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    益生菌噴霧干燥

    益生菌噴霧干燥

    發布時間:2015-08-10
    文章標簽:益生菌,又稱為益生素、促生素、活性菌、微生態制劑 噴霧干燥設備

    益生菌,又稱為益生素、促生素、活性菌、微生態制劑,是指那些具有維持人體內菌群平衡,對人體健康產生有益作用的活菌制品或含有菌體組分及代謝產物的死菌制品。 目前在日本和歐美使用的益生菌主要是短雙歧桿菌、長雙歧桿菌、兩歧雙歧桿菌、嗜酸乳桿菌、鼠李糖乳桿菌、羅氏乳桿菌、植物乳桿菌、酪酸乳桿菌、詹氏乳酸桿菌等,乳酸腸球菌也有使用。我國公布了10種可用于保健食品的益生菌,即兩歧雙歧桿菌、嬰兒雙歧桿菌、長雙歧桿菌、短雙歧桿菌、青春雙歧桿菌、德氏乳桿菌保加利亞亞種、嗜酸乳桿菌、干酪乳桿菌干酪亞種、嗜熱鏈球菌、羅伊氏乳桿菌[2]。 益生菌制劑可分為液體制劑和固體制劑。液體制劑是通過傳統的發酵培養方式,^終得到益生菌發酵液作為產品。固體制劑一般是益生菌經過增殖后,通過凍干、噴霧干燥或包埋等手段,將液體制劑進一步加工成為 固態形式,然后以顆粒、片劑或膠囊的形式進行銷售。目前已有許多關于凍干菌粉和冷凍濃縮雙歧桿菌和乳桿菌的研究,但這些方法有很多不利:凍干耗時,價格昂貴,冷凍濃縮轉化和儲藏費用高,解凍過程菌種存活量減少。與之相比,噴霧干燥每千克的成本僅為凍干的1/6;噴霧干燥粉末運輸成本低;能長期穩定儲存。從商業角度考慮,利用這種成本低的方法生產活益生菌產品,是非常合適的。然而在噴霧干燥過程中,益生菌與高溫空氣充分接觸,盡管時間短,但熱力作用還是會導致菌體死亡,制備的干燥菌粉活菌數較低。因此,噴霧干燥益生菌的存活率對于其商業化生產是一個明顯的挑戰,微生物對熱的敏感性和存活的必要條件都成為目前的研究熱點。

    1、噴霧干燥原理:
    噴霧干燥法是以單一工序將溶液、乳液、懸浮液或漿狀物加工成粉狀干燥制品的一種干燥法。將被干燥的液體經霧化器作用,噴成非常細微的霧滴,并依靠干燥介質(熱空氣、冷空氣、煙道氣或惰性氣體)與霧滴均勻混合,進行熱交換和質交換,使得溶劑氣化或使得熔融物固化。干燥的過程可分為恒速率干燥和降速率干燥2個過程。首先經過恒速率干燥,此期間干燥時間極短,約幾分之一秒,甚至幾^之一秒,物料表面溫度約45℃ (相對熱風溫度180℃而言)。進入降 速率干燥期,由于固形物的熱阻較大和水分轉移阻力增大,所以干燥時間較長,一般需20-30s,此時粉末^高溫度和干燥塔空氣溫度相同,一般約80-100℃。
    2、噴霧干燥工藝參數對益生菌存活的影響
    保持益生菌的存活率,重要的是在噴霧干燥過程之后保持益生菌的特性。近年來,噴霧干燥研究技術主要聚焦在工藝參數的優化,適當培養基的選擇,不同保護劑的添加,不同儲存條件下的存活率。另外也開始研究其它可行的方法,如微膠囊化和預處理能潛在提高微生物對干燥環境的耐受性。已有報道稱,益生菌微膠囊化有利于發酵乳制品的加工,相對于沒有膠囊化的細菌能獲得較高的細胞穩定性和生產率。
    3、熱休克蛋白對微生物耐熱性 的影響 熱應激反應是指從原核生物細菌到人類在高溫環境下均可發生的應激反應。在熱應激狀態下可產生的一組高度保守的蛋白質,稱為熱休克蛋白(也稱熱應激蛋白) 。熱休克蛋白是一組糖蛋白,作為分子伴侶參入蛋白質的合成、折疊、裝配、運輸和降解等過程,具有多種生物學作用。1962年遺傳學家Ritossa首次在果蠅中報道了熱休克反應,他們觀察到將果蠅幼蟲的飼養溫度從25℃ 提高到30℃,30分鐘后,其唾液腺染色體上出現了特殊的“膨突”。1978年,科學家人首次提出熱休克可能在增加機體存活、適應能力方面存在作用。熱休克蛋白反應了新陳代謝中的顯著變化,包括針對新環境的暫時全面調整。熱休克生理調節的結果是提高加熱激發的抵抗力,這方面已經在培養的哺乳動物細胞、細菌、酵母和其它真菌等領域被報道。
    4加熱和噴霧干燥對微生物細胞 損傷的影響
    4.1加熱對細胞損傷的影響 從生物學上來說,溫度對生物存活影響^大,特別是高溫。高溫能破壞微生物的細胞膜、細胞壁、蛋白質和核酸,從而導致其死亡??茖W家們通過差式掃描量熱儀分析保加利亞乳酸菌在62、64、65、66℃的耐熱能力,確定加熱處理過程中的損傷部位:64℃以下引起細胞膜的損傷,65℃以上引起細胞壁和蛋白質的損傷,細胞核糖體的不可逆反應也是在65℃以上。
    4.2噴霧干燥技術對細胞損傷的影響 噴霧干燥過程中細胞損傷主要是由于高溫和干燥脫水??茖W家們對進料液單獨霧化時發現,所有細胞均存活。他們認為霧化過程菌株或者沒被破壞,或者破壞了較小的鏈,引起的損傷不明顯,高溫和干燥脫水才是引起細胞損傷的主要原因。細胞失水可能引起細胞膜、蛋白質結構和功能完整性的不可逆變化,保護這些基本的功能和結構對于細胞存活和保持功能性至關重要。 噴霧干燥溫度對微生物的致死作用主要是由于蛋白質、核酸與酶系統等重要生物高分子的氫鍵受到破壞,導致菌體蛋白質凝固變性,核酸發生降解變性失活,從而破壞細胞的組成;熱溶解細胞膜上類脂質成分形成極小的孔,使細胞內容物泄漏,從而導致死亡。 科學家們在研究噴霧干燥對保加利亞乳桿菌細胞膜的影響時發現,噴霧干燥后受損傷細胞內一些細胞質(蛋白質、核酸、鉀離子)部分流失;干 燥細胞增加對NaCl的敏感性和鄰-硝基苯-β-D-半乳糖苷的通透性。β-半乳糖苷酶又稱乳糖酶,廣泛存在于各種動物、植物和微生物中,它是降解乳糖所必需的酶,它的活力大小,一方面反應菌株的發酵能力,另一方面體現菌株細胞膜通透性的改變情況。乳酸菌的致死損傷容易被發現,并及時被清除;而細胞膜通透性的改變、代謝調節作用和酶活力損失等生理損傷不易被發現,常以一種隱性損傷的形式存在于菌 體中??茖W家在研究噴霧干燥、凍干和冷凍對瑞士乳桿菌CNRZ-32的影響時發現,CNRZ-32噴霧干燥(82℃)的存活率低于凍干和冷凍,但噴霧干燥后β-半乳糖苷酶活性要比凍干和冷凍高幾倍。所以他們認為噴霧干燥的隱性損傷相比凍干和冷凍低。 另外,科學家們還對4種產細菌素的乳酸菌噴霧干燥后的細胞存活率、細胞損傷和抗活性進行了研究,發現噴霧干燥后菌粉細菌素活力沒有減少。4℃儲藏2個月,樣品中只有1種乳球菌顯示細胞存活數逐漸減少,而4種乳酸菌的細菌素活力仍保持在同一水平。
    5、益生菌噴霧干燥技術的發展 前景 噴霧干燥法在商業領域特別是藥品、食品工業被廣泛應用。由于其設備簡單、成本低、易于推廣、有利于大規模連續生產等優點,人們開始研究其在益生菌及其產品生產中的應用。在經過對益生菌耐熱性、噴霧干燥存活性、儲存期穩定性、細胞損傷位置和機理的一系列研究后,還將進一步對怎樣防止 細胞損傷,獲得^佳生存活力的技術進行深入研究。噴霧干燥技術廣泛應用在益生菌的商業化生產指日可待。

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