杆菌选择性发酵为短链脂肪酸，且其高溶解度可抑制颗粒收缩，为L.plantarum KLDS 1.0328提供更高的保护效率。
表3L.plantarum KLDS 1.0328在静电纺丝/静电喷雾溶液中及不同条件下所合成的电纺纤维/电喷雾胶囊中的生存能力
Figure BDA0003459738700000181
注：同一列数据上标处不同的小写字母代表不同的物料配方样品之间存在显著性差异(P<0.05)
(2)游离及封装L.plantarum KLDS 1.0328在模拟胃肠道内的耐受性分析
抗消化能力是益生菌食品应具备的关键性能之一。评估了连续SGF及SIF处理下电纺纤维或电喷雾胶囊封装L.plantarum KLDS 1.0328活力的丧失以及GA对封装L.plantarum KLDS 1.0328的益生元作用(表3)。明显发现，游离L.plantarum KLDS 1.0328细胞在暴露于SGF及SIF后，生存能力大幅下降，活菌数分别降低至(5.44±0.15)lg CFU/g及(4.49±0.14)lg CFU/g，这表明L.plantarum KLDS 1.0328细胞对体外模拟胃液及肠液的处理条件敏感。结果表明，不同的类型封装材料的使用对L.plantarum KLDS 1.0328细胞有不同程度的保护作用。经SGJ处理120min后，对照组中游离L.plantarum KLDS 1.0328细胞的活菌数下降了约4.30lg CFU/g，而负载有L.plantarum KLDS 1.0328细胞的复合电纺纤维PVOH/GA中活菌数仅下降了约1.22lg CFU/g。此外，当SGJ处理120min后，发现复合PVOH/GA电纺纤维中L.plantarum KLDS 1.0328的活菌数是(8.16±0.10)lg CFU/g，在各组封装物料配方中活菌数达到最高，且显著高于纯PVOH纤维中的活菌数(P<0.05)，而剩余细胞的存活率在随后的SIF中略有下降。对比其他封装制剂中L.plantarum KLDS 1.0328暴露于模拟胃肠道后的活菌数，PVOH/GA仍处于最高水平。这可能是由于PVOH/GA复合纤维的微观结构与原始的纯PVA纤维相比更为致密，如红外光谱所证实了PVOH与GA的官能团之间形成了分子间氢键，从而削弱了外界胁迫环境的不利作用。经SGF及SIF处理后，与纯WPC电喷雾胶囊相比，由益生元GA与WPC所制备的复合电喷雾胶囊在体外模拟的过程中均显著提高了L.plantarum KLDS 1.0328的生存能力(P<0.05)。而复配有益生元GA的PVP电纺纤维及MD电喷雾胶囊经SGF处理后，L.plantarum KLDS 1.0328的存活数与对应的不存在益生元GA制剂的活菌数相比没有显著差异(P>0.05)。可能的原因是此时封装材料中加入的GA不足以作为L.plantarum KLDS 1.0328的营养及能量来源，相对而言难以改善益生菌在模拟胃液胁迫环境中的稳定性。此外，发现纯MD及MD/GA电喷雾胶囊封装的L.plantarum KLDS 1.0328细胞相对活力损失较大，这说明相对其他壁材，MD及MD/GA电喷雾材料对该细胞的保护作用较低，这可能是由于MD电喷雾胶囊形成的较为疏松的结构性质，当悬浮在胃液及肠液时对细胞的保护效果相对较弱。曾有研究显示，一些传统的碳水化合物如麦芽糊精及淀粉等可能不被认为是抵抗消化液的合适保护剂。而本实验中，相对于未封装的游离细胞，MD及MD/GA电喷雾胶囊仍可在体外模拟胃肠道的不利条件下显著提高L.plantarum KLDS 1.0328的耐受性(P<0.05)，最终活菌数仍高于益生菌类保健食品所要求的活菌数106CFU/g。体外连续模拟胃肠道试验进一步验证了通过本试验优化后的电流体动力学过程所制备的多种电纺纤维或电喷雾胶囊，尤其是当采用PVOH及WPC为基质，辅以益生元GA，能够较好的保护L.plantarum KLDS 1.0328的活力。
(3)游离及封装L.plantarum KLDS 1.0328在不同渗透压及湿热环境胁迫下的耐受性分析
在食品加工过程中，NaCl的含量是影响益生菌生存能力的重要因素，此外，由于离子强度的变化带来的渗透压变化还可能破坏生物高聚物经静电纺丝或静电喷雾工艺所形成的保护结构。三种浓度的NaCl对L.plantarum KLDS 1.0328存活的影响如表4所示，并观察了当微生物暴露于2％、4％及6％的NaCl时多种封装基质对菌株的保护作用。当2％NaCl处理3h，以PVOH/GA及MD/GA中L.plantarum KLDS 1.0328活细胞的计数并未显著减少(P>0.05)。当NaCl浓度为4％，多种材料封装的L.plantarum KLDS 1.0328活菌数均显著高于游离细胞(P<0.05)。然而，当NaCl浓度达6％时，无论采用哪种封装基质，1lg CFU/g的减少都得到了验证。而与游离细胞相比，不同材料的电纺纤维或电喷雾胶囊能够显著增强L.plantarum KLDS 1.0328在渗透压胁迫(4％及6％NaCl)处理下的耐受性(P<0.05)。高盐浓度可以通过离子破坏封装基质的稳定性，在封装基质破裂的同时保护作用降低，益生菌随之受到高浓度NaCl的损害。因此，对于含盐量高的食品，MD/GA静电喷雾的封装技术可能不是最有效的。然而，本研究中即使在生物高聚物/GA复合物形成的物理屏障破裂之后，仍可以保护L.plantarum KLDS 1.0328抵御恶劣的渗透压介质的影响，可能因为这些基质配方增加了菌体细胞壁的硬度并提供了局部缓冲效应。
表4不同渗透压胁迫处理下游离细胞及电纺纤维/电喷雾胶囊封装L.plantarumKLDS 1.0328细胞的生存能力
Figure BDA0003459738700000201
注：同一列数据上标处不同的小写字母代表不同的物料配方样品之间存在显著性差异(P<0.05)；同一行数据上标处不同的大写字母代表不同的渗透压胁迫处理之间存在显著性差异(P<0.05)
益生菌的存活率往往会受到食品工业某些热处理加工方式的显著影响，进而影响其益生功能的发挥。就此而言，常温下即可操作的静电纺丝或静电喷雾封装技术是提高益生菌耐受性的一种有前途的方式。由表5可以看出，50℃处理30min时，各封装L.plantarumKLDS 1.0328细胞的活力之间不存在显著性差异(P>0.05)，而50℃及以上温度的热胁迫处理可使游离细胞活力明显丧失(P<0.05)。相比而言，封装于电纺纤维膜及电喷雾胶囊中的L.plantarum KLDS1.0328在50℃热胁迫下与未经胁迫处理对照组之间的细胞活力差异不显著(P>0.05)。进一步提高热胁迫温度至60℃时，游离细胞活菌数下降了约5.34lg CFU/g，而封装于电纺纤维及电喷雾胶囊中细胞活力的降低仅在0.29-0.94lg CFU/g范围内，且当热胁迫温度达60℃及以上时，温度升高对封装后的细胞活力的影响才显著(P<0.05)。不同的物料配方制得的电纺纤维及电喷雾胶囊在整个热胁迫暴露期间对L.plantarum KLDS1.0328的保护效果存在一定差异。当温度达70℃时处理30min，PVP/GA电纺纤维及MD/GA电喷雾胶囊对这一过程更为敏感，活菌数下降了约3lg CFU/g，而各组封装L.plantarum KLDS1.0328的计数也均高于6lg CFU/g。这一结果可能是由于生物高聚物与GA之间产生了协同效应，使得形成的连续网络结构更紧密地交织在一起，在益生菌周围形成更为致密的结构化基质，作为热应激的保护屏障，抑制热及水分扩散到电纺纤维或电喷雾胶囊中，从而增强了湿热处理期间L.plantarum KLDS 1.0328的稳定性。以上结果表明，所获得的电纺纤维或电喷雾胶囊可作为湿热处理下封装L.plantarum KLDS 1.0328的良好载体。
表5不同湿热胁迫处理下游离细胞及电纺纤维/电喷雾胶囊封装L.plantarumKLDS1.0328细胞的生存能力
Figure BDA0003459738700000211
注：同一列数据上标处不同的小写字母代表不同的物料配方样品之间存在显著性差异(P<0.05)；同一行数据上标处不同的大写字母代表不同的湿热胁迫处理之间存在显著性差异(P<0.05)
3.7游离及封装L.plantarum KLDS 1.0328的贮藏稳定性分析
众所周知，为了使益生菌达到对宿主健康的预期益处，有必要确保益生菌在食物中存活且高于其阈值直至被摄入为止。因此，封装益生菌不仅应保证益生菌在加工过程中的存活，而且需保证其在贮藏过程中的存活。如图9中所示，分别测定了静电纺丝及静电喷雾封装的L.plantarum KLDS 1.0328及游离细胞在4℃及25℃下贮藏28d期间的稳定性。结果表明，在两种温度下的贮藏过程中，封装L.plantarum KLDS 1.0328的存活细胞数量明显优于未封装的细菌。于4℃及25℃下保存时游离细胞的数量均随着贮藏时间的延长显著减少(P<0.05)。将样品保持在室温环境下，14d后未经封装L.plantarum KLDS 1.0328的活性完全丧失。这也是市面上所销售的含有益生菌的食品必须在2-8℃的温度下储存的原因。在4℃下的贮藏稳定性试验也证实了，除MD/GA电喷雾胶囊封装样品的贮藏稳定性相对较低外，所选的其他电纺纤维或电喷雾基质在28d的贮藏期内，L.plantarum KLDS 1.0328的活力之间大多差别很小，且28d后PVOH/GA、PVP/GA纳米纤维及WPC/GA电喷雾胶囊中仍然含有大量的活菌(高于8lg CFU/g)。
另一方面，与25℃相比，在4℃下贮藏的封装样品中L.plantarum KLDS1.0328的存活率明显更高，这可能是由于细菌在低温下的代谢降低所致，这也说明了贮藏温度对封装益生菌生存保护作用的影响。此外，发现L.plantarum KLDS1.0328被多种不同的生物聚合物封装后于25℃贮藏28d期间的生存能力均明显下降，且其存活依赖于电纺纤维或电喷雾胶囊的组成。在25℃下储存28d末期，PVP/GA及WPC/GA基质中的活菌数不存在显著性差异(P>0.05)，且与前两者相比，PVOH/GA显著增强了L.plantarum KLDS 1.0328的生存能力，贮藏末期活菌数达(7.88±0.16)lg CFU/g。而与其他封装制剂相比，MD/GA基质中细菌的失活率显著较高(P<0.05)，贮藏末期活菌数仅为(7.88±0.16)lg CFU/g。以上结果表明，无论评估的贮藏温度为4℃或25℃，本实施例采用的多种电纺纤维及电喷雾胶囊在保护L.plantarumKLDS 1.0328方面都是有效的，能够显著增强细胞在4℃及25℃贮藏28d的稳定性。
3.8L.plantarum KLDS 1.0328电纺纤维/电喷雾胶囊的生物学特性分析
众所周知，在经历电流体动力学过程及在随后的贮藏过程中，益生菌会遭受如高压电场、剪切力、渗透压、热及氧化等环境胁迫，引起细胞活力的丧失。因此，有必要研究封装后益生菌是否能保持其特性及功能。对静电纺丝及静电喷雾工艺后L.plantarum KLDS1.0328在MRS液体培养基内pH值的改变进行测定，结果见图10。结果发现，培养12-16h过程中，PVP/GA电喷雾胶囊中L.plantarum KLDS 1.0328在无菌MRS液体培养基中的酸化活性与未封装的游离细胞相比相对较慢，但发酵结束时二者的pH值不存在显著性差异(P<0.05)。此外，未封装前游离L.plantarum KLDS 1.0328与电流体动力学后，MRS液体培养基内的酸化动力学过程之间无显著性差异(P<0.05)。
由电纺纤维及电喷雾胶囊封装及游离L.plantarum KLDS 1.0328的抑菌活性如图11(注：不同小写字母代表针对同一病原菌不同样品的活菌数之间差异显著(P<0.05))所示。结果发现，经静电纺丝及静电喷雾处理后，L.plantarum KLDS1.0328仍具有抑制S.aureus CMCC 26003、S.Typhimurium ATCC 14028及E.coli ATCC 25922的能力。与未经电纺纤维或电喷雾胶囊封装的游离细胞相比，被封装在MD/GA电喷雾胶囊中的L.plantarumKLDS 1.0328对S.Typhimurium ATCC14028的抑菌效果显著较弱(P<0.05)，而其余封装试验组对同一病原菌的抑菌活性与游离细胞之间均不存在显著性差异(P>0.05)。以上试验结果说明，整体上来说，多种电纺纤维及电喷雾胶囊封装L.plantarum KLDS 1.0328细胞保持了其抑制病原菌的能力，它们具有被纳入益生菌产品的潜力，以抑制或改善食源性病原菌在人体肠道内的感染。
结论：本实施例利用电流体动力学技术，结合益生元协同增效，构建乳杆菌稳态化封装体系，破解环境胁迫下益生菌功能稳定发挥的难题，为进一步改善益生菌在食品中实际应用的有效性提供理论依据。主要研究结果具体如下：
首次通过电流体动力学技术成功将L.plantarum KLDS 1.0328封装在以合成生物聚合物聚乙烯醇(PVOH)、聚乙烯吡咯烷酮(PVP)及食品级聚合物浓缩乳清蛋白(WPC)、麦芽糊精(MD)为基质，复配益生元阿拉伯胶(Gum arabic，GA)的电纺纤维及电喷雾胶囊中。将GA或菌体引入共混溶液后，电导率及黏度均提高，WPC/GA/菌体溶液的电导率最高，为(28.17±0.31)mS/cm，PVOH/GA/菌体溶液黏度最高为(544.0±4.6)cp(P<0.05)；扫描电镜观察到封装有菌体的合成聚合物PVOH/GA及PVP/GA分别形成局部突起的纤维及串珠纤维和胶囊共存的结构，平均纤维直径分别为(163.14±207.43)nm和(155.46±161.33)nm，而天然聚合物WPC/GA及MD/GA主要形成胶囊，平均粒径分别为(0.95±0.62)μm和(0.94±0.67)μm；结合荧光显微镜结果，菌体可沿着纳米纤维被定向包裹，或在胶囊中随机分布；红外光谱揭示了高聚物与菌体间可能存在更多分子内及分子间氢键相互作用；对电纺纤维及电喷雾胶囊的热分析表明，多种封装体系的降解温度均超过300℃，具有应用于热处理食品的潜力；PVOH/GA电纺纤维对菌体的封装率较高，为(96.50±1.14)％；与游离细胞相比，在暴露于模拟胃肠道胁迫后，上述聚合物/GA体系内细胞存活率显著提高，其中，PVOH/GA基质封装的细胞表现出最高的存活率(7.63±0.11)lg CFU/g，其次是WPC/GA胶囊及PVP/GA纤维(>7lg CFU/g)，且益生元GA的添加显著改善了电喷雾胶囊抵御模拟胃肠道胁迫的能力(P<0.05)；PVOH/GA电纺纤维及WPC/GA电喷雾胶囊在渗透压及湿热胁迫下的抗性较强，且在25℃室温及4℃冷藏28d后表现出较低的活力损失，但MD/GA用于封装菌体则表现出较低的稳定性；此外，封装基质复水后菌体大多仍保有原代谢产酸及抑菌能力。综上所述，电流体动力学技术在封装益生菌及提高其在环境胁迫下的耐受性方面具有巨大潜力。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.包埋益生菌的阿拉伯胶复合纤维/胶囊，其特征在于，将乳酸菌封装在以生物聚合物为基质，复配阿拉伯胶的静电纺丝纤维或者静电喷雾胶囊中；其中，所述生物聚合物选自聚乙烯醇、聚乙烯吡咯烷酮和乳清蛋白中的一种；
所述生物聚合物为聚乙烯醇或聚乙烯吡咯烷酮时，所述包埋益生菌的阿拉伯胶复合纤维/胶囊的制备方法，包括以下步骤：
a1.制备乳酸菌菌悬液；将阿拉伯胶粉末溶解于水中得到阿拉伯胶溶液；将聚乙烯醇或聚乙烯吡咯烷酮溶于水得到生物聚合物溶液；生物聚合物溶液和阿拉伯胶溶液搅拌混匀得到混合溶液；
a2.将所述乳酸菌菌悬液置于所述混合溶液中，搅拌混匀后得到混合菌液；
a3.向混合菌液中加入助剂后进行静电纺丝或者静电喷雾，得到所述包埋益生菌的阿拉伯胶复合纤维/胶囊；
所述生物聚合物为乳清蛋白时，所述包埋益生菌的阿拉伯胶复合纤维/胶囊的制备方法，包括以下步骤：
b1.制备乳酸菌菌悬液；将阿拉伯胶粉末溶解于水中得到阿拉伯胶溶液；将乳清分离蛋白置于阿拉伯胶溶液中搅拌混合得到混合溶液；
b2.将所述乳酸菌菌悬液置于所述混合溶液中，搅拌混匀后得到混合菌液；
b3.向混合菌液中加入助剂后进行静电纺丝或者静电喷雾，得到所述包埋益生菌的阿拉伯胶复合纤维/胶囊；
所述a3和b3中，所述助剂为吐温80，所述助剂的加入量为混合菌液中生物聚合物质量的5％。
2.根据权利要求1所述的包埋益生菌的阿拉伯胶复合纤维/胶囊，其特征在于，所述乳酸菌为L.plantarum KLDS 1.0328。
3.根据权利要求1所述的包埋益生菌的阿拉伯胶复合纤维/胶囊，其特征在于，所述静电纺丝纤维直径为150-170nm，所述静电喷雾胶囊的粒径为0.8-1.2nm。
4.根据权利要求1所述的包埋益生菌的阿拉伯胶复合纤维/胶囊，其特征在于，所述a1和b1中，制备乳酸菌菌悬液具体步骤如下：将乳酸菌以2％的接种量添加至MRS液体培养基中，于35-39℃条件下厌氧培养20-24h，得到的发酵菌液在4℃下5000×g离心10min，用无菌PBS缓冲液洗涤后重新悬浮在无菌PBS缓冲液中，使乳酸菌细胞浓度为109-1010 CFU/mL。
5.根据权利要求1所述的包埋益生菌的阿拉伯胶复合纤维/胶囊，其特征在于，所述a1中，阿拉伯胶溶液的质量体积浓度为20％，所述生物聚合物溶液中聚乙烯醇或聚乙烯吡咯烷酮的质量体积浓度为10％，所述生物聚合物溶液和阿拉伯胶溶液的混合质量比为8:2；
所述b1中，阿拉伯胶溶液的质量体积浓度为4％，所述混合溶液中乳清分离蛋白的质量体积浓度为20％。
6.根据权利要求1所述的包埋益生菌的阿拉伯胶复合纤维/胶囊，其特征在于，所述a2和b2中，所述混合菌液中乳酸菌浓度为109-1010 CFU/mL。
7.根据权利要求1所述的包埋益生菌的阿拉伯胶复合纤维/胶囊，其特征在于，
所述a3和b3中，静电纺丝或者静电喷雾的参数为：电压16-21kV，流速为0.3-1.0mL/h，距离10-16cm。
8.一种根据权利要求1-7任一项所述的包埋益生菌的阿拉伯胶复合纤维/胶囊在制备食品和/或药品和/或保健品中的应用。
CN202210013148.3A 2022-01-07 2022-01-07 包埋益生菌的阿拉伯胶复合纤维/胶囊及其制备方法和应用 Active CN114287634B (zh)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210013148.3A CN114287634B (zh) 2022-01-07 2022-01-07 包埋益生菌的阿拉伯胶复合纤维/胶囊及其制备方法和应用
US18/150,519 US20230193514A1 (en) 2022-01-07 2023-01-05 Probiotic-encapsulating gum arabic composite fiber/capsule, preparation method and application thereof

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210013148.3A CN114287634B (zh) 2022-01-07 2022-01-07 包埋益生菌的阿拉伯胶复合纤维/胶囊及其制备方法和应用

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN114287634A CN114287634A (zh) 2022-04-08
CN114287634B true CN114287634B (zh) 2022-08-19

Family

ID=80975179

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202210013148.3A Active CN114287634B (zh) 2022-01-07 2022-01-07 包埋益生菌的阿拉伯胶复合纤维/胶囊及其制备方法和应用

Country Status (2)

Country Link
US (1) US20230193514A1 (zh)
CN (1) CN114287634B (zh)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115305653B (zh) * 2022-08-31 2024-03-19 江苏大学 一种食品抗菌纳米纤维膜的制备方法及应用
CN115844806B (zh) * 2023-02-02 2023-05-23 广东益可维生物技术有限公司 一种活性益生菌膜材及其制备方法

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103283975A (zh) * 2013-03-27 2013-09-11 广州格拉姆生物科技有限公司 一种用喷雾干燥制备益生菌微胶囊的方法
US20150209469A1 (en) * 2014-01-24 2015-07-30 The Procter & Gamble Company Web Comprising a Microorganism-Containing Fibrous Element and Methods for Making Same
CN108589045B (zh) * 2018-04-10 2021-06-08 华南理工大学 一种负载益生元和/或益生菌的纳米纤维膜及制备与应用
CN112741328A (zh) * 2021-01-13 2021-05-04 斯普瑞喷雾系统(上海)有限公司 一种提高干燥后菌粉活性的低温静电喷雾干燥方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN114287634A (zh) 2022-04-08
US20230193514A1 (en) 2023-06-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Feng et al. A novel route for double-layered encapsulation of probiotics with improved viability under adverse conditions
Jayani et al. Bacterial Cellulose Nano Fiber (BCNF) as carrier support for the immobilization of probiotic, Lactobacillus acidophilus 016
Ma et al. Electro-encapsulation of probiotics in gum Arabic-pullulan blend nanofibres using electrospinning technology
Yilmaz et al. An alternative way to encapsulate probiotics within electrospun alginate nanofibers as monitored under simulated gastrointestinal conditions and in kefir
CN114287634B (zh) 包埋益生菌的阿拉伯胶复合纤维/胶囊及其制备方法和应用
Tao et al. Influence of polysaccharide as co-encapsulant on powder characteristics, survival and viability of microencapsulated Lactobacillus paracasei Lpc-37 by spray drying
Amine et al. Effect of palmitoylated alginate microencapsulation on viability of Bifidobacterium longum during freeze-drying
Vaziri et al. Improving survivability of Lactobacillus plantarum in alginate-chitosan beads reinforced by Na-tripolyphosphate dual cross-linking
Zhang Recent advances in probiotics encapsulation by electrospinning
CN106617093B (zh) 耐酸、稳定的益生菌微胶囊及其制备方法和应用
Huang et al. Enhanced survival of probiotics in the electrosprayed microcapsule by addition of fish oil
Li et al. Improving probiotic (Lactobacillus casei) viability by encapsulation in alginate-based microgels: Impact of polymeric and colloidal fillers
Xie et al. Polysaccharides, proteins, and their complex as microencapsulation carriers for delivery of probiotics: A review on carrier types and encapsulation techniques
Ma et al. Enhanced viability of probiotics encapsulated within synthetic/natural biopolymers by the addition of gum arabic via electrohydrodynamic processing
Mi et al. Preparation of N, O-carboxymethyl chitosan coated alginate microcapsules and their application to Bifidobacterium longum BIOMA 5920
Ghorbani et al. Encapsulation of lactic acid bacteria and Bifidobacteria using starch‐sodium alginate nanofibers to enhance viability in food model
Akbar et al. Electrospun probiotics: an alternative for encapsulation
CN112890204A (zh) 一种利用葡萄籽提取物作为益生元的微胶囊及其制备方法
CN115305653A (zh) 一种食品抗菌纳米纤维膜的制备方法及应用
CN114916675A (zh) 一种提高益生菌存活率的水包油包水型复乳凝胶珠、制备方法和应用
Zhang et al. A simple mechanical agitation method to fabricate chitin nanogels directly from chitin solution and subsequent surface modification
CN116084047A (zh) 一种共载益生菌和抗氧化剂的功能性纳米纤维
Zhang et al. Utilizing chitosan and pullulan for the encapsulation of Lactiplantibacillus plantarum ZJ316 to enhance its vitality in the gastrointestinal tract
Liu et al. Preparation and properties of a novel sodium alginate microcapsule
CN114672480A (zh) 植物乳杆菌凝胶珠及其制备方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant
CB03 Change of inventor or designer information
CB03 Change of inventor or designer information

Inventor after: Hou Juncai

Inventor after: Ma Jiage

Inventor after: Jiang Zhanmei

Inventor after: Xu Cong

Inventor after: Wang Wan

Inventor before: Hou Juncai

Inventor before: Ma Jiage

Inventor before: Jiang Zhanmei

Inventor before: Xu Cong

Inventor before: Wang Wan