静电喷雾干燥微囊化乳双歧杆菌BL03

姜甜1,陆文伟1, 2,崔树茂1,张灏1, 2, 3,赵建新1, 2*

1(江南大学 食品学院,江苏 无锡, 214122)2(江南大学(扬州)食品生物技术研究所,江苏 扬州, 225004) 3(江南大学国家功能食品工程技术研究中心,江苏 无锡, 214122)

静电喷雾干燥是新型微囊化益生菌的方法。该文研究了静电喷雾干燥乳双歧杆菌BL03保护剂和微囊化工艺,通过单因素和正交试验,优化得到保护剂组成为海藻糖14%,亚麻酸10%,CaHPO4 6%,β-环糊精11%(均为质量分数),最佳静电喷雾微囊化工艺进风温度80 ℃,物料泵流量30 r/min,静电压25 kV,存活率高达89.26%。乳双歧杆菌BL03菌粉扫描电镜图片显示,静电喷雾干燥微囊化包埋效果最好,包埋率高达93.3%。比较静电喷雾干燥、常规干燥和乳化冷冻干燥3种微囊化方法,静电喷雾干燥模拟胃液作用2 h,存活率超过80%;模拟肠液作用4 h,存活率达到75%;25 ℃下储存12个月,活菌数存活率超过70%,均明显优于常规干燥和乳化冷冻干燥,说明静电喷雾干燥微囊化方法适合包埋乳双歧杆菌。

关键词 静电喷雾干燥;乳双歧杆菌;益生菌;微囊化

根据FAO/WHO(2002)的定义,益生菌是指由单一或多种微生物组成的活菌,当摄入一定数量时,能通过改善宿主微生态平衡而促进机体健康[1]。活菌数是评价益生菌产品质量的一个重要指标,一般认为摄入益生菌数量至少应在106~107 CFU/g才能在宿主机体肠道中定殖并发挥益生功能[2]。因此,如何提高益生菌在制备和贮存期间以及在进入机体后的存活率十分关键,益生菌的微囊化己被证明是提高益生菌存活率和胃肠道耐受性最好的方法之一。国内外已有众多学者在利用微囊化技术提高益生菌的抗逆性方面做了大量研究工作[3]。将双歧杆菌制成微胶囊是最有效、最有前景的一种方法[4],良好的微胶囊条件可使活性双歧杆菌安全通过外界环境、胃液等不利因素到达肠道,从而增加肠道中有效双歧杆菌的数量[5-6],同时可实现其在肠道中的精准缓释[7]

微囊化技术是指利用天然或合成的高分子材料作为壁材,将固体、液体或气体等芯材包埋在生物相容性或可生物降解的聚合物基质或壳体内的一类技术[8]。在食品加工领域,微囊化技术可显著提高益生菌在加工过程中的存活数量,从而增强酸乳及其制品、果汁和风味面包等的保健功能[9-10];在农业生物技术领域,微囊化技术可用于生产兽用口服疫苗,刺激动物机体产生黏膜免疫应答[11]

目前,在食品行业中,研究和应用比较成熟的微胶囊化技术有挤压法、乳化法和喷雾干燥法[12]。但是,挤压法囊径较大,规模化生产难度高;常规乳化法对璧材的要求比较高,而且微囊化颗粒较大。喷雾干燥法是将芯材分散于囊壁材料的稀溶液中,再经较高温度下溶剂迅速蒸发而使壁材析出成囊。传统喷雾干燥法存在2个缺点:一是蒸发温度高且暴露在有机溶剂或空气中,活性物质易失活,特别是活性益生菌原料;二是由于溶剂的快速除去,囊壁上易有缝隙,致密性差,但这些缺陷在低温操作下可避免[13]。鉴于微囊化对益生菌活性的保护作用,结合挤压法、乳化法和传统喷雾干燥法的优缺点,本文首次研究新型静电喷雾干燥法制备微囊化益生菌,优化保护剂组成和微囊化工艺,并与传统喷雾干燥法和乳化法进行比较。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

乳双歧杆菌BL03(Bifidobacterium lactis BL03),江南大学;海藻糖、胆盐,Amresco公司;CaHPO4,中国医药集团;麦芽糊精,罗盖特;MRS培养基,北京奥博星;胃蛋白酶(10 000 U/g)、胰蛋白酶(250 U/g),美国Sigma公司;亚麻酸,陕西晨明生物;阿拉伯胶,安徽宏通生物;脱脂乳粉,新西兰恒天然;海藻酸钠,河南优元生物;β-环糊精,华兴生物化工;解囊液:Na2HPO4·12H2O溶液35.8 g/L,柠檬酸溶液10.5 g/L,pH 7.4,灭菌备用;无菌生理盐水:8.5 g NaCl稀释到1 000 mL,灭菌备用。

1.2 仪器与设备

PolarDry Model 050 Electrostatic Spray Dryer,Fluid Air;Smart Coater DII-29030SCTR、SEM JCM-7000台式扫描电子显微镜,日本JEOL;数显生化培养箱,金坛市新航仪器厂;238210型超净工作台, 苏净集团;分析天平,上海精密天平仪器厂;SPRAYDRIVER SD204喷雾干燥器,英国Armfield;FD-1A-80真空冷冻干燥机,北京博医实验仪器;RC25C低温高速离心机,美国Sorvall instruments DuPont;FE20/EL20 pH计,梅特勒-托利多仪器(上海);mLS-3750高压蒸汽灭菌锅,日本SANYO。

1.3 试验方法

1.3.1 菌种活化

将乳双歧杆菌BL03菌种无菌接种于MRS液体培养基中,37 ℃恒温培养OD600至3.0~5.0, 然后按5%(体积分数)接种于MRS液体培养基中,37 ℃恒温培养24 h,反复活化2~3次。

1.3.2 纯菌泥的制取

经扩大培养的乳双歧杆菌BL03,OD600在8.0~10.0,低温高速离心机离心15 min(8 000 r/min,10 ℃),弃上清液, 收集菌泥至三角烧瓶中,4 ℃冰箱中保存。

1.3.3 静电喷雾干燥

静电喷雾是通过在较低温度(室温至90 ℃)的惰性环境中(氧气体积分数<5%)产生静电雾化,先将乳化液进行静电离子化处理,静电效应将极性水分子和极性溶剂排斥到外表面,非极性的活性物质和赋形剂聚集在核心内部,再在较低温度下进行水分和溶剂蒸发干燥,从而形成微囊。

保护剂优化:制备微生物胶囊通常可采用海藻酸盐作为成膜材料[14-15],海藻糖、亚麻酸、CaHPO4、β-环糊精、阿拉伯胶也是常用的保护剂成分。分别将不同质量分数的上述物质加入到5%的麦芽糊精乳液中开展保护剂单因素试验,纯菌泥与保护剂以一定比例[m(菌泥)∶m(保护剂)=1∶2]进行乳化保护。选取保护效果较好的4种保护剂进行4因素3水平正交试验设计,得到静电喷雾干燥复配保护剂。喷雾条件为:气体流速30 Nm3/h,进风温度80 ℃,物料泵流量30 r/min,静电压20 kV,雾化压力为220 kPa。

喷雾参数优化:选取喷雾干燥可变参数进风温度、物料泵流量、静电压为工艺参数,以存活率为响应因子,设计3因素3水平正交试验。

1.3.4 常规喷雾干燥

选取脱脂乳粉、麦芽糊精、阿拉伯胶为保护剂,纯菌泥与保护剂以一定比例[m(菌泥)∶m(保护剂)=1∶2]进行乳化保护,喷雾干燥条件为,进风温度130 ℃,物料泵流量45 r/min。

1.3.5 乳化冷冻干燥

选取脱脂乳粉、海藻糖、海藻酸钠为保护剂,纯菌泥与保护剂以一定比例[m(菌泥)∶m(保护剂)=1∶2]进行乳化保护,1 000 r/min乳化10 min,低温真空冷冻干燥,冻干条件:-50 ℃预冷冻2 h,逐步升温至-18 ℃,干燥24 h,再升温至28 ℃,干燥4 h,周期48 h。

1.3.6 模拟胃液实验

向MRS培养基中加入质量分数0.5%的胃蛋白酶,调pH值至2.0,用0.22 μm的微孔滤膜过滤备用,分别接种优化后的乳双歧杆菌BL03静电喷雾干燥菌粉、常规喷雾干燥菌粉和乳化冻干菌粉,37 ℃厌氧条件下作用0、1、2 h后取样测定活菌数,计算存活率[16]

1.3.7 模拟肠液实验

向MRS培养基中加入质量分数1.0%的胰蛋白酶和0.3%的胆盐,调pH值至6.5,用0.22 μm的微孔滤膜过滤备用,分别接种优化后的乳双歧杆菌BL03静电喷雾干燥菌粉、常规喷雾干燥菌粉和乳化冻干菌粉,37 ℃厌氧条件下作用0、1、2、3、4 h后取样测定活菌数,计算存活率[16]

1.3.8 温度稳定性试验

将优化后的乳双歧杆菌BL03静电喷雾干燥菌粉、常规喷雾干燥菌粉和乳化冻干菌粉置于4、25 ℃恒温恒湿生化培养箱中,控制相对湿度为65%,测定0、1、3、6、9、12月活菌数,计算存活率。

1.3.9 微胶囊包埋率的测定

分别取1 g优化后的乳双歧杆菌BL03静电喷雾干燥菌粉、常规喷雾干燥菌粉和乳化冻干菌粉,加入9 mL pH 7.4的解囊液中,37 ℃振荡完全崩解后,用无菌生理盐水进行梯度稀释,稀释至活菌数在30~300 CFU/mL。分别取0.1 mL 3个梯度稀释的菌悬液滴于平板上,倾注MRS液体培养基,缓慢混合均匀,倒置在 37 ℃恒温条件下培养72 h,观察菌落生长情况并计数[17]

分别取1 g优化后的乳双歧杆菌BL03静电喷雾干燥菌粉、常规喷雾干燥菌粉和乳化冻干菌粉,加入9 mL稀释液中,37 ℃振荡完全稀释后,用无菌生理盐水进行梯度稀释计数,按公式(1)计算包埋率:

包埋率

(1)

式中:C1,稀释液中的活菌数,CFU/g;C0,解囊液中的活菌数,CFU/g。

1.3.10 扫描电镜观察微胶囊益生菌

参考MARESCA等[18]方法,将优化后的乳双歧杆菌BL03静电喷雾干燥菌粉、常规喷雾干燥菌粉和乳化冻干菌粉分别置于Smart Coater仪器中涂膜2 min,再用JCM-7000台式扫描电子显微镜观察100、12 000倍的扫描图像,加速电压15 kV。

2 结果与分析

2.1 保护剂对乳双歧杆菌BL03静电喷雾干燥微囊化活菌数的影响

2.1.1 单一保护剂对静电喷雾干燥微囊化乳双歧杆菌BL03活菌数的影响

分别将不同质量分数的海藻酸钠、海藻糖、亚麻酸、CaHPO4、β-环糊精和阿拉伯胶加入到5%质量分数的麦芽糊精溶液中进行单因素试验,由图1可知,海藻糖为14%、亚麻酸为8%、CaHPO4和β-环糊精为11%时静电喷雾干燥的乳双歧杆菌BL03的存活率最高,并且随着海藻糖、β-环糊精、亚麻酸和CaHPO4含量的增加其存活率反而下降。海藻糖在干燥过程中会形成玻璃态,且黏度很大,质量分数高于14%时黏度过高反而会影响分子扩散能力。β-环糊精为环状低聚糖,具有成膜性,当质量分数超过11%时会抑制极性物质迁移。

B1-海藻酸钠;B2-海藻糖;B3-亚麻酸;B4-CaHPO4;B5-β-环糊精;B6-阿拉伯胶
图1 单因素保护剂对静电喷雾干燥乳双歧杆菌BL03存活率的影响
Fig.1 Effects of single protectants on survival rate of electrostatic spray drying B.lactis BL03

CaHPO4中的Ca2+在静电效应下能加快体系中极性分子的迁移和干燥,但当阳离子数量显著高于阴离子数量,离子间作用力破环,微胶囊化效果不理想[19]。当体系中添加一定量的亚麻酸时,有助于形成W/O 的乳浊液体系,为双歧杆菌提供厌氧的环境。

2.1.2 复合保护剂对静电喷雾干燥微囊化乳双歧杆菌BL03活菌数的影响

复合保护剂中的各成分在干燥中均发挥着各自的作用,同时相互间又具有协同作用,只有在比例及含量达到协调时,才能达到最佳的保护效果[20]。选取海藻糖、β-环糊精、亚麻酸和CaHPO4进行4因素3水平正交试验,设计复合保护剂正交试验如表1所示。由表2 可知,实验组6的乳双歧杆菌BL03静电喷雾干燥微囊化菌粉存活率最高,A2B3C1D2组合存活率高达86.37%,各组分质量分数分别为海藻糖14%,亚麻酸10%,CaHPO46%,β-环糊精11%。通过均值和极差分析,4种保护剂的保护效果依次是海藻糖>β-环糊精>CaHPO4>亚麻酸。优化后的保护剂能显著提高乳双歧杆菌BL03静电喷雾干燥微囊化的存活率。

表1 正交试验因素水平表
Table 1 Factors and levels of orthogonal test

水平因素A(海藻糖)/%B(亚麻酸)/%C(CaHPO4)/%D(β-环糊精)/%11266521481111316101617

表2 复合保护剂对静电喷雾干燥乳双歧杆菌BL03存活率的影响
Table 2 Effects of compound protectants on survival rate of electrostatic spray drying B.lactis BL03

实验序号A(海藻糖)/%B(亚麻酸)/%C(CaHPO4)/%D(β-环糊精)/%存活率/%1111164.522122269.313133352.794212372.745223180.676231286.377313271.688321365.729332168.68K162.2169.6572.2071.29K279.9371.9070.2475.79K368.6969.2868.3863.75R17.722.623.8212.04

2.2 静电喷雾干燥工艺对乳双歧杆菌BL03存活率的影响

选取进风温度、物料泵流量、静电压设计3因素3水平正交实验。如表3所示,复合保护剂6为乳化保护剂,考察乳双歧杆菌BL03静电喷雾微囊化后的存活率,结果如表4所示。

表3 正交实验因素水平表
Table 3 Factors and levels of orthogonal test

水平A(进风温度)/℃B(物料泵流量)/(r·min-1)C(静电压)/kV170201528030203904025

表4 静电喷雾干燥工艺对乳双歧杆菌BL03存活率的影响
Table 4 Effects of electrostatic spray drying on survival rate of B.lactis BL03

实验序号A(进风温度)/℃B(物料泵流量)/(r·min-1)C(静电压)/kV存活率/%111162.14212271.82313365.35421273.46522389.26623176.11731357.57832160.19933266.52K166.4464.3966.15K279.6173.7670.60K361.4369.3370.73R18.189.374.58

由表4可知,实验组5的乳双歧杆菌BL03静电喷雾干燥微囊化活菌数存活率最高,A2B2C3组合时乳双歧杆菌BL03存活率高达89.26%,即进风温度80 ℃,物料泵流量30 r/min,静电压25 kV。通过均值和极差分析,3种工艺参数对活菌数存活率影响大小依次是进风温度>物料泵流量>静电压。喷雾干燥过程中高温会对菌体结构如细胞膜、核糖体、核酸、蛋白质等造成破坏,致使细胞死亡,通过加大喷雾干燥物料流量,可使单位量的物料受热减少,降低菌体的损伤[21]

2.3 模拟胃液、肠液对不同微囊化乳双歧杆菌BL03存活率的影响

分别将静电喷雾干燥、常规喷雾干燥和乳化干燥乳双歧杆菌BL03菌粉在模拟胃液环境下处理0、1、2 h,其存活率如图2所示。静电喷雾干燥微囊化乳双歧杆菌BL03具有较强的耐受胃液能力,作用2 h的存活率超过80%,优于常规喷雾干燥和乳化干燥,可能与微囊化包埋效果相关。

图2 不同微囊化乳双歧杆菌BL03在模拟胃液中的存活率
Fig.2 Survival rates of different microencapsulated B.lactis BL03 at simulated gastric fluid

分别将静电喷雾干燥、常规喷雾干燥和乳化干燥乳双歧杆菌BL03菌粉在模拟肠液环境下处理0、1、2、3、4 h,其存活率如图3所示。静电喷雾干燥微囊化乳双歧杆菌BL03具有较强的耐受肠液能力,作用4 h的存活率达75%,明显优于常规喷雾干燥和乳化干燥,可能与微囊化包埋效果相关。

图3 不同微囊化乳双歧杆菌BL03在模拟
肠液中的存活率
Fig.3 Survival rates of different microencapsulated B.lactis BL03 at simulated intestinal fluid

叶贤江等[22]研究了双歧杆菌混凝胶微胶囊制备和经人工模拟肠胃环境处理后,活菌数均保持原来的数量级,平均存活率为49.8%,远高于对照菌悬液(0.13%),与SHU等[23]研究的微胶囊化两歧双歧杆菌BB01研究结果相符,也与本研究中乳化干燥菌粉研究结果相符,均明显低于静电喷雾干燥微囊化菌粉存活率。

2.4 储存温度对不同微囊化乳双歧杆菌BL03稳定性的影响

分别将静电喷雾干燥、常规喷雾干燥和乳化干燥乳双歧杆菌BL03在4 ℃恒温恒湿环境下处理1、3、6、9、12个月,其存活率如图4所示。静电喷雾干燥微囊化乳双歧杆菌BL03在4 ℃下的稳定性优于常规喷雾干燥和乳化干燥,但稳定性差异不大。

图4 不同微囊化乳双歧杆菌BL03在4 ℃的稳定性
Fig.4 Stability of different microencapsulated B.lactis BL03 at 4 ℃

分别将静电喷雾干燥、常规喷雾干燥和乳化干燥乳双歧杆菌BL03在25 ℃恒温恒湿环境下处理1、3、6、9、12个月,其存活率如图5所示。静电喷雾干燥微囊化乳双歧杆菌BL03在25 ℃下12个月存活率超过70%,明显优于乳化干燥的40%,而与常规喷雾干燥的稳定性差异不大,可能与微囊化包埋效果有关,另外可能与喷雾干燥处理工艺有关。

图5 不同微囊化乳双歧杆菌BL03在25 ℃的稳定性
Fig.5 Stability of different microencapsulated B.lactis BL03 at 25 ℃

2.5 不同微囊化乳双歧杆菌BL03的包埋率

分别将乳双歧杆菌BL03在静电喷雾干燥、常规喷雾干燥和乳化干燥下进行微囊化处理,微囊化包埋率如图6所示。静电喷雾干燥微囊化包埋率高达93.3%,明显高于乳化干燥的57.5%,高于HOLKEM等[24]制备的双歧杆菌BB-12冻干微胶囊的包埋效率(89.71%)。说明静电喷雾干燥微囊化包埋效果很好。

图6 不同微囊化乳双歧杆菌BL03的包埋率
Fig.6 Embedding rates of different microencapsulated B.lactis BL03

2.6 不同微囊化方法乳双歧杆菌BL03电镜图片分析

观察乳双歧杆菌BL03在100、12 000倍下的静电喷雾干燥菌粉、常规喷雾干燥菌粉和冷冻干燥菌粉。从乳双歧杆菌BL03静电喷雾干燥菌粉100倍扫描电镜图像(图7-a)可知,分布有大量较规则球状颗粒,且大部分颗粒簇拥成团,说明微囊化包埋率较好,单个细菌细胞包埋程度好,因为成团簇拥,推测菌粉溶解性好。图7-b是乳双歧杆菌BL03常规喷雾干燥菌粉100倍扫描电镜图像,大小不一,球状形态,球体直径相差较大,说明常规喷雾干燥微囊化包埋效果不均一,大量菌体成团后才形成微囊化,影响单个菌体细胞包埋效率。图7-c是乳双歧杆菌BL03乳化冷冻干燥菌粉100倍扫描电镜图像,成不规则碎石状,大小不一,部分粘连,单个菌体细胞包埋效果不佳。

a-静电喷雾干燥组;b-常规喷雾干燥组;c-乳化冷冻干燥组
图7 三种干燥方式下乳双歧杆菌BL03的扫描
电镜图像(×100)
Fig.7 SEM images of electrostatic spray drying, traditional spray drying and freeze drying B.lactis BL03

从乳双歧杆菌BL03静电喷雾干燥菌粉12 000倍扫描电镜图像(图8-a)可知,微囊化球体表面光滑,成膜性良好,无明显裂缝,密封性好,推测单个菌体细胞微囊化保护效果很好,抗逆性环境干扰能力强。另外,推测球体凸起部分是双歧杆菌菌体形状。图8-b是乳双歧杆菌BL03常规喷雾干燥菌粉12 000倍扫描电镜图像,成褶皱球形,表面凹凸不平,因为常规喷雾干燥是微囊化表层水分蒸发后,内部水分迁移至外层,导致内部结构塌陷,影响菌体微囊化保护效果。另外,从电镜图像(图8-b)大小可推测多个菌体细胞成团后才形成微囊化包埋。图8-c是乳双歧杆菌BL03乳化冷冻干燥菌粉12 000倍扫描电镜图像,微囊化菌体表层有大量裂痕,不光滑,密封性不佳,菌体微囊化保护效果差,逆性环境抵抗能力差。在冷冻干燥过程中,水由冰晶直接升华而失去水分,菌剂微观结构呈现块状并有许多孔洞[25]。另外,从电镜图像(图8-c)可观察到大量水珠状球体,从大小推测可能是乳双歧杆菌菌体细胞,因此,其微囊化包埋效果较差。

a-静电喷雾干燥组;b-常规喷雾干燥组;c-乳化冷冻干燥组
图8 乳双歧杆菌BL03静电喷雾干燥、常规喷雾干燥和
乳化冷冻干燥扫描电镜图像(×12 000)
Fig.8 SEM images of electrostatic spray drying, traditional spray drying and freeze drying B.lactis BL03

通过乳双歧杆菌BL03静电喷雾干燥菌粉、常规喷雾干燥菌粉和乳化冷冻干燥菌粉扫描电镜图像分析,其微囊化扫描电镜结构差异显著,进一步证明了不同微囊化菌粉的抗逆性能力和包埋率差异。静电喷雾干燥菌粉外表面未出现裂纹,这对保护微球内部菌体免受高温损伤及防止存储过程中细胞膜脂质的过氧化有重要作用。

3 总结

静电喷雾干燥是活性物质包埋保护的新型微囊化技术,由于益生菌自身的特性,大部分益生菌的活性会受制备过程、储存过程和人体胃肠道环境影响,导致益生菌功能表达降低。本文首次研究了静电喷雾干燥乳双歧杆菌BL03微囊化保护剂,通过单因素和正交试验,最优保护剂各组分质量分数分别为海藻糖14%,亚麻酸10%,CaHPO4 6%,β-环糊精11%,静电喷雾微囊化乳双歧杆菌BL03存活率高达86.37%。在最优保护剂基础上,通过正交试验优化最佳静电喷雾微囊化工艺进风温度80 ℃,物料泵流量30 r/min,静电压25 kV,存活率高达89.26%。

首次研究比较了静电喷雾干燥、常规喷雾干燥和乳化冷冻干燥3种不同微囊化方法包埋乳双歧杆菌BL03的效果。静电喷雾干燥乳双歧杆菌BL03在模拟胃液、肠液和储存温度耐受下的活菌数存活率均高于常规喷雾干燥和乳化冷冻干燥,模拟胃液作用2 h存活率超过80%,模拟肠液作用4 h的存活率达到75%,25 ℃下12个月存活率超过70%,平均提高了45%~75%左右。优化保护剂和工艺后的静电喷雾干燥乳双歧杆菌BL03包埋率高达93.3%,明显高于乳化干燥微囊化方法包埋率57.5%。首次通过扫描电镜图像分析,乳双歧杆菌BL03菌粉的静电喷雾干燥微囊化包埋效果明显优于常规喷雾干燥和乳化冷冻干燥,同时,进一步证明了不同微囊化方法包埋乳双歧杆菌BL03菌粉抗逆性等性能。该研究说明新型静电喷雾干燥微囊化方法适合包埋乳双歧杆菌。

参考文献

[1] FAO/WHO.Guidelines for the Evaluation of Probioitcs in Food[R].London Ont:FAO/WHO,2002.

[2] CAILARD R,LAPOINTE N.In vitro gastric survival of commercialy available probiotic strains and oral dosage forms[J].International Journal of Pharmaceutics,2017,519(1-2):125-127.

[3] RODRIGUES F J,OMURA M H,CEDRAN M F,et al.Effect of natural polymers on the survival of Lactobacillus casei encapsulated in alginate microspheres[J].Journal of Microencapsulation,2017,34(5):431-439.

[4] 李康宁,邢会霞,焦志军,等.双歧杆菌NQ1501双层微胶囊制备及其特性研究[J].中国微生态学杂志,2016,28(11):1 246-1 248.

LI K N,XING H X,JIAO Z J,et al.Doubel layer microencapsulation production and research of Bifidobacterium NQ1501[J].Chinese Journal of Microecology,2016,28(11):1 246-1 248.

[5] CHEN L,YANG T,SONG Y,et al.Effect of xanthan-chitosan-xanthan double layer encapsulation on survival of Bifidobacterium BB01 in simulated gastrointestinal conditions,bile salt solution and yogurt[J].LWT-Food Science and Technology,2017,81:274-280.

[6] VERRUCK S,CARVALHO M W D,LIZ G R D,et al.Survival of Bifidobacterium BB-12 microencapsulated with full-fat goat milk and prebiotics when exposed to simulated gastrointestinal conditions and thermal treatments[J].Small Ruminant Research,2017,153:48-56.

[7] FAYED B,ABOOD A,SAYED H S,et al.A synbiotic multiparticulate microcapsule for enhancing inulin intestinal release and Bifidobacterium gastro-intestinal survivability[J].Carbohydrate Polymers,2018,193:137-143.

[8] BENITA S.Microencapsulation:Methods and industrial applications[M].2nd.CRC Pres,2006:99-101.

[9] SEYEDAIN A M,SHARIFAN,TARZI B G.The production of symbiotic bread by microencapsulation[J].Food Technol Bio-technol,2016,54(1):52-59.

[10] BOSNEAL A,MOSCHAKIS T,BILIADERIS C G.Microencapsulated cells of Lactobacillus paracasei subsp.paracasei in bio polymer complex coacervates and their function in yogurt matrix[J].Food and Function,2017,8(2):554-562.

[11] 夏瑞阳, 徐新龙,董明娣,等.微囊化大肠杆菌口服灭活疫苗对大鼠免疫效果的研究[J].畜牧兽医学报,2017,48(2):307-315.

XIA R Y,XU X L,DONG M D,et al.The research of microencapsulated E.coli oral inactivation vaccine on mice immune effect[J].Acta Veterinaria et Zootechnica Sinica,2017,48(2):307-315.

[12] 田文静, 朱莹丹,岳林芳,等.益生菌微胶囊化研究现状[J].中国食品学报,2016,16(8):186-194.

TIAN W J,ZHU Y D,YUE L F,et al.The research progress of probiotic microencapsulation[J].Chinese Journal of Food,2016,16(8):186-194.

[13] GOMBOTZ W R,HEALY M S,BROWN L R.Very low temperature casting of controlled release microspheres[P].WO Patent 13 780,1990.

[14] 蒋莹子, 韦欢芯,花鹏,等.羧甲基甲壳素/海藻酸钙固定化双歧杆菌的研究与应用[J].科学技术与工程,2018(11):37-43.

JIANG Y Z,WEI H X,HUA P,et al.The research and application of Carboxymethyl chitin/calcium alginate immobilization Bifidobacterium[J].Science Technology and Engineering,2018(11):37-43.

[15] 张予心, 蔡丹,宋秋梅,等.乳清蛋白与海藻酸钠复合物凝胶特性的影响因素[J].中国食品学报,2017,17(5):40-48.

ZHANG Y X,CAI D,SONG Q M,et al.The effect factors of complex gel property for whey protein and sodium alginate[J].Chinese Journal of Food,2017,17(5):40-48.

[16] 杨削舟,刘云,杨立芳,等.长双歧杆菌BBMN68微胶囊的制备及其应用性评价[J].食品科学,2015,36(9):71-77.

YANG X ZH,LIU Y,YANG L F,et al.Production and application evaluation on microencapsulated Bifidobacterium longum BBMN68[J].Journal of Food science,2015,36(9):71-77.

[17] AMJIANG,H YANG,WCAO.Studies on the technology conditions of intestinal-lysis microcapsules of Lactobacilus acidophilus[J].Journal of Chinese Institute of Food Science Technology,2006,6(1):253-257.

[18] MARESCA D,FRISCO A D,STORIAt A L,et al.Microencapsulation of nisin in alginate beads by vibrating technology:Preliminary investigation[J].LWT-Food Science and Technology,2016,66:436-443.

[19] 万茵,罗成,张鸿婷,等.海藻酸钠微胶囊对乳酸菌产乙醛脱氢酶在体外胃肠消化环境中保护作用[J].食品与发酵工业,2018,44(9):61-65.

WANG Y,LUO CH,ZHANG H T,et al.The protection ability of microencapsulated sodium alginate on the acetaldehyde dehydrogenase of Lactobacillus in vitro gastro-intestinal digestion environment[J].Food and Fermentation Industries,2018,44(9):61-65.

[20] 张刚. 乳酸细菌—基础、技术和应用[M].北京:化学工业出版社,2007.

ZHANG G.Lactobacillus-Foundation,Technology and application[M].Chemical Industry Press,2007.

[21] 熊涛, 廖良坤,黄涛,等.植物乳杆菌NCU116菌剂的喷雾干燥制备[J].食品与发酵工业,2015,41(8):23-29.

XIONG T,LIAO L K,HUANG T,et al.The spray drying of Lactobacillus plantarum NCU116[J].Food and Fermentation Industries,2015,41(8):23-29.

[22] 叶贤江, 曾恒,蔡为荣,等.双歧杆菌混凝胶微囊制备及其胃肠释放特性研究[J].食品工业科技,2019,40(20):146-153.

YE X J,ZENG H,CAI W R,et al.The research of microencapsulate production and release property in gastro-intestinal of Bifidobacterium[J].Science and Technology of Food Industry,2019,40(20):146-153.

[23] SHU G,HE Y,CHEN L,et al.Microencapsulation of Bifidobacterium bifidum BB01 by xanthan-chitosan:Preparation and its stability in pure milk[J].Artificial Cells Nanomedicine & Biotechnology,2018,1(46):588-596.

[24] HOLKEM A T,RADDATZ G C,NUNES G L,et al.Development and characterization of alginate microcapsules containing Bifidobacterium BB-12 produced by emulsification/internal gelation followed by freeze drying[J].LWT-Food Science and Technology,2016,71:302-308.

[25] DEVASTOTRA P,SHANTANU D,GEOFF J,et al.Stability of probiotic Lactobacillus paracasei during storage as affected by the drying method[J].International Dairy Journal,2014,39(6):1-7.

Electrostatic spray drying microencapsulated Bifidobacterium lactis BL03

JIANG Tian1,LU Wenwei1,2,CUI Shumao1,ZHANG Hao1,2,3,ZHAO Jianxin1,2*

1(College of Food,Jiangnan University,Wuxi 214122,China) 2(Institute of Food Biotechnology,Jiangnan University(Yangzhou),Yangzhou 225004,China) 3(National Engineering Research Center for Functional Food,Jiangnan University,Wuxi 214122,China)

Abstract Electrostatic spray drying is a new microencapsulated probiotics method.The protectants and process of electrostatic spray drying were determined using single factor design and orthogonal experiment for Bifidobacterium lactis BL03.The optimized protectants were 14% trehalose, 10% linolenic acid, 6% calcium hydrophosphate and 11% β-cyclodextrin.The optimized process for electrostatic spray drying microencapsules were as follows:inlet temperature was 80 ℃, pump flow was 30 r/min, electrostatic charge was 25 kV and the survival rate was 89.26%.Scanning electron microscope (SEM) images showed that electrostatic spray drying had the best effect of microencapsulation.Embedding rate of microencapsules was 93.3% for B.lactis BL03.Compared electrostatic spray drying with traditional spray drying and freeze drying, the survival rate of electrostatic spray drying was above 80% when treated with simulated gastric fluid for 2 hours, and reached 75% with simulated intestinal fluid after 4 hours. The survival rate was over 70% at the temperature of 25 ℃ after 12 months.Electrostatic spray drying was superior to traditional spray drying and freeze drying.

Key words electrostatic spray drying;Bifidobacterium lactis;probiotics;microencapsulation

DOI:10.13995/j.cnki.11-1802/ts.025732

引用格式:姜甜,陆文伟,崔树茂,等.静电喷雾干燥微囊化乳双歧杆菌BL03[J].食品与发酵工业,2021,47(7):27-33.JIANG Tian,LU Wenwei,CUI Shumao, et al.Electrostatic spray drying microencapsulated Bifidobacterium lactis BL03[J].Food and Fermentation Industries,2021,47(7):27-33.

第一作者:博士研究生(赵建新教授为通讯作者,E-mail:zhaojianxin@jiangnan.edu.cn)

基金项目:国家食品科学与工程一流学科建设项目(JUFSTR20180102)

收稿日期:2020-09-30,改回日期:2020-11-07