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益生菌喷雾干燥

益生菌喷雾干燥

发布时间:2015-08-10
文章标签:益生菌,又称为益生素、促生素、活性菌、微生态制剂 喷雾干燥设备

益生菌,又称为益生素、促生素、活性菌、微生态制剂,是指那些具有维持人体内菌群平衡,对人体健康产生有益作用的活菌制品或含有菌体组分及代谢产物的死菌制品。 目前在日本和欧美使用的益生菌主要是短双歧杆菌、长双歧杆菌、两歧双歧杆菌、嗜酸乳杆菌、鼠李糖乳杆菌、罗氏乳杆菌、植物乳杆菌、酪酸乳杆菌、詹氏乳酸杆菌等,乳酸肠球菌也有使用。我国公布了10种可用于保健食品的益生菌,即两歧双歧杆菌、婴儿双歧杆菌、长双歧杆菌、短双歧杆菌、青春双歧杆菌、德氏乳杆菌保加利亚亚种、嗜酸乳杆菌、干酪乳杆菌干酪亚种、嗜热链球菌、罗伊氏乳杆菌[2]。 益生菌制剂可分为液体制剂和固体制剂。液体制剂是通过传统的发酵培养方式,^终得到益生菌发酵液作为明陞体育m88。固体制剂一般是益生菌经过增殖后,通过冻干、喷雾干燥或包埋等手段,将液体制剂进一步加工成为 固态形式,然后以颗粒、片剂或胶囊的形式进行销售。目前已有许多关于冻干菌粉和冷冻浓缩双歧杆菌和乳杆菌的研究,但这些方法有很多不利:冻干耗时,价格昂贵,冷冻浓缩转化和储藏费用高,解冻过程菌种存活量减少。与之相比,喷雾干燥每千克的成本仅为冻干的1/6;喷雾干燥粉末运输成本低;能长期稳定储存。从商业角度考虑,利用这种成本低的方法生产活益生菌明陞体育m88,是非常合适的。然而在喷雾干燥过程中,益生菌与高温空气充分接触,尽管时间短,但热力作用还是会导致菌体死亡,制备的干燥菌粉活菌数较低。因此,喷雾干燥益生菌的存活率对于其商业化生产是一个明显的挑战,微生物对热的敏感性和存活的必要条件都成为目前的研究热点。

1、喷雾干燥原理:
喷雾干燥法是以单一工序将溶液、乳液、悬浮液或浆状物加工成粉状干燥制品的一种干燥法。将被干燥的液体经雾化器作用,喷成非常细微的雾滴,并依靠干燥介质(热空气、冷空气、烟道气或惰性气体)与雾滴均匀混合,进行热交换和质交换,使得溶剂气化或使得熔融物固化。干燥的过程可分为恒速率干燥和降速率干燥2个过程。首先经过恒速率干燥,此期间干燥时间极短,约几分之一秒,甚至几^之一秒,物料表面温度约45℃ (相对热风温度180℃而言)。进入降 速率干燥期,由于固形物的热阻较大和水分转移阻力增大,所以干燥时间较长,一般需20-30s,此时粉末^高温度和干燥塔空气温度相同,一般约80-100℃。
2、喷雾干燥工艺参数对益生菌存活的影响
保持益生菌的存活率,重要的是在喷雾干燥过程之后保持益生菌的特性。近年来,喷雾干燥研究技术主要聚焦在工艺参数的优化,适当培养基的选择,不同保护剂的添加,不同储存条件下的存活率。另外也开始研究其它可行的方法,如微胶囊化和预处理能潜在提高微生物对干燥环境的耐受性。已有报道称,益生菌微胶囊化有利于发酵乳制品的加工,相对于没有胶囊化的细菌能获得较高的细胞稳定性和生产率。
3、热休克蛋白对微生物耐热性 的影响 热应激反应是指从原核生物细菌到人类在高温环境下均可发生的应激反应。在热应激状态下可产生的一组高度保守的蛋白质,称为热休克蛋白(也称热应激蛋白) 。热休克蛋白是一组糖蛋白,作为分子伴侣参入蛋白质的合成、折叠、装配、运输和降解等过程,具有多种生物学作用。1962年遗传学家Ritossa首次在果蝇中报道了热休克反应,他们观察到将果蝇幼虫的饲养温度从25℃ 提高到30℃,30分钟后,其唾液腺染色体上出现了特殊的“膨突”。1978年,科学家人首次提出热休克可能在增加机体存活、适应能力方面存在作用。热休克蛋白反应了新陈代谢中的显著变化,包括针对新环境的暂时全面调整。热休克生理调节的结果是提高加热激发的抵抗力,这方面已经在培养的哺乳动物细胞、细菌、酵母和其它真菌等领域被报道。
4加热和喷雾干燥对微生物细胞 损伤的影响
4.1加热对细胞损伤的影响 从生物学上来说,温度对生物存活影响^大,特别是高温。高温能破坏微生物的细胞膜、细胞壁、蛋白质和核酸,从而导致其死亡。科学家们通过差式扫描量热仪分析保加利亚乳酸菌在62、64、65、66℃的耐热能力,确定加热处理过程中的损伤部位:64℃以下引起细胞膜的损伤,65℃以上引起细胞壁和蛋白质的损伤,细胞核糖体的不可逆反应也是在65℃以上。
4.2喷雾干燥技术对细胞损伤的影响 喷雾干燥过程中细胞损伤主要是由于高温和干燥脱水。科学家们对进料液单独雾化时发现,所有细胞均存活。他们认为雾化过程菌株或者没被破坏,或者破坏了较小的链,引起的损伤不明显,高温和干燥脱水才是引起细胞损伤的主要原因。细胞失水可能引起细胞膜、蛋白质结构和功能完整性的不可逆变化,保护这些基本的功能和结构对于细胞存活和保持功能性至关重要。 喷雾干燥温度对微生物的致死作用主要是由于蛋白质、核酸与酶系统等重要生物高分子的氢键受到破坏,导致菌体蛋白质凝固变性,核酸发生降解变性失活,从而破坏细胞的组成;热溶解细胞膜上类脂质成分形成极小的孔,使细胞内容物泄漏,从而导致死亡。 科学家们在研究喷雾干燥对保加利亚乳杆菌细胞膜的影响时发现,喷雾干燥后受损伤细胞内一些细胞质(蛋白质、核酸、钾离子)部分流失;干 燥细胞增加对NaCl的敏感性和邻-硝基苯-β-D-半乳糖苷的通透性。β-半乳糖苷酶又称乳糖酶,广泛存在于各种动物、植物和微生物中,它是降解乳糖所必需的酶,它的活力大小,一方面反应菌株的发酵能力,另一方面体现菌株细胞膜通透性的改变情况。乳酸菌的致死损伤容易被发现,并及时被清除;而细胞膜通透性的改变、代谢调节作用和酶活力损失等生理损伤不易被发现,常以一种隐性损伤的形式存在于菌 体中。科学家在研究喷雾干燥、冻干和冷冻对瑞士乳杆菌CNRZ-32的影响时发现,CNRZ-32喷雾干燥(82℃)的存活率低于冻干和冷冻,但喷雾干燥后β-半乳糖苷酶活性要比冻干和冷冻高几倍。所以他们认为喷雾干燥的隐性损伤相比冻干和冷冻低。 另外,科学家们还对4种产细菌素的乳酸菌喷雾干燥后的细胞存活率、细胞损伤和抗活性进行了研究,发现喷雾干燥后菌粉细菌素活力没有减少。4℃储藏2个月,样品中只有1种乳球菌显示细胞存活数逐渐减少,而4种乳酸菌的细菌素活力仍保持在同一水平。
5、益生菌喷雾干燥技术的发展 前景 喷雾干燥法在商业领域特别是药品、食品工业被广泛应用。由于其设备简单、成本低、易于推广、有利于大规模连续生产等优点,人们开始研究其在益生菌及其明陞体育m88生产中的应用。在经过对益生菌耐热性、喷雾干燥存活性、储存期稳定性、细胞损伤位置和机理的一系列研究后,还将进一步对怎样防止 细胞损伤,获得^佳生存活力的技术进行深入研究。喷雾干燥技术广泛应用在益生菌的商业化生产指日可待。