噴霧干燥技術微囊化鼠李糖乳桿菌ATCC 7469
益生菌是一種活的微生物，當攝入足夠的量時會對健康有益，只有在生存能力（107-1010 CUF m/L）得到保護的情況下才能發揮其作用。益生菌通常是乳桿菌和雙岐桿菌，它們常與胃腸道有關；它們通常以凍干培養物的形式供應，或者被霧化并直接添加到食物中。益生菌功能食品在市場上需求量很大，酸奶和發酵乳制品通常被用作這類生物活性微生物的載體；然而，人們對在其他類型的非乳制品基質中摻入益生菌菌株越來越感興趣，尤其是對于患有乳糖不耐受癥、對酪蛋白過敏或與乳制品有關的其它問題的消費者。一些研究報告了微膠囊益生菌的應用。例如，將益生菌菌株摻入奶酪、巧克力涂層和巧克力中，以及摻入果汁、蛋黃醬、黃油、肉類和烘焙產品等非乳制品中。益生菌菌株對胃腸道健康很重要，因為它們可以預防腸道炎癥，為上皮細胞提供保護，并調節抗體。它們可以產生細胞因子或趨化因子，改善乳糖不耐受，增加對結直腸癌的保護，抑制幽門螺桿菌活性，并用于治療食物過敏和預防急性腹瀉。然而，這些微生物有不幸的缺陷，特別是在菌株存活方面。噴霧干燥是微膠囊化廣泛使用的方法之一，因為其成本低，在最佳干燥條件下具有高存活率，并且在配方中加入了保護劑。近年來，乳清蛋白作為益生菌保護劑的使用獲得了越來越多的興趣，因為這些蛋白是提高益生菌活性的天然載體，并且由于結構和理化特征，可以作為胃腸道中的遞送系統。蛋白質可以在干燥過程中增加益生菌的存活率，因為它們能夠形成降低熱應力的保護膜。糖的添加也會影響干燥的益生菌制劑的存活。研究人員肯定了糖（如肌醇、山梨醇、果糖、乳糖、葡萄糖和海藻糖）對脫水細菌細胞的保護作用。研究發現，海藻糖等糖是一種能夠通過氫鍵與蛋白質分子相互作用的二糖；它可以在脫水和再水化過程中替代蛋白質周圍的水分子，形成一種玻璃狀基質，穩定生物大分子。科學家研究了使用奶酪乳清與淀粉、阿拉伯膠、麥芽糖糊精和乳清蛋白濃縮物聯合干燥鼠李糖乳桿菌 64 的載體劑選擇。
另一方面，干燥溫度是影響存活率的因素。例如，噴霧干燥的植物乳桿菌 WCFS1 再低干燥溫度下表現出較高的存活率。在此背景下，本研究以 WPC、麥芽糊精和海藻糖為原料，采用噴霧干燥的方法對鼠李糖乳桿菌 ATCC 7469 進行微囊化，并評估微囊化對細胞活力和干粉性能的影響。以噴霧干燥條件（包括進口溫度、空氣流量和進料泵）為自變量，益生菌存活率、水分含量、水分活性和有效產量為因變量。采用響應面法對噴霧干燥包裹的鼠李糖乳桿菌的存活率進行了優化，并對粉末的穩定性進行了評估。
樣品制備
按最佳穩定性配方乳清濃縮蛋白：麥芽糊精：海藻糖（75：10：15）的比例采用超濾的方法制備乳制品懸浮液。
將凍干的鼠李糖乳桿菌 ATCC 7469 菌株懸浮于 2ml 培養基中，在 MRS 肉湯（蛋白胨：10.0g，牛肉浸粉：10.0g，酵母浸粉：5.0g，葡萄糖：20.0g，吐溫80：1.0g，磷酸氫二鉀：2.0g，醋酸鈉：5.0g，檸檬酸銨：2.0g，硫酸鎂：0.1g，硫酸錳：0.05g，pH6.2±0.2，25℃）中重新激活制備細菌懸浮液。
實驗過程
在磁力攪拌下將鼠李糖乳桿菌 ATCC 7469 菌株懸浮液添加到每個乳懸浮液中，在微囊化過程期間使所述分散液保持在恒定的攪拌狀態。噴霧干燥儀選用瑞士步琦 B-290，通過改變進口溫度（120℃-180℃）、干燥空氣流量（70%-90%，即：28-35m3/h）和進料量（10%-55%，即 3-17mL/min）來進行工藝摸索。
▲S-300
工藝探索采用響應面法和二次復合中心設計對益生菌微囊化進行了優化，其自變量有進口溫度、空氣流速和進料流量。在理論條件下進行了三次實驗驗證。
圖1 考察了菌株存活率的響應面變化。由圖可知存活率與出口溫度呈反比，低溫時存活率在 69%、高溫時存活率在 23%。其他科學家在使用含益生元的脫脂乳制備鼠李糖乳桿菌 GG（ATCC 53，103），70℃ 時的存活率為 76%。也跟我們的研究結果相吻合。
圖2 考察了水分含量的響應面變化。從圖可得到進口溫度與水分含量之間呈反比關系，當進口溫度與進料量較高時，粉末的水分含量較低，結合存活率考慮，水分含量在 3.0%-5.8% 之間，與其他報道的數值相接近。
圖3 考察了水活度的響應面變化。在較高的進口溫度下，進料量和氣體流量得到了較低的水活度值，因素與結果之間呈反比關系。其他使用麥芽糊精、乳清蛋白濃縮物和葡萄糖的相關研究中，水活度的值與本研究中活性最高的粉末報告結果一致。
實驗結果
確定益生菌的包封中壁材的最佳比例對于提高微生物對抗整個胃腸道條件的穩定性很重要。在干燥過程中最佳條件以最大限度地提高作為壁材的蛋白質-海藻糖-麥芽糊精混合物的保護能力并因此提高鼠李糖的存活值也是重要的。因此，使用響應面方法確定干燥過程的最佳條件。表2顯示了鼠李糖乳桿菌微囊化的最佳操作參數，結果表明，理論模型可以很好地近似實驗值（差異＜10%）。
得到的最佳噴霧干燥條件是進口溫度、空氣流量和進料泵流量分別為169℃、33m3/h和16ml/min，存活率為70%，吸氣率為84%，出口溫度為52℃，總體滿意度為0.96。
物理性質評價如圖4所示，得到的粉末水活性動力學顯示了較高的吸水能力，這可能是海藻糖作為低分子量碳水化合物，表現出的分子運動和擴散效應，與用于包封基質的典型吸水行為一致。吸濕性隨著儲存時間的延長有增加的趨勢，直到達到某種程度的平衡。因此加入了 WPC 來降低吸濕性，因為它的表面活性和形成具有較高 Tg 膜的能力。
粒徑和形態結果如圖5顯示。（a）在最佳工藝參數上制備的粉體，其微膠囊緊湊，類球形形狀，具有不同的大小和不規則的表面與壓痕，外表面顯示無裂縫或破壞的墻壁，這是確保更高的保護和更低的氣體滲透性的基礎。
結論
結果表明，蛋白質-海藻糖-麥芽糊精混合物是包裹鼠李糖乳桿菌的良好壁材，在干燥過程中表現出重要的熱保護作用，并提高了其存活率；通過響應面方法優化的噴霧干燥工藝條件生產的微膠囊具有可接受的理化性質——水分、水活性、吸濕性和粒徑等，為益生菌的微囊化提供了思路。
文獻來源
Microencapsulation of Lactobacillus rhamnosus ATCC 7469 by spray drying using maltodextrin, whey protein concentrate and trehalose.
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