微囊化包被技術(shù)在飼用益生菌上應(yīng)用的研究進展

飼用益生菌在保存及使用時，往往會受到來自外界環(huán)境與動物體內(nèi)各種不利條件的影響，包括氧氣、高溫、胃酸、膽汁鹽、抗生素和其他細(xì)菌等，大多數(shù)益生菌對這些不利因素的抗逆性較差，導(dǎo)致自身活性降低甚至死亡。以口服形式進入活體腸道內(nèi)的益生菌必須經(jīng)過胃腸環(huán)境，胃酸、膽汁、胃蛋白酶等導(dǎo)致許多益生菌不能活著到達(dá)小腸后端，多種乳酸菌在模擬胃液的處理過程中存活能力不斷降低，存活率不足幾萬甚至幾億分之一。

為了提高益生菌在不利環(huán)境中的存活能力，對其進行保護等技術(shù)改進：①微囊化法，包裹或固定益生菌， 起到保護作用；②抗性誘導(dǎo)法，通過條件刺激產(chǎn)生抗性菌株；③添加保護劑，在益生菌中添加保護劑提高其抗逆性。

目前，大多數(shù)益生菌選擇的微囊化壁材主要是蛋白質(zhì)、多糖類或淀粉類物質(zhì)，不同類型的微膠囊材料的理化性質(zhì)不同，制作的微膠囊的性質(zhì)也有所區(qū)別。

? 2.1 蛋白類

蛋白質(zhì)由于其營養(yǎng)價值和良好的乳化性能而常被作為微囊化壁材，常用的蛋白質(zhì)壁材有乳清蛋白、酪蛋白、牛血清白蛋白、卵白蛋白、明膠等。在益生菌微囊化的應(yīng)用中，蛋白制作的益生菌微膠囊具有良好的穩(wěn)定性，能夠極好地控制益生菌在腸道內(nèi)的釋放。乳清蛋白溶性極佳，乳化性優(yōu)良，但是熱敏感性強；酪蛋白表面活性較高，對低pH 環(huán)境具有較強的緩沖能力。已有一些技術(shù)通過乳清蛋白和酪蛋白來包囊?guī)追N乳酸菌和雙歧桿菌，提高它們的抗逆性。明膠具有良好的水溶性、乳化性和降解性，經(jīng)常與海藻酸鈉相結(jié)合用于益生菌的包被。

? 2.2 多糖類

多糖類壁材種類可分為碳水化合物類、植物膠類和細(xì)菌多糖類等，由于大多數(shù)多糖具有良好的生物相容性、合適的粘稠度與一定的溶解性，并能在生物中降解，所以許多研究者選擇用多糖作為主要的微囊化材料。常見的多糖類微囊化壁材及其特點見表1。

? 2.3 改性淀粉

淀粉具有安全無毒、材料成本低、不致敏且味道平淡的特點。淀粉常常通過物理法、化學(xué)法和酶改法變成改性淀粉，以達(dá)到微囊化材料所需的性質(zhì)。微孔淀粉吸附能力強，增加微孔淀粉濃度可以提高細(xì)胞的存活率，微孔淀粉在模擬胃腸道內(nèi)能保護益生菌。

? 2.4 納米材料

“納米技術(shù)”在近20 年得到廣泛應(yīng)用， 納米材料的大小通常在1~100 nm。材料微型化導(dǎo)致了納米顆粒的比表面積顯著增加，提高其整體性能。納米材料聚合物非常適合應(yīng)用于食物的儲存，因其微小的結(jié)構(gòu)降低了氣體的滲透能力，將納米顆粒涂層在食品外能避免氧氣與其他物質(zhì)的侵蝕。一種納米顆粒涂層益生菌微膠囊的技術(shù)已獲得專利，經(jīng)過蛋白質(zhì)、多糖與納米顆粒的3 層包被，使得益生菌具有優(yōu)良的耐熱性、耐酸性和耐膽汁性。

益生菌常用擠壓法、乳化法、噴霧干燥法等微囊化技術(shù)進行包囊，在此基礎(chǔ)上選用合適的包囊材料進行封裝，提高益生菌的包埋率以及對不利因素的耐受能力。

? 3.1 擠壓法

擠壓法是一種很早就存在的微囊化技術(shù)， 是將芯材與壁材混合的過程，并通過一系列?？?，用壓力將混合懸浮溶液擠入凝固液中，當(dāng)混合物接觸凝固液時，壁材析出將芯材包裹并發(fā)生硬化的過程。擠壓法加工過程條件溫和，操作簡單，但微膠囊粒徑較大。

? 3.2 噴霧干燥法

噴霧干燥法是將液體通過噴霧干燥器噴成霧滴形態(tài)，并且依靠干燥介質(zhì)與霧滴的均勻混合， 進行熱交換和質(zhì)交換，最后使溶劑氣化或溶解物固化形成微膠囊。噴霧干燥法具有干燥速度快、產(chǎn)品純度高、生產(chǎn)簡單利于連續(xù)化生產(chǎn)等優(yōu)點，但由于干燥溫度較高， 較適用于熱敏性物質(zhì)。

? 3.3 冷凍干燥法

冷凍干燥法是一種傳統(tǒng)的保存細(xì)菌的方法。益生菌與壁材混合后在-90~-40℃ 被冷凍，然后在低壓較高溫下直接升華，最后得到多孔微膠囊。因為在冷凍干燥時容易對細(xì)胞造成傷害，所以往往需要加入各種低溫保護劑。

冷凍干燥法并不是一種溫和的微囊化技術(shù)，現(xiàn)在更多研究者往往將這種方法與其他微囊化技術(shù)結(jié)合以充分發(fā)揮其干燥功能。如將嗜熱鏈球菌的殼聚糖/ 海藻酸鈉微膠囊冷凍干燥后，其微膠囊在以海藻糖和脫脂牛奶作為凍干保護劑時，凍干存活率可高達(dá)82.54%。

? 3.4 乳化法

乳化法是將細(xì)胞與載體混合，形成油包水或水包油的均勻乳液體系，加入穩(wěn)定劑后，在液滴表面形成保護層，得到微膠囊。與擠壓法一樣，乳化法也不需要復(fù)雜的設(shè)備，更易于工業(yè)化生產(chǎn)，微膠囊粒徑較小。乳化法制備海藻酸鈉微膠囊又可分為內(nèi)源乳化法和外源乳化法。

? 3.5 復(fù)凝聚法

凝聚法是將芯材穩(wěn)定地乳化分散在壁材溶液中，通過加入某一物質(zhì)或調(diào)節(jié)溶液pH 和溫度，或采取某些特殊方法，降低壁材的溶解度，使壁材析出凝聚包裹在芯材周圍，形成微膠囊。復(fù)凝聚法則是2 種壁材由于相反電荷的相互作用使溶解度降低形成微膠囊的過程。該方法的操作過程較為溫和，微膠囊產(chǎn)品制作速度快。

? 4.1 耐酸性能

一般來說，抵抗胃酸保護益生菌安全地進入腸道是所有微膠囊都需具備的能力。大多數(shù)的微膠囊能增強益生菌的耐酸能力，這對口服的益生菌產(chǎn)品意義重大。

? 4.2 耐高溫性能

眾所周知，高溫會對大多數(shù)的益生菌造成傷害，甚至直接導(dǎo)致益生菌死亡。在各種食品和飲料加工過程中，巴氏消毒法作為一種重要的消毒手段， 雖然加熱溫度只到達(dá)60~82℃，但對許多益生菌來說仍是致命的。

? 4.3 耐濕性能

環(huán)境中的相對濕度可能是影響益生菌微膠囊理化性質(zhì)的一大因素。在恒定溫度下，Ying 等制作的微膠囊中LGG 的存活能力隨著相對濕度的升高而降低，25℃ 條件下在相對濕度分別為32%、57%、70% 環(huán)境下壁材中加入生育酚對微囊的耐濕性能有所提高。

? 4.4 儲存性能

功能性食品需要益生菌在長時間的保存期內(nèi)仍然具有活性效益，在微囊化過程中會發(fā)生細(xì)胞損傷和蛋白質(zhì)失活，但在儲存過程中的脫水、氧化同樣會對微膠囊中的益生菌產(chǎn)生傷害，從而影響益生菌的儲存性能。乳酸菌在儲存期間的大量死亡主要是由于膜脂質(zhì)的氧化，所以儲存過程中的溫度和濕度是影響乳酸菌儲存性能的重要因素。

? 4.5 其他因子

除了以上幾種環(huán)境壓力，如膽汁、酶以及其他物質(zhì)都有可能對微膠囊中的益生菌造成損害。

目前，微囊化技術(shù)在各領(lǐng)域都已成為重點，其在飼料工業(yè)領(lǐng)域雖被看好，但仍處于起步階段，微囊化給益生菌帶來了極大的保護作用，這必然引起飼料領(lǐng)域研究者的興趣。張慧等在育肥豬的基礎(chǔ)日糧中添加微膠囊益生菌，發(fā)現(xiàn)0.5 kg/t 的益生菌顯著提高了育肥豬的日增重，降低了耗料增重比，同時增加了豬腸道內(nèi)乳酸桿菌和雙歧桿菌數(shù)，減少了大腸桿菌數(shù)。為了克服植物乳桿菌與泰山松花粉多糖（TPPPS）受胃酸與酶的壓力， 馬寧等通過制備微膠囊再飼喂老鼠，制得的微膠囊包埋率達(dá)到了81.6%，并且飼喂微膠囊能提高老鼠小腸中的乳酸菌數(shù)量，減少大腸桿菌數(shù)，促進老鼠體重增加。張琳采用乳化法制備的布拉迪酵母菌和糞腸球菌微膠囊，都顯著改善了肉雞的生產(chǎn)性能、免疫功能與腸道黏膜形態(tài)，也能很好地緩解小鼠的急性潰瘍性結(jié)膜炎。

微囊化技術(shù)由于能提高益生菌多方面的耐受性能，已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于各行業(yè)，但技術(shù)尚不成熟。首先，微囊化選擇的材料比較局限，種類較少，同樣的微囊化技術(shù)不能對所有的益生菌達(dá)到一致的保護效果；其次，微囊化方法有待進一步提高，與原先單一的微囊化方法不同，現(xiàn)在越來越多的研究者會選擇多種微囊化方法結(jié)合使用，最大化提高微囊化質(zhì)量。目前，我國的畜牧養(yǎng)殖依然存在著布局不合理、環(huán)境不舒適等問題，益生菌添加劑在使用和儲存環(huán)境中也將受到各種影響，需要為飼用益生菌提供更多的保護。

在微囊化領(lǐng)域內(nèi)，將納米技術(shù)與微囊化技術(shù)相結(jié)合已成為一大熱門，納米微粒的使用可大大提高其對益生菌的保護作用，發(fā)揮更大益生效果。如何引入更多的納米材料，使用更高效的納米封裝技術(shù)并應(yīng)用于益生菌中還需要研究者更多努力。另一方面，每一種益生菌都有其獨特的性質(zhì)，在微囊化過程中，不同的操作方法、不同的參數(shù)條件都可能影響微膠囊對益生菌的保護效益。因此，每一種微囊化技術(shù)都需要不斷進行深入研究，針對不同種類益生菌構(gòu)建相應(yīng)適宜的微囊化包被方法，創(chuàng)新微囊化技術(shù)運用于益生菌產(chǎn)品生產(chǎn)。