CN1569043A - 一种包被乳酸菌微胶囊及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种乳酸菌微胶囊及其制备方法。该乳酸菌微胶囊包括：其芯材为乳酸菌颗粒；制丸辅料为蔗糖、麦芽糖糊精、微晶纤维素、玉米淀粉、葡萄糖或蛋白糖中的一种或几种的混合物；所述壁材包括海藻酸钠和CaCl2，还包括卡拉胶、大豆分离蛋白、非水溶性植物油中的一种，两种或三种。该乳酸菌微胶囊是通过乳酸菌与制丸辅料混合造粒，再用肠溶性包衣材料进行包被制得的。该乳酸菌微胶囊对乳酸菌进行了保护，使得乳酸菌可安全通过胃液而进入肠道内；并在肠道内迅速崩解，占据定植位点，从而抑制了病原菌的生长；该乳酸菌微胶囊在常温下具有优良的贮存稳定性、对金属离子的耐受性以及对高温的耐受力，在畜禽生产中的使用效果较佳。
Description
发明领域
本发明涉及一种活性微生物，具体地说是涉及一种包被乳酸菌微胶囊及其制备方法。
背景技术
抗生素曾在畜禽养殖中发挥了重要作用，但其带来的耐药性扩散、药物残留和生态破坏等弊端也越来越明显。随着人们食品安全意识的加强，迫切需要使用绿色饲料添加剂来生产绿色畜产品。乳酸菌类微生物饲料添加剂是其中很重要的一种。乳酸菌是动物体内的常驻有益菌，它可以颉抗病原微生物，调节动物消化道微生物区系平衡；活化免疫系统，增强免疫力；此外，乳酸菌还可以防止畜禽腹泻、提高畜禽增重，在肠道内发挥着重要的生理功能。
但是，由于绝大多数乳酸菌不产生芽孢，抗逆性较差，乳酸菌很容易失活，所以严重影响了其使用价值。例如，胃液的pH通常在2.5以下，此酸度使得绝大部分被摄入的乳酸菌被破坏，只有约百万分之一的乳酸菌能活着到达大肠。当把乳酸菌加于饲料中制粒时，通常的饲料制粒温度为80℃，在此温度下仅5分钟即可使得乳酸杆菌损失70％～80％。另外，在饲料生产和畜禽养殖中，为便于使用，通常将乳酸菌直接加入全价料或添加剂预混料中，因这两者都存在大量的微量元素金属离子(如Cu2+、Fe2+、Mn2+、Zn2+和Ca2+)、维生素类(如氯化胆碱)及抗生素等物质，均会通过一系列氧化还原反应、酸碱度变化、改变乳酸菌生存微环境等方式影响到乳酸菌的存活和活力。
为了克服以上问题，在饲料加工和畜禽养殖业中常通过加大乳酸菌的使用量来解决，但是这不是解决问题的根本方法，仅是一种暂时的、需付出更大成本代价的补救措施。现在较为提倡使用的技术是对乳酸菌采用包衣措施，制备乳酸菌胶囊，来保护乳酸菌，从而降低外界对乳酸菌的影响。如日本专利JP9241434中所述，这种技术在包衣过程中采用了高于55℃的高温，对乳酸菌造成了亚致死性损伤，即采用此技术包衣的乳酸菌能在营养丰富的培养基上生长，但是不能在肠道内定植和增殖。在中国专利CN1276009A中，还公开了对乳酸菌采用二次包衣的方法，此法提高了乳酸菌的耐胃酸性，但是此法所采用的是控释包衣材料，使得乳酸菌在肠道内不能迅速地释放及占据定植位点，从而不利于抑制病原菌的生长。这在家禽生产中的体现更为明显，因为家禽的肠道很短，只有体长的3～4倍，因而乳酸菌能在肠道内的迅速释放非常必要。同时，该方法没有对乳酸菌的耐高温性、耐贮存性进行保护。综上所述，现有的这些技术或是制得的乳酸菌胶囊中乳酸菌活性低，或是乳酸菌在肠道内不能迅速地释放，而且成本都较高，因而不适于在微利的饲料工业和畜禽养殖生产中的广泛应用。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术制得的乳酸菌胶囊中乳酸菌活性低，在肠道内不能迅速地释放，且不能较好地耐受饲料中含有的微量元素金属离子、氯化胆碱、抗生素等多种有害因素的损伤，不能耐受饲料制粒过程中的高温，而且成本都较高的缺陷，从而提供一种活性高、耐贮存、稳定性高、成本低、可以安全通过胃液而在进入肠道后迅速崩解的乳酸菌微胶囊。
本发明的另一目的在于提供所述乳酸菌微胶囊的制备方法。
本发明的目的是通过如下技术方案实现的：
本发明提供的包被乳酸菌微胶囊，由芯材和敷着在芯材外表面上的壁材组成，其特征在于，所述芯材为由乳酸菌与制丸辅料均匀混合并粘合成一体的微球形颗粒，颗粒中乳酸菌含量占颗粒总重的20～30％，其制丸辅料为蔗糖、麦芽糖糊精、微晶纤维素、玉米淀粉、葡萄糖或蛋白糖中的一种、两种或多种的混合物；所述壁材为海藻酸钠、CaCl2和卡拉胶、大豆分离蛋白、非水溶性植物油中的一种，两种或多种混合物；
所述非水溶性植物油为亚麻油、棉籽油、菜籽油、大豆色拉油、葵花子油或玉米油；所述的乳酸菌为经过一定耐氧驯化，在有氧操作过程中有较高存活率的植物乳杆菌、粪链球菌、嗜酸乳杆菌、发酵乳杆菌或干酪乳杆菌等。
本发明提供的上述包被乳酸菌微胶囊的制备方法，其步骤如下：
(1)制备乳酸菌浓液：
将健康动物肠道中分离到的乳酸菌，接入灭菌后的培养基中培养，再将得到的乳酸菌培养液进行离心分离，用灭菌生理盐水将分离得到的沉淀物——菌泥稀释成含109～1011cfu/ml乳酸菌活菌的混合液，并加入沉淀物——菌泥总重3～10％的脱脂奶粉，得到乳酸菌浓液；
(2)造粒：
将装有制丸辅料的流化造粒包衣干燥机的转动的制丸锅中，在制丸辅料呈沸腾的状态下喷涂步骤(1)制得的乳酸菌浓液，10～30min后，停止乳酸菌浓液的喷涂，继续沸腾转动制丸锅5-10分钟，得到直径1～2mm的球型颗粒，该球型颗粒中乳酸菌含量占球型颗粒总重的20～30％；
所使用的制丸辅料为蔗糖、麦芽糖糊精、微晶纤维素、玉米淀粉、葡萄糖或蛋白糖中的一种、两种或多种的混合物；
所使用的流化造粒包衣干燥机的工艺条件为：压缩空气耗量为0.2～0.6m3/min，气密封调压为0.13～0.20Mpa，雾化压力为0.16～0.22Mpa，电流调压为0.2～0.6Mpa，喷料速度为5～15ml/min，喷料进口温度为25-95℃，出口温度为常温；
(3)包被：
将步骤(2)得到的球型颗粒放入流化造粒包衣干燥机内的包衣锅内，从包衣锅进口分别同时喷入浓度为1～5wt％壁材溶液和浓度为1～3wt％CaCl2溶液，喷料进口温度为65～75℃，喷料速度为2～20ml/min，10-30分钟后，便在流化造粒包衣干燥机内的出口得到经包被的直径为2～3mm的包被乳酸菌微胶囊，其出口温度为30～50℃；
所述壁材为海藻酸钠、CaCl2和卡拉胶、大豆分离蛋白、非水溶性植物油中的一种，两种或多种混合物；
所述步骤(2)中乳酸菌浓液的喷涂为1～3次；所述非水溶性植物油为亚麻油、棉籽油、菜籽油、大豆色拉油、葵花子油或玉米油；所述的乳酸菌为经过一定耐氧驯化，在有氧操作过程中有较高存活率的植物乳杆菌、粪链球菌、嗜酸乳杆菌、发酵乳杆菌或干酪乳杆菌。
本发明与已有技术相比，具有以下优越性：
由于本发明的壁材选用了海藻酸钠和CaCl2，海藻酸钠和CaCl2发生理化反应形成凝胶，凝胶具有很多微孔，而本发明又在壁材中添加了非水溶性的植物油类、大豆分离蛋白或其它胶类物质，从而使所得凝胶中的网孔得到填补，从而增强了本发明包被乳酸菌微胶囊过胃保护效果；而且本发明又在制丸辅料中添加了微晶纤维素，包被乳酸菌微胶囊过胃后进入肠道破壁后吸收水分，其芯材大量吸水而迅速崩解，迅速释放乳酸菌，进而增殖并占据定植位点，从而抑制了病原菌的生长；还有，已有技术的乳酸菌微胶囊由于不含非水溶性的植物油类，因此不能用于含有高浓度微量元素离子(Cu2+、Zn2+、Fe2+、Mn2+等)或氯化胆碱等成分的饲料中，仅适用于食品或医药工业；而本发明的包被乳酸菌微胶囊由于含有非水溶性的植物油类，从而阻断了上述水溶性的金属离子或氯化胆碱等成分的浸入，进而防止这些离子对乳酸菌的破坏作用，因此本发明的乳酸菌微胶囊特别适用于饲料工业或养殖业。
本发明的包被乳酸菌微胶囊由于含有脱脂奶粉、大豆分离蛋白、蛋白糖等辅助材料，在高温条件下这些辅助材料对菌体有很好的保护作用，增强了本发明的耐热性。
综上所述，本发明提供的包被乳酸菌微胶囊具有活性高、成本低，耐高温、耐酸、耐金属离子及作为饲料添加剂可以安全通过胃液而在动物肠道中迅速崩解释放乳酸菌，增殖并占据定植位点，抑制动物病原菌生长的效率高。
具体实施方式
实施例1
使用一种培养基，其包括组分A、B、C和D，其中，所述组分A为牛肉膏或蛋白胨、酵母膏、脱脂牛奶/粉、大豆肽、胰胨、大豆粉中一种或多种的混合物；所述组分B为乳糖、葡萄糖、蕃茄汁、麦芽膏中一种或几种的混合物；所述组分C为吐温-80、半胱氨酸、胡萝卜汁、马铃薯汁、大葱汁、平菇汁中的一种或多种混合物；所述组分D为NaCl、KH2PO4、柠檬酸二铵、醋酸钠、MgSO4中的一种或多种的混合物，将此培养基在121℃下灭菌15～30min，冷却至室温。
从健康动物肠道中分离到一株乳酸菌(如，植物乳杆菌)，接入上述培养基，在25～42℃培养12小时；将培养液在4000r/min条件下，离心30min，得到乳酸菌菌泥；用灭菌生理盐水将该乳酸菌菌泥稀释，加入乳酸菌菌泥总重5％的脱脂奶粉，得到活菌浓度为1010cfu/ml的乳酸菌浓缩液。
采用FLP型流化造粒包衣干燥机，依蔗糖∶麦芽糖糊精∶微晶纤维素＝5∶4∶1(重量比)组成的制丸辅料2kg投入制丸锅中，同时喷入上述的乳酸菌浓缩液，制丸辅料与乳酸菌浓缩液的重量比例为1∶1；所使用的流化造粒包衣干燥机的工艺条件为：压缩空气耗量为0.4m3/min，气密封调压为0.16Mpa，雾化压力为0.18Mpa，电流调压为0.4Mpa，喷涂进料速度为10ml/min，喷涂进口温度和出口温度均为常温；启动FLP型流化造粒包衣干燥机，通过设备视窗观察制丸情况，经过15min，制得直径1～2mm的球型乳酸菌颗粒。
启动包衣装置，在进口温度为70℃，出口温度为45℃下，喷入2wt％海藻酸钠、1wt％卡拉胶、0.5wt％大豆色拉油和0.4wt％大豆分离蛋白的壁材溶液，同时从另一喷头喷入2wt％CaCl2溶液，进料速度分别为8ml/min和4ml/min，制得直径为2～3mm的包被乳酸菌微胶囊，其乳酸菌含量占微胶囊总重的20％。
实施例2
从健康动物肠道中分离到一株乳酸菌(如，粪链球菌)，接入实施例1中所述的培养基中，在25～42℃培养12小时；将培养液在4000r/min条件下，离心30min，得到乳酸菌菌泥；用灭菌生理盐水将该乳酸菌菌泥稀释，加入乳酸菌菌泥总重3％的脱脂奶粉，得到活菌浓度为109cfu/ml的乳酸菌浓缩液。
采用FLP型流化造粒包衣干燥机，将微晶纤维素∶蔗糖∶玉米淀粉＝2∶3∶5(重量比)组成的制丸辅料2kg投入制丸锅中，同时喷入上述的乳酸菌浓缩液，制丸辅料与乳酸菌浓缩液的重量比例为1∶2，进行两次喷涂；所使用的流化造粒包衣干燥机的工艺条件为：压缩空气耗量为0.2m3/min，气密封调压为0.13Mpa，雾化压力为0.16Mpa，电流调压为0.2Mpa，喷涂进料速度为5ml/min，喷涂进口风温为50℃，出口温度为常温；启动FLP型流化造粒包衣干燥机，通过设备视窗观察制丸情况，经过10min，制得直径1～2mm的球型乳酸菌颗粒。
启动包衣装置，在进口温度为65℃，出口温度为30℃下，喷入3wt％海藻酸钠、0.6wt％大豆色拉油和0.5wt％大豆分离蛋白的壁材溶液，同时从另一喷头喷入1wt％CaCl2溶液，进料速度分别为4ml/min和2ml/min，制得直径为2～3mm的乳酸菌微胶囊，其乳酸菌含量占微胶囊总重的25％。
实施例3
从健康动物肠道中分离到一株乳酸菌(如，嗜酸乳杆菌，当然也可以为发酵乳杆菌或干酪乳杆菌)，接入实施例1中所述的培养基中，在25～42℃培养12小时；将培养液在4000r/min条件下，离心30min，得到乳酸菌菌泥；用灭菌生理盐水将该乳酸菌菌泥稀释，加入乳酸菌菌泥总重10％的脱脂奶粉，得到活菌浓度为1011cfu/ml的乳酸菌浓缩液。
采用FLP型流化造粒包衣干燥机，依蔗糖∶麦芽糖糊精∶蛋白糖＝2∶3∶4(重量比)组成的制丸辅料2kg投入制丸锅中，同时喷入上述的乳酸菌浓缩液，制丸辅料与乳酸菌浓缩液的重量比例为1∶3，进行三次喷涂；所使用的流化造粒包衣干燥机的工艺条件为：压缩空气耗量为0.6m3/min，气密封调压为0.20Mpa，雾化压力为0.22Mpa，电流调压为0.6Mpa，喷涂进料速度为15ml/min，喷涂进口风温为95℃，出口温度为常温；启动FLP型流化造粒包衣干燥机，通过设备视窗观察制丸情况，经过30min，制得直径1～2mm的球型乳酸菌颗粒。
启动包衣装置，在进口温度为75℃，出口温度为50℃下，喷入5wt％海藻酸钠壁材溶液，同时从另一喷头喷入3wt％CaCl2溶液，进料速度分别为20ml/min和10ml/min，制得直径为2～3mm的包被乳酸菌微胶囊，其乳酸菌含量占微胶囊总重的30％。
实施例4
将实施例1～3中制备的乳酸菌微胶囊在模拟胃液和模拟肠液中进行耐胃酸性能的测试。
将上述乳酸菌微胶囊5g，分别在45ml两种不同pH的模拟胃液中，于37℃下孵育2h，然后转入不同pH的模拟肠液中处理2h，观察微胶囊的崩解情况，结果列于表1。测定乳酸菌的活菌数，按下式计算微胶囊化乳酸菌的存活率，结果列于表2。
存活率＝(处理前活菌数)/(处理后活菌数)×100％
表1、乳酸菌微胶囊在模拟胃液和模拟肠液中的崩解情况
溶液 形态变化
模拟胃液1(pH2.5) 均无破损
模拟胃液2(pH1.2) 均无破损
模拟肠液1(pH6.8，不加酶) 均完全破损
模拟肠液2(pH6.8，加酶) 均完全破损
表2、微胶囊化的乳酸菌在模拟胃液和模拟肠液中的存活率
模拟胃液 模拟肠液 实施例1 实施例2 实施例3 对比例*
1 pH2.5 pH6.8，不加酶 78％ 61％ 66％ 43％
2 pH1.2 pH6.8，不加酶 60％ 32％ 42％ 55％
3 pH2.5 pH6.8，加酶 64％ 50％ 54％ 31％
4 pH1.2 pH6.8，加酶 46％ 31％ 28％ 25％
*对比例是选自中国专利CN1276009A的数据，其处理条件为：在模拟胃液中处理1h，再在模拟肠液中处理2h；而本发明的乳酸菌微胶囊分别在胃液和肠液中处理2小时(长于对比例)，其存活率仍高于对比例。
由表1和表2的结果可知，本发明提供的乳酸菌微胶囊对乳酸菌进行了包被保护，使之可安全通过酸性较强的胃液，提高了乳酸菌的抗逆性，而进入肠道内后，可迅速崩解，占据定植位点，进而增殖和发挥其功能，从而产生抑制病原菌的生长的作用。表2的结果也证明本发明提供的乳酸菌微胶囊比已有专利提供的乳酸菌微胶囊的耐胃酸性更强，即使在模拟胃液中处理时间较对照产品长1h，乳酸菌存活率仍明显高于对照产品的存活率。这是本发明与已有专利相比，具有的明显优点之一。
实施例5
将实施例1～3中制备的乳酸菌微胶囊在常温下贮存60天，测定乳酸菌的存活情况，结果见表3。
表3、常温贮存条件下微胶囊化乳酸菌的存活率(％)
贮存时间 0天 15天 30天 60天
实施例1 100 88 80 71
实施例2 100 90 81 60
实施例3 100 85 72 65
由表3的结果可知，本发明提供的乳酸菌微胶囊在常温下非常稳定，60天后仍可保持乳酸菌活性大于60％。
实施例6
将实施例1～3中制备的乳酸菌微胶囊在常温下与1％鸡、猪预混料混合贮存60天，测定乳酸菌的存活情况，结果见表4和表5。
表4、与含有高浓度微量元素金属离子的仔猪预混料混合贮存时的乳酸菌存活率变化情况(％)
贮存时间 0天 15天 30天 60天
实施例1 100 50 40 21
实施例2 100 46 31 20
实施例3 100 57 42 22
未包被 100 0.07 0.0001 0
表5、与含有较高浓度微量元素金属离子的鸡预混料混合贮存时的乳酸菌存活率变化情况(％)
贮存时间 0天 15天 30天 60天
实施例1 100 56 41 32
实施例2 100 51 43 30
实施例3 100 55 46 34
未包被 100 1.07 0.015 0.0001
由于鸡和猪预混料中含有高剂量的矿物元素(如铁、铜、锌、钴、锰)、氯化胆碱和维生素(如VA、VB族)等，它们均会发生一系列氧化还原反应及酸碱度变化，从而对乳酸菌产生一定的影响。同时这些高浓度的盐类均能使菌体细胞脱水，造成菌体生理上的干燥进而死亡。由表4和表5可知，本发明提供的微胶囊化乳酸菌与预混料混合贮存60天，乳酸菌存活率仍在20％以上，而未微胶囊化的产品在贮存60天时，已检测不到活菌。此结果证明了本发明提供的微胶囊化产品能有效防止饲料中矿物盐和维生素类对乳酸菌的损害。并且由于在1％高铜仔猪预混料中的铜离子浓度比1％鸡预混料中的铜离子浓度约高15倍，因此1％猪预混料中乳酸菌的损失速度明显高于1％鸡预混料中的损失速度。
实施例7
将实施例1～3中制备的乳酸菌微胶囊在不同制粒温度下进行制粒，乳酸菌的存活情况见表6。
表6、制粒温度对饲用微生物活性的影响[1g(cfu/g)]
温度℃ 实施例1 实施例2 实施例3 未包被
52 8.74 8.23 8.12 3.95
60 8.60 7.95 7.86 —
66 8.12 7.54 7.32 0
72 7.86 6.98 6.87 0
80 7.01 6.00 5.96 0
82 6.21 5.22 4.92 —
85 5.03 4.21 3.87 0
1g(cfu/g)为每克饲料中活细胞数量的对数值。
从表6中可以看出，制粒会对乳酸菌的存活造成极大损伤，而本发明提供的微胶囊化产品可以显著提高乳酸菌的存活率。在85℃下制粒乳酸菌仍有3.87个数量级以上的活菌存在。
Claims (7)
1、一种包被乳酸菌微胶囊，由芯材和敷着在芯材外表面上的壁材组成，其特征在于，所述芯材为由乳酸菌与制丸辅料均匀混合并粘合成一体的微球形颗粒，颗粒中乳酸菌含量占颗粒总重的20～30％，其制丸辅料为蔗糖、麦芽糖糊精、微晶纤维素、玉米淀粉、葡萄糖或蛋白糖中的一种、两种或多种的混合物；所述壁材为海藻酸钠、CaCl2和卡拉胶、大豆分离蛋白、非水溶性植物油中的一种，两种或多种混合物。
2、按权利要求1所述的包被乳酸菌微胶囊，其特征在于：所述非水溶性植物油为亚麻油、棉籽油、菜籽油、大豆色拉油、葵花子油或玉米油。
3、按权利要求1或2所述的包被乳酸菌微胶囊，其特征在于：所述的乳酸菌为经过一定耐氧驯化，在有氧操作过程中有较高存活率的植物乳杆菌、粪链球菌、嗜酸乳杆菌、发酵乳杆菌或干酪乳杆菌。
4、一种权利要求1所述包被乳酸菌微胶囊的制备方法，其步骤如下：
(1)制备乳酸菌浓液：
将健康动物肠道中分离到的乳酸菌，接入灭菌后的培养基中培养，再将得到的乳酸菌培养液进行离心分离，用灭菌生理盐水将分离得到的沉淀物——菌泥稀释成含109～1011cfu/ml乳酸菌活菌的混合液，并加入沉淀物——菌泥总重3～10％的脱脂奶粉，得到乳酸菌浓液；
(2)造粒：
将装有制丸辅料的流化造粒包衣干燥机的转动的制丸锅中，在制丸辅料呈沸腾的状态下喷涂步骤(1)制得的乳酸菌浓液，10～30min后，停止乳酸菌浓液的喷涂，继续沸腾转动制丸锅5-10分钟，得到直径1～2mm的球型颗粒，该球型颗粒中乳酸菌含量占球型颗粒总重的20～30％；
所使用的制丸辅料为蔗糖、麦芽糖糊精、微晶纤维素、玉米淀粉、葡萄糖或蛋白糖中的一种、两种或多种的混合物；
所使用的流化造粒包衣干燥机的工艺条件为：压缩空气耗量为0.2～0.6m3/min，气密封调压为0.13～0.20Mpa，雾化压力为0.16～0.22Mpa，电流调压为0.2～0.6Mpa，喷料速度为5～15ml/min，喷料进口温度为25-95℃，出口温度为常温；
(3)包被：
将步骤(2)得到的球型颗粒放入流化造粒包衣干燥机内的包衣锅内，从包衣锅进口分别同时喷入浓度为1～5wt％壁材溶液和浓度为1～3wt％CaCl2溶液，喷料进口温度为65～75℃，喷料速度为2～20ml/min，10-30分钟后，便在流化造粒包衣干燥机内的出口得到经包被的直径为2～3mm的包被乳酸菌微胶囊，其出口温度为30～50℃；
所述壁材为海藻酸钠、CaCl2和卡拉胶、大豆分离蛋白、非水溶性植物油中的一种，两种或多种混合物。
5、按权利要求4所述的包被乳酸菌微胶囊的制备方法，其特征在于：所述步骤(2)中乳酸菌浓液的喷涂为1～3次。
6、按权利要求4所述的包被乳酸菌微胶囊的制备方法，其特征在于：所述非水溶性植物油为亚麻油、棉籽油、菜籽油、大豆色拉油、葵花子油或玉米油。
7、按权利要求4所述的包被乳酸菌微胶囊的制备方法，其特征在于：所述的乳酸菌为经过一定耐氧驯化，在有氧操作过程中有较高存活率的植物乳杆菌、粪链球菌、嗜酸乳杆菌、发酵乳杆菌或干酪乳杆菌。
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