微囊化包被技术在饲用益生菌上应用的研究进展

饲用益生菌在保存及使用时，往往会受到来自外界环境与动物体内各种不利条件的影响，包括氧气、高温、胃酸、胆汁盐、抗生素和其他细菌等，大多数益生菌对这些不利因素的抗逆性较差，导致自身活性降低甚至死亡。以口服形式进入活体肠道内的益生菌必须经过胃肠环境，胃酸、胆汁、胃蛋白酶等导致许多益生菌不能活着到达小肠后端，多种乳酸菌在模拟胃液的处理过程中存活能力不断降低，存活率不足几万甚至几亿分之一。

为了提高益生菌在不利环境中的存活能力，对其进行保护等技术改进：①微囊化法，包裹或固定益生菌， 起到保护作用；②抗性诱导法，通过条件刺激产生抗性菌株；③添加保护剂，在益生菌中添加保护剂提高其抗逆性。

目前，大多数益生菌选择的微囊化壁材主要是蛋白质、多糖类或淀粉类物质，不同类型的微胶囊材料的理化性质不同，制作的微胶囊的性质也有所区别。

✎ 2.1 蛋白类

蛋白质由于其营养价值和良好的乳化性能而常被作为微囊化壁材，常用的蛋白质壁材有乳清蛋白、酪蛋白、牛血清白蛋白、卵白蛋白、明胶等。在益生菌微囊化的应用中，蛋白制作的益生菌微胶囊具有良好的稳定性，能够极好地控制益生菌在肠道内的释放。乳清蛋白溶性极佳，乳化性优良，但是热敏感性强；酪蛋白表面活性较高，对低pH 环境具有较强的缓冲能力。已有一些技术通过乳清蛋白和酪蛋白来包囊几种乳酸菌和双歧杆菌，提高它们的抗逆性。明胶具有良好的水溶性、乳化性和降解性，经常与海藻酸钠相结合用于益生菌的包被。

✎ 2.2 多糖类

多糖类壁材种类可分为碳水化合物类、植物胶类和细菌多糖类等，由于大多数多糖具有良好的生物相容性、合适的粘稠度与一定的溶解性，并能在生物中降解，所以许多研究者选择用多糖作为主要的微囊化材料。常见的多糖类微囊化壁材及其特点见表1。

✎ 2.3 改性淀粉

淀粉具有安全无毒、材料成本低、不致敏且味道平淡的特点。淀粉常常通过物理法、化学法和酶改法变成改性淀粉，以达到微囊化材料所需的性质。微孔淀粉吸附能力强，增加微孔淀粉浓度可以提高细胞的存活率，微孔淀粉在模拟胃肠道内能保护益生菌。

✎ 2.4 纳米材料

“纳米技术”在近20 年得到广泛应用， 纳米材料的大小通常在1~100 nm。材料微型化导致了纳米颗粒的比表面积显著增加，提高其整体性能。纳米材料聚合物非常适合应用于食物的储存，因其微小的结构降低了气体的渗透能力，将纳米颗粒涂层在食品外能避免氧气与其他物质的侵蚀。一种纳米颗粒涂层益生菌微胶囊的技术已获得专利，经过蛋白质、多糖与纳米颗粒的3 层包被，使得益生菌具有优良的耐热性、耐酸性和耐胆汁性。

益生菌常用挤压法、乳化法、喷雾干燥法等微囊化技术进行包囊，在此基础上选用合适的包囊材料进行封装，提高益生菌的包埋率以及对不利因素的耐受能力。

✎ 3.1 挤压法

挤压法是一种很早就存在的微囊化技术， 是将芯材与壁材混合的过程，并通过一系列模孔，用压力将混合悬浮溶液挤入凝固液中，当混合物接触凝固液时，壁材析出将芯材包裹并发生硬化的过程。挤压法加工过程条件温和，操作简单，但微胶囊粒径较大。

✎ 3.2 喷雾干燥法

喷雾干燥法是将液体通过喷雾干燥器喷成雾滴形态，并且依靠干燥介质与雾滴的均匀混合， 进行热交换和质交换，最后使溶剂气化或溶解物固化形成微胶囊。喷雾干燥法具有干燥速度快、产品纯度高、生产简单利于连续化生产等优点，但由于干燥温度较高， 较适用于热敏性物质。

✎ 3.3 冷冻干燥法

冷冻干燥法是一种传统的保存细菌的方法。益生菌与壁材混合后在-90~-40℃ 被冷冻，然后在低压较高温下直接升华，最后得到多孔微胶囊。因为在冷冻干燥时容易对细胞造成伤害，所以往往需要加入各种低温保护剂。

冷冻干燥法并不是一种温和的微囊化技术，现在更多研究者往往将这种方法与其他微囊化技术结合以充分发挥其干燥功能。如将嗜热链球菌的壳聚糖/ 海藻酸钠微胶囊冷冻干燥后，其微胶囊在以海藻糖和脱脂牛奶作为冻干保护剂时，冻干存活率可高达82.54%。

✎ 3.4 乳化法

乳化法是将细胞与载体混合，形成油包水或水包油的均匀乳液体系，加入稳定剂后，在液滴表面形成保护层，得到微胶囊。与挤压法一样，乳化法也不需要复杂的设备，更易于工业化生产，微胶囊粒径较小。乳化法制备海藻酸钠微胶囊又可分为内源乳化法和外源乳化法。

✎ 3.5 复凝聚法

凝聚法是将芯材稳定地乳化分散在壁材溶液中，通过加入某一物质或调节溶液pH 和温度，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围，形成微胶囊。复凝聚法则是2 种壁材由于相反电荷的相互作用使溶解度降低形成微胶囊的过程。该方法的操作过程较为温和，微胶囊产品制作速度快。

✎ 4.1 耐酸性能

一般来说，抵抗胃酸保护益生菌安全地进入肠道是所有微胶囊都需具备的能力。大多数的微胶囊能增强益生菌的耐酸能力，这对口服的益生菌产品意义重大。

✎ 4.2 耐高温性能

众所周知，高温会对大多数的益生菌造成伤害，甚至直接导致益生菌死亡。在各种食品和饮料加工过程中，巴氏消毒法作为一种重要的消毒手段， 虽然加热温度只到达60~82℃，但对许多益生菌来说仍是致命的。

✎ 4.3 耐湿性能

环境中的相对湿度可能是影响益生菌微胶囊理化性质的一大因素。在恒定温度下，Ying 等制作的微胶囊中LGG 的存活能力随着相对湿度的升高而降低，25℃ 条件下在相对湿度分别为32%、57%、70% 环境下壁材中加入生育酚对微囊的耐湿性能有所提高。

✎ 4.4 储存性能

功能性食品需要益生菌在长时间的保存期内仍然具有活性效益，在微囊化过程中会发生细胞损伤和蛋白质失活，但在储存过程中的脱水、氧化同样会对微胶囊中的益生菌产生伤害，从而影响益生菌的储存性能。乳酸菌在储存期间的大量死亡主要是由于膜脂质的氧化，所以储存过程中的温度和湿度是影响乳酸菌储存性能的重要因素。

✎ 4.5 其他因子

除了以上几种环境压力，如胆汁、酶以及其他物质都有可能对微胶囊中的益生菌造成损害。

目前，微囊化技术在各领域都已成为重点，其在饲料工业领域虽被看好，但仍处于起步阶段，微囊化给益生菌带来了极大的保护作用，这必然引起饲料领域研究者的兴趣。张慧等在育肥猪的基础日粮中添加微胶囊益生菌，发现0.5 kg/t 的益生菌显著提高了育肥猪的日增重，降低了耗料增重比，同时增加了猪肠道内乳酸杆菌和双歧杆菌数，减少了大肠杆菌数。为了克服植物乳杆菌与泰山松花粉多糖（TPPPS）受胃酸与酶的压力， 马宁等通过制备微胶囊再饲喂老鼠，制得的微胶囊包埋率达到了81.6%，并且饲喂微胶囊能提高老鼠小肠中的乳酸菌数量，减少大肠杆菌数，促进老鼠体重增加。张琳采用乳化法制备的布拉迪酵母菌和粪肠球菌微胶囊，都显著改善了肉鸡的生产性能、免疫功能与肠道黏膜形态，也能很好地缓解小鼠的急性溃疡性结膜炎。

微囊化技术由于能提高益生菌多方面的耐受性能，已经被广泛应用于各行业，但技术尚不成熟。首先，微囊化选择的材料比较局限，种类较少，同样的微囊化技术不能对所有的益生菌达到一致的保护效果；其次，微囊化方法有待进一步提高，与原先单一的微囊化方法不同，现在越来越多的研究者会选择多种微囊化方法结合使用，最大化提高微囊化质量。目前，我国的畜牧养殖依然存在着布局不合理、环境不舒适等问题，益生菌添加剂在使用和储存环境中也将受到各种影响，需要为饲用益生菌提供更多的保护。

在微囊化领域内，将纳米技术与微囊化技术相结合已成为一大热门，纳米微粒的使用可大大提高其对益生菌的保护作用，发挥更大益生效果。如何引入更多的纳米材料，使用更高效的纳米封装技术并应用于益生菌中还需要研究者更多努力。另一方面，每一种益生菌都有其独特的性质，在微囊化过程中，不同的操作方法、不同的参数条件都可能影响微胶囊对益生菌的保护效益。因此，每一种微囊化技术都需要不断进行深入研究，针对不同种类益生菌构建相应适宜的微囊化包被方法，创新微囊化技术运用于益生菌产品生产。