益生菌微胶囊包埋方式的研究进展

杨 畅 ，冯志宽 ，李洪亮 ，3，吴秀英 ，李树森

（1.蒙牛高科乳制品（北京）有限责任公司，北京 101100；2.内蒙古蒙牛乳业（集团）股份有限公司，内蒙古呼和浩特 011500；3.蒙牛乳业（北京）有限责任公司，北京 101100）

益生菌（Probiotics） 是一类能够改善宿主肠内微生物平衡，并对宿主产生正面效益的微生物[1]。可以改善乳糖不耐受人群对乳类营养物质的摄入，并通过调节人体肠道菌群的组成来提高人体免疫力[2]。但在实际应用过程中，益生菌常常因为胃酸和胆汁的作用，在进入人体肠道后活性降低甚至消失而无法发挥其作用[3-4]。因此，必须通过一些方法提高益生菌在肠道中的存活率。微胶囊包埋技术[5]的出现很好地解决了这一问题，利用微胶囊包埋技术可以将益生菌包埋在壁材溶液中，增强益生菌对外界不良环境的抵抗能力，控制益生菌的释放时间和释放位置，从而提高益生菌的存活率[6]。微胶囊的包埋方法与包埋效果两者关系密切，目前比较常见的包埋方法包括单层法、双层法和三层法。对不同包埋方法及其包埋效果进行了总结和分析，以期为更好地应用微胶囊包埋技术提供一定的参考价值。

1 单层法包埋

单层法包埋的主要壁材为海藻酸钠和氯化钙，根据不同的功能特性要求，在此基础上添加其他辅助材料。韩建春等人[7]将海藻酸钠与亚麻籽胶混合后再与益生菌进行混合，之后添加1.5%的氯化钙溶液进行钙化，形成的凝胶球在pH值5.5的壳聚糖溶液中成膜，经过包埋处理的益生菌，在肠道消化后仍具有108CFU/mL的活菌数，对肠道致病菌的抑制作用明显提升。张和平等人[8]以海藻酸钠作为壁材，以葡萄糖醛酸内酯（GDL）作为诱导剂，对其分离的菌株干酪乳杆菌进行了包埋。结果发现，与未经包埋的菌株相比，包埋后的菌株活性可提高约40%。Holkem A T等人[9]以海藻酸钠作为壁材，缓慢滴加氯化钙溶液形成包埋层。结果发现，包埋的BB-12活性益生菌在7℃和25℃条件下贮存120 d后，活性有所降低，而在-18℃下储存的包埋益生菌活性仍保持在1×107CFU/g以上。此外，也有一些性能独特的包埋材料，如苏日佳等人[10]将甘油、聚乙烯吡咯烷酮、聚乙二醇等按比例进行混合，对双歧杆菌进行了包埋处理。结果发现，包埋后的双歧杆菌在常温下仍具有较高的活性，在37℃下放置4个月后活性仍高于1×109CFU/g。肖调义等人[11]用多孔淀粉、乳清粉和海藻糖混合后形成的包埋层对乳酸菌和酵母菌进行了包埋，包埋后活菌数可达到1×1010CFU/g，生产工艺简单、成本较低。陈俊杰[12]以纯谷物作为包埋材料，通过谷物自乳化后与菌液进行混合，之后冷冻干燥制成微粒粉末，该包埋方式制得的产品可直接食用。单层包埋法相较于未经包埋的菌株而言，存储期的稳定性有了较为明显的提高，但单层包埋的缺陷也较为明显，在包埋过程和冷冻干燥过程中，菌粉或菌液容易附着到包埋层外壁[13]，造成菌株原料的浪费和带来微生物污染的风险。

2 双层法包埋

双层法包埋主要基于单层法包埋冷冻干燥过程中的损失进行改进设计，通过加入适量的冻干保护剂来提高包埋菌种在冻干过程中的存活率。相较于同类壁材的单层包埋菌种而言，双层法对菌种的保护力度更强。如李燕等人[14]以海藻酸钠和氯化钠制备了包埋壁材，对嗜热链球菌进行了包埋处理，之后再添加到壳聚糖盐酸盐中进行双层包埋。结果发现，单层包埋后，冷冻干燥嗜热链球菌的存活率为37.54%，而加入壳聚糖的双层包埋方式，经过冷冻干燥后，嗜热链球菌的存活率最高可达82.54%。刘会平等人[15]以微孔淀粉作为内层包埋材料，对干酪乳杆菌溶液进行吸附并干燥，之后再利用海藻酸钠与氯化钙发生离子交换反应形成的海藻酸钙作为外包埋层，所制得的微胶囊具有较强的耐酸性、耐胆盐能力和稳定的贮存能力，4℃下贮存1个月，菌落总数仍保持在109CFU/g以上。王翀等人[16]将β-环糊精和羟丙基甲基纤维素以一定比例混合作为包埋益生菌的内芯，之后再添加一定量的玉米糊精和阿拉伯胶作为包埋的壁材，形成双层的包埋结构后，再用流化床设备对其表面喷涂卵磷脂。结果表明，在该包埋方式下，包埋率可达90%以上，活菌数为1×109～1×1010CFU/g，且经过80～90℃高温加热3 min后，仍可保持1×107CFU/g以上的菌株活性。陈合等人[17]将双歧杆菌的菌悬液和含有益生元的海藻酸钠溶液进行混合，并用压力喷嘴将混合溶液挤压到含乳化剂的大豆油中，静置分层后，收集下层胶囊球，之后再制备壳聚糖和瓜尔胶组成的壁材，并对胶囊球进行二次包埋，由此制得的双层包埋结构更稳定，且壳聚糖具有很好的肠溶性，可以确保包埋颗粒在肠道中的有效释放。双层包埋虽然在一定程度上可以抑制菌粉或菌液的泄露，但是仍无法完全做到在肠道中的缓控释，包埋的菌粉往往还未到达肠道就已被分解而失去活性。

3 三层法包埋

三层法包埋相对于单层法和双层法而言，优势主要体现在其包埋的坚固性和更强的耐胃酸性，尤其以W-O-W包埋方法最为常见。崔云龙[18]以转谷氨酰胺酶交联后的蛋白质对益生菌进行包埋，作为包埋层的第1层；第2层则是添加氢化油脂包覆；第3层为可控释的包衣材料。通过该方法获得的包埋益生菌可实现靶向给药，既可以延长益生菌在室温下的保存时间，也可避免胃液的消化作用，顺利到达肠道器官发挥作用，实现靶向给药的效果。肖雯娟[19]同样以3层的方式对益生菌进行了包埋，其中第1层为脱脂乳粉、谷氨酸钠、乳糖、甘油及聚乙烯吡咯烷酮的混合物；第2层为酪蛋白、大豆分离蛋白、壳聚糖、低聚异麦芽糖、氢化植物油的混合物；第3层为海藻酸钠、卡拉胶和氯化钙的混合物。该方法的目的同样是实现靶向给药。柳永等人[20]则是对干酪乳杆菌进行了包埋，第1层为水溶性凝胶，包含卡拉胶、葡萄糖、酵母抽提物和乳酸；第2层为斯潘-80和棕榈油；第3层为海藻酸钠、碳酸钙和黄原胶的混合物。包埋后的干酪乳杆菌菌数达到1×1011CFU/mL，且85℃加热3 min后，活菌数仍能保持在4.1×1010CFU/mL，25℃下密封贮存60 d，剩余活菌数为7.2×1010CFU/mL。对其在胃液和肠液中的释放情况进行考查可以发现，干酪乳杆菌在胃液中的释放量仅为14.7%，在肠液中的释放可达到95.9%，实现了菌种的靶向释放。三层包埋法在菌体靶向缓控释方面明显优于单层法和双层法，但由于工艺的复杂性和包埋层厚度的稳定性难以控制，较难实现工业化的应用。

4 结语

益生菌经过胃液消化后，到达肠道时往往具有极低的活性或不再具有活性，将包埋技术应用于益生菌后，不仅实现了益生菌的长效保存，同时可实现益生菌在肠道中活性的维持，为益生菌的应用提供了新的途径。但是，一方面，活菌包埋时，菌种需要与包埋物进行混合，存在着泄露和交叉污染的风险；另一方面，多层包埋的方式对生产设备的要求较高，且多层包埋后的缓控释程度较难控制，也是影响益生菌微胶囊发展的主要因素之一。未来微包埋的发展方向可从以下几个方面展开：其一，开发创新包埋材料，尤其是具有良好柔性结构和耐酸特性的材料；其二，改进现有包埋设备，提高包埋率，减少因包埋不完全导致的交叉污染；其三，提升传统包埋工艺，开发壁厚均一、外观透明的微胶囊结构。