CN119120251A - 一种益生菌冻干粉及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种益生菌冻干粉及制备方法。该益生菌冻干粉包括以下组分：乳糖、保护剂、稳定剂、维生素、水、葡萄糖、益生菌剂、改性载体。该冻干粉是先通过载体、交联剂与改性剂之间交联反应来制备改性载体；同时利用原料中基础物质培养益生菌剂；最后将改性载体对益生菌剂进行包覆所制备得到的。与现有技术相比，本发明制备的益生菌冻干粉具备热稳定性好、存放长时间后活性高的优点。
Description
技术领域
本发明涉及冻干粉技术领域，尤其涉及一种益生菌冻干粉及其制备方法。
背景技术
益生菌冻干粉是一种将益生菌通过冷冻干燥技术制成的粉末状产品。这种技术能够有效地保持益生菌的活性和稳定性，便于储存和运输。在当前健康意识日益增强的社会背景下，益生菌冻干粉因其独特的健康益处而受到了广泛关注。益生菌是一类对宿主有益的活性微生物，能够帮助维持肠道菌群的平衡，促进消化吸收，提高免疫力，甚至对改善某些疾病具有潜在效果。然而，益生菌的活性很容易受到外界环境的影响，如温度、湿度、氧气等，因此在储存和运输过程中保持其活性是一个很大的挑战。
为了解决这个问题，冷冻干燥技术应运而生。这种技术首先将益生菌溶液快速冷冻，然后在低温下将水分从固态直接转化为气态，从而实现干燥。这个过程被称为升华。通过这种方式，益生菌的活性得到了最大程度的保持，因为低温和缺氧环境减少了对细胞的损伤。随着科学研究的深入和消费者对健康产品的需求增加，益生菌冻干粉在市场上的地位越来越重要。它不仅可以作为保健品直接食用，还可以作为添加剂用于食品、饮料和保健品的生产。
CN108113001A公开了一种治疗胃溃疡的益生菌冻干粉，该方法是以鼠李糖乳杆菌、乳双岐杆菌、干酪乳杆菌、嗜酸乳杆菌为益生菌菌种，将其经活化、扩大培养后，接种入由莼菜汁、山药粉、刺玫果粉、黑糖为原料制得的培养基中进行发酵，再经冷冻干燥制得。该发明所得益生菌冻干粉不仅具有健胃消食的功效，还对幽门螺旋杆菌引起的胃溃疡有明显疗效。但是该方法制备的益生菌冻干粉的存放时间较短。
CN110279118A公开了一种复合益生菌组合物、复合益生菌冻干粉胶囊及制备方法，包括鼠李糖乳杆菌、嗜酸乳杆菌、德式乳杆菌保加利亚亚种菌和干酪乳杆菌，以单菌培养至稳定期的菌液，按体积比50～60:25～35:1:1～2混合。该发明复合益生菌组合物配方通过研究获得了特殊的菌种数量配比,使得菌体在肠道定植的数量达到最佳化。但是该方法通过改变特殊的菌种数量配比来达到最佳效果，但是当在实际使用过程中会因为用水服用导致浓度改变，会影响冻干粉的使用效果。
自制益生菌酸奶可以通过添加益生菌冻干粉来增强其保健功能。然而，如果将长时间存放在家中的益生菌冻干粉直接放入刚经过高温灭菌的器皿中，或者用热水稀释益生菌冻干粉，可能会导致最终制备的酸奶保健效果显著降低。
发明内容
有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是提高益生菌冻干粉的热稳定性、同时延长益生菌冻干粉的使用期限。
为实现上述目的，本发明提供了一种益生菌冻干粉，以重量份计，包括以下组分：20-50份乳糖、10-30份保护剂、5-15份稳定剂、20-100份维生素、10-50份水、10-25份葡萄糖、50-250份益生菌剂、20-80份改性载体，所述改性载体由改性剂、载体和交联剂制备而成。
优选的，所述改性载体的制备方法，包括如下步骤：
A1、将载体加入到浓度为0.1-3wt％乙酸水溶液中，并在室温下搅拌均匀得到载体溶液；
A2、向A1中的载体溶液中继续加入改性剂中，加入交联剂，在室温下以40-45kHz，300-1000W超声5-10min，透析过滤，即得改性载体。
更优选的，所述改性载体的制备方法，包括如下步骤，以重量份计：
A1、将2-15份载体加入到5-15份浓度为0.1-3wt％乙酸水溶液中，并在室温下搅拌均匀得到载体溶液；
A2、向A1中的载体溶液中继续加入3-30份改性剂中，加入2-15份交联剂，在室温下以40-45kHz，300-1000W超声5-10min，透析过滤，即得改性载体。
优选的，所述益生菌剂为双歧杆菌、乳杆菌的混合物。
优选的，所述载体为壳寡糖、羧甲基壳聚糖、羟乙基脱乙酰壳多糖中的任意一种。
优选的，所述改性剂为高良姜素、环姜黄素、2-羟基-3-甲氧基-5-甲酰基苯亚甲基乙酰乙酮中的任意一种。
优选的，所述交联剂为柠檬酸酐、马来酸酐、衣康酸酐中的任意一种。
更优选的，所述双歧杆菌为长双歧杆菌婴儿亚种CICC 6069、长双歧杆菌CICC6207、短双歧杆菌CICC 6079、青春双歧杆菌CICC 6070、动物双歧杆菌CICC 6165中的一种或多种。
更优选的，所述乳杆菌为瑞士乳杆菌CICC 22815、嗜酸乳杆菌CICC 6074、罗伊氏乳杆菌CICC 6119、类干酪乳杆菌类干酪亚种CICC 6111中的一种或多种。
一种益生菌冻干粉的制备方法，包括如下步骤，以重量份计：
步骤一、接种50-250份益生菌剂于20-50份乳糖、10-30份保护剂、20-100份维生素、10-25份葡萄糖构成的培养基中，在35-38℃恒温厌氧培养14-20h，然后在2-6℃，以4000-5000r/min离心5-12min，得到益生菌菌泥；
步骤二、将步骤一中制备的益生菌剂菌泥、20-80份改性载体，加入10-50份水，5-15份稳定剂，在20-28℃、200-300rpm搅拌1-2h；过滤浓缩，再迅速置于-90～﹣70℃预冻0.5-1h，然后置于0.5-1kPa、-90～﹣70℃冷冻干燥50h，即得益生菌冻干粉。
在这个配方中，各原料及其作用如下：
乳糖：乳糖作为一种益生元，能够为益生菌提供营养，促进其在肠道中的生长和繁殖。此外，乳糖还能够增加益生菌冻干粉的稳定性，提高冻干粉的保存性能。
海藻糖：海藻糖起到保护剂的作用。海藻糖是一种天然糖类，具有优异的稳定性和保护作用。在冻干过程中，益生菌细胞面临脱水、温度变化和氧化等压力，这些压力可能导致细胞结构的破坏和生物活性的丧失。海藻糖通过其独特的分子结构，能够在细胞脱水时替代水分，保护细胞膜和蛋白质的结构稳定性，从而减少冷冻干燥对益生菌的损伤。
乳清蛋白：乳清蛋白在本发明中的作用是稳定剂。乳清蛋白是一种高质量的蛋白质，具有优良的溶解性和稳定性。并且能够确保最终产品中益生菌的活性和稳定性，使其能够在运输和储存过程中保持较高的存活率。
维生素：在益生菌冻干粉中添加维生素，不仅可以为益生菌提供生长所需的营养物质，还可以增强益生菌的活力和稳定性，提高产品的整体功效。此外，维生素还能够为食用者提供额外的营养价值，使产品更具市场竞争力。
水：水帮助溶解和分散其他成分，如海藻糖、乳清蛋白和维生素，使得这些成分能够均匀地分布在益生菌冻干粉中。此外，水还在益生菌的活化过程中发挥作用，有助于维持益生菌的活力和稳定性。在冻干过程中，水作为溶剂帮助形成溶液，然后在冷冻干燥过程中被移除，以保持益生菌的长期稳定性。
葡萄糖：首先，葡萄糖是益生菌的主要能量来源，能够促进益生菌的生长和代谢，增强其在肠道中的存活能力。其次，葡萄糖还作为一种天然的甜味剂，可以改善产品的口感，使其更易被消费者接受。
双歧杆菌：双歧杆菌是一种革兰氏阳性菌，属于益生菌的一种，对人体健康具有多种益处。首先，双歧杆菌能够在肠道内定植，帮助维持肠道微生物群的平衡，抑制有害菌的生长，促进肠道健康。其次，双歧杆菌能够增强机体免疫力，帮助抵御病原体的侵袭。此外，双歧杆菌还能够产生多种有益物质，如维生素和短链脂肪酸，对人体的消化吸收和营养状态有积极的促进作用。
乳杆菌：乳杆菌是一类常见的益生菌，对人体健康有着多种益处。首先，乳杆菌能够在肠道内存活，促进肠道微生物群的平衡，有助于维护肠道健康。其次，乳杆菌能够帮助消化食物，改善肠道功能，促进营养物质的吸收。此外，乳杆菌还能够产生有益的代谢产物，如短链脂肪酸，对肠道健康和整体健康都有积极的影响。
载体：载体是一种可交联的物质，其表面含有氨基官能团和羟基官能团。这些羟基官能团能够在交联剂的作用下先与交联剂的酸酐反应，交联之后的物质所含有的氨基官能团再与改性剂的羟基发生反应，从而形成稳定的交联结构，得到改性载体。这种交联结构不仅提高了载体的稳定性和机械强度，还增强了载体与益生菌之间的相互作用，有助于提高益生菌在冻干过程中的存活率和活性。此外，载体还能提供一定的空间结构，有助于益生菌的定植和生长，从而增强产品的整体效果。因此，在益生菌冻干粉中，载体通过与改性剂的交联反应，提高了产品的稳定性和益生菌的存活率，从而发挥出更好的效果。
乙酸：乙酸作为载体溶液的组成部分，有助于维持溶液的稳定性和适宜的pH值，为载体和改性剂的反应创造有利条件。
改性剂：改性剂是一类含有羟基官能团的化合物，其羟基能够与载体经过交联剂交联后聚合物表面含有的氨基官能团发生反应，形成稳定的交联结构得到改性载体。这种交联结构可以提高了载体的稳定性和机械强度。
交联剂：交联剂是一类含有酸酐官能团的化合物，可以使得载体与改性剂两种物质进行交联，制备得到改性载体。
本发明的有益效果：
本发明先利用交联剂中的酸酐将载体中的羟基官能团、氨基官能团与改性剂中的羟基官能团交联来制备得到改性载体；最后再将改性载体对益生菌剂进行包覆，包覆以后可以减少外界环境酸、碱、高温等不利条件对益生菌的损害，这样有利于提高益生菌的热稳定性和起到缓慢作用的效果，延长了益生菌剂的使用期限。
具体实施方式
使用具体化学物质的参数，来源。
2-羟基-3-甲氧基-5-甲酰基苯亚甲基乙酰乙酮，2-Hydroxy-3-methoxy-5-formyl-benzyliden-acetylaceton，CAS号：345-79-6。
乳糖，100目，乐盛源生物科技(南京)有限公司。
海藻糖，100目，兰州沃特莱斯生物科技有限公司。
乳清蛋白，WPC80，广东海升食品配料有限公司。
维生素，主要营养成分为维生素A、维生素B、维生素C、维生素B1、维生素B2、叶酸、烟酸，山东齐鲁中牧生物科技有限公司。
长双歧杆菌婴儿亚种CICC 6069，Bifidobacterium longum subsp.Infantis，购自中国工业微生物菌种保藏管理中心。
嗜酸乳杆菌CICC 6074，Lactobacillus acidophilus，购自中国工业微生物菌种保藏管理中心。
实施例1
一种益生菌冻干粉的制备方法，包括如下步骤：
步骤一、将100g长双歧杆菌婴儿亚种CICC 6069、100g嗜酸乳杆菌CICC 6074用无菌生理盐水稀释至1012CFU/g，然后接种于由20g乳糖、15g海藻糖、80g维生素、15g葡萄糖构成的培养基中，在35℃厌氧培养20h，然后在2℃，以4000r/min离心10min，得到益生菌剂菌泥；
步骤二、将步骤一中制备得到的益生菌剂菌泥、50g改性载体，加入20mL水、10g乳清蛋白，在28℃、以300rpm搅拌1h；过滤杂质，将混合液浓缩，再迅速置于﹣90℃预冻1h，然后置于0.5KPa、﹣90℃真空冷冻干燥机中冷冻50h，再研磨，即得益生菌冻干粉。
其中，所述改性载体的制备方法，包括如下步骤：
A1、将10g羟乙基脱乙酰壳多糖加入到15mL浓度为0.1wt％乙酸水溶液中，并在25℃下搅拌均匀得到羟乙基脱乙酰壳多糖溶液；
A2、向A1中的羟乙基脱乙酰壳多糖溶液中继续加入25g改性剂2-羟基-3-甲氧基-5-甲酰基苯亚甲基乙酰乙酮，加入10g柠檬酸酐，在25℃下以40kHz，以500W超声10min，再将混合物用14000MWCO透析膜和50mL水透析72h，即得改性载体。
实施例2
本申请实施例2与实施例1的不同之处在于将羟乙基脱乙酰壳多糖替换为壳寡糖。
实施例3
本申请实施例3与实施例1的不同之处在于将羟乙基脱乙酰壳多糖替换为羧甲基壳聚糖。
实施例4
本申请实施例4与实施例1的不同之处在于将2-羟基-3-甲氧基-5-甲酰基苯亚甲基乙酰乙酮替换为高良姜素。
实施例5
本申请实施例5与实施例1的不同之处在于将2-羟基-3-甲氧基-5-甲酰基苯亚甲基乙酰乙酮替换为环姜黄素。
对比例1
本申请对比例1与实施例1的不同之处在于将羟乙基脱乙酰壳多糖替换为壳聚糖。
对比例2
本申请对比例2与实施例1的不同之处在于将2-羟基-3-甲氧基-5-甲酰基苯亚甲基乙酰乙酮替换为姜黄素。
测试例1
1、益生菌冻干粉活菌数：依照GB/T 4789.21-2003《食品卫生微生物学检验冷冻饮品、饮料检验》检验方法进行；
存放时间统计：将实施例1-5和对比例1-2制得的益生菌冻干粉，存放于温度37℃，湿度75％的环境中，于第0个月、第一个月和第二个月，对制剂中的活菌数进行统计，并计算益生菌的存活率，存活率＝第一或二个月末的活菌数/第0个月末的活菌数×100％。
2、益生菌冻干粉存放热稳定性：
I.高温储存后的存活率：实施例1-5和对比例1-2制备的每组样品取10袋，分别测试放置前各组益生菌冻干粉的活菌数记为活菌数0，同时测试在38℃、湿度为75％放置30d后活菌数记为活菌数1；其中，存活率(％)＝(经过储存后菌粉活菌数1/放置前的菌粉活菌数0)×100％，最后计算10袋的平均值；
II.结块率：实施例1-5和对比例1-2制备的每组样品取10袋，分别测试放置前各组益生菌冻干粉分别在40℃、湿度为75％的培养箱放置30d，分别过60目筛，计算结块率(％)＝留在筛网上的产品质量/产品总质量×100％，最后计算10袋的平均值；
3、益生菌冻干粉分散溶解性：采用离心沉淀法测定上述样品的溶解性。在10倍体积的蒸馏水中溶解质量为m的益生菌冻干粉，然后1000rpm离心10min，弃去上清液，将沉淀物用GB/T 29602-2013《固体饮料》中测试水分的方法进行测试，干燥后称质量得m2，并记录m1为已经恒质量过的称量皿质量，菌粉的溶解度根据下式计算。菌粉的溶解度(％)＝[1-(m2-m1)/m]×100％。
测试结果见表一：
表一
通过表一中的各项测试数据，可以知道实施例1-5和对比例1-2相对比，实施例1制备的益生菌冻干粉的热稳定性最好、存放时间最长，从而可以更好地延长益生菌冻干粉的使用期限。
相比较实施例1-3和对比例1的表中各项数据，发现每项数据均有差异，而造成这些数据差异的原因可能是使用了不同的载体。载体含有胺基官能团和羟基官能团，载体的作用是利用羟基官能团先与交联剂的酸酐反应形成聚合物，然后聚合物中含有的胺基官能团与改性剂中含有的羟基官能团反应制备得到改性载体，改性载体再对益生菌剂进行包覆，从而可以保护益生菌免受外界环境的影响，如氧气、湿度、紫外线和极端温度等引起的变质问题，从而提高益生菌在储存和运输过程中的稳定性。实施例1中的羟乙基脱乙酰壳多糖，羟乙基脱乙酰壳多糖在脱乙酰过程中除了含有羟基和胺基官能团外还含有羟乙基基团，这些基团的引入增加了聚合物的亲水性和柔性，使得冻干粉在水溶液中具有更好的溶解性和分散性，因此在溶解性和结块率等方面的性能更好。因为，亲水性改性载体能够吸收和保持水分，这对于维持益生菌的活性至关重要。特别是在冻干过程中，益生菌会失去大部分水分，从而影响益生菌的活性，而亲水性载体可以在重新水化的过程中迅速吸收水分，为益生菌提供一个湿润的环境，有助于其恢复活性，有利于延长冻干粉的存放时间。所以在实施例2和实施3以及对比例1中改性载体并没有实施例1中的改性载体的亲水性能好、溶解性好。
相比较实施例1、实施例4-5和对比例2的表中各项数据，发现测试的各项数据均有不同，而造成数据差异的原因可能是使用了不同的改性剂。而改性剂含有羟基官能团和黄酮类基团，改性剂的作用是通过羟基在交联剂作用下与载体进行交联制备得到改性载体。实施例1中的2-羟基-3-甲氧基-5-甲酰基苯亚甲基乙酰乙酮除了含有羟基官能团外，还含有醛基官能团，醛基官能团可以与载体中含有的氨基官能团发生席夫反应动态生成共价亚胺键。该反应过程即使在温和的条件下也会发生动态可逆反应，有利于改性载体在受损后能够恢复其自身结构和功能，因此能够提供更好的保护作用，进而减少了益生菌与外界环境的接触，从而延长了益生菌的使用期限。同时，2-羟基-3-甲氧基-5-甲酰基苯亚甲基乙酰乙酮含有芳香醛，芳香醛含有苯环结构，引入到改性载体聚合物网络中，可以适当提高改性载体的刚性，从而增加改性载体的力学性能和机械性能，而良好的机械性能允许更精确地控制载体的孔隙结构。适宜的孔隙率有助于在冻干过程中形成均匀的冰晶，从而在升华过程中产生均匀的蒸汽流，减少局部热应力，提高热稳定性。载体具有较好的机械性能，可以在益生菌外形成一层保护性的屏障，这层屏障可以减少益生菌在冻干过程中的热冲击和机械损伤，因此使得冻干粉的热稳定性以及存放时间是最好的。因为实施例1中的改性剂含有刚性结构和发生席夫反应动态修复改性载体，所以实施例4-5和对比例2所制备的冻干粉比实施例1所制备的冻干粉的存放时间要短。
Claims (10)
1.一种益生菌冻干粉，其特征在于，包括如下重量份的组分：20-50份乳糖、10-30份保护剂、5-15份稳定剂、20-100份维生素、10-50份水、10-25份葡萄糖、50-250份益生菌剂、20-80份改性载体，所述改性载体由改性剂、载体和交联剂制备而成。
2.如权利要求1所述的益生菌冻干粉，其特征在于，所述改性载体的制备方法，包括如下步骤：
A1、将载体加入到0.1-3wt％乙酸水溶液中，并在室温下搅拌均匀得到载体溶液；
A2、向A1中的载体溶液中继续加入改性剂，加入交联剂，在室温下以40-45kHz，300-1000W超声5-10min，透析过滤，即得改性载体。
3.如权利要求2所述的益生菌冻干粉，其特征在于，所述改性载体的制备方法，包括如下步骤，以重量份计：
A1、将2-15份载体加入到5-15份浓度为0.1-3wt％乙酸水溶液中，并在室温下搅拌均匀得到载体溶液；
A2、向A1中的载体溶液中继续加入3-30份改性剂中，加入2-15份交联剂，在室温下以40-45kHz，300-1000W超声5-10min，透析过滤，即得改性载体。
4.如权利要求1所述的益生菌冻干粉，其特征在于，所述益生菌剂为双歧杆菌、乳杆菌的混合物。
5.如权利要求2所述的益生菌冻干粉，其特征在于，所述载体为壳寡糖、羧甲基壳聚糖、羟乙基脱乙酰壳多糖中的任意一种。
6.如权利要求2所述的益生菌冻干粉，其特征在于，所述改性剂为高良姜素、环姜黄素、2-羟基-3-甲氧基-5-甲酰基苯亚甲基乙酰乙酮中的任意一种。
7.如权利要求2所述的益生菌冻干粉，其特征在于，所述交联剂为柠檬酸酐、马来酸酐、衣康酸酐中的任意一种。
8.如权利要求4述的益生菌冻干粉，其特征在于，所述双歧杆菌为长双歧杆菌婴儿亚种CICC 6069、长双歧杆菌CICC 6207、短双歧杆菌CICC 6079、青春双歧杆菌CICC 6070、动物双歧杆菌CICC 6165中的一种或多种。
9.如权利要求4所述的益生菌冻干粉，其特征在于，所述乳杆菌为瑞士乳杆菌CICC22815、嗜酸乳杆菌CICC 6074、罗伊氏乳杆菌CICC 6119、类干酪乳杆菌类干酪亚种CICC6111中的一种或多种。
10.如权利要求1-9任一项所述的益生菌冻干粉的制备方法，其特征在于，包括如下步骤，以重量份计：
步骤一、接种50-250份益生菌剂于20-50份乳糖、10-30份保护剂、20-100份维生素、10-25份葡萄糖构成的培养基中，在35-38℃恒温厌氧培养14-20h，然后在2-6℃，以4000-5000r/min离心5-12min，得到益生菌菌泥；
步骤二、将步骤一中制备的益生菌剂菌泥、20-80份改性载体，加入10-50份水，5-15份稳定剂，在20-28℃、200-300rpm搅拌1-2h；过滤浓缩，再迅速置于﹣90～﹣70℃预冻0.5-1h，然后置于0.5-1kPa、﹣90～﹣70℃冷冻干燥50h，即得益生菌冻干粉。
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