郭 帥，王昊乾，徐鵬飛，許家齊，鄭新飛，張和平

（內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué) 乳品生物技術(shù)與工程教育部重點實驗室 呼和浩特 010018）

益生菌是一種活的微生物，當(dāng)攝入足夠的濃度時，可以為宿主提供健康益處[1]。益生菌不僅可以調(diào)節(jié)腸道菌群平衡，而且具有多種生物活性，雙歧桿菌就是益生菌群的典型代表之一[2-3]。目前，雙歧桿菌已在醫(yī)藥和食品等行業(yè)廣泛應(yīng)用。研究表明，雙歧桿菌與人和動物飲食、健康以及疾病密切相關(guān)[4-5]，它可以通過產(chǎn)生抗菌物質(zhì)[6]，抑制致病菌生長[7]，減輕炎癥反應(yīng)[8]，增強(qiáng)免疫應(yīng)答[9]等方式，維持和調(diào)節(jié)體內(nèi)平衡，促進(jìn)宿主健康。乳雙歧桿菌Probio-M8 在食品和醫(yī)藥行業(yè)具有較高的應(yīng)用價值。

雙歧桿菌對氧氣、高溫等環(huán)境因素非常敏感，在益生菌制劑的開發(fā)和貯藏過程中極易死亡，其作用及應(yīng)用都受到一定的限制，因此，雙歧桿菌活菌制劑的制備并提高其貯藏穩(wěn)定性十分必要。微膠囊化的雙歧桿菌可減少與氧氣等外界不利環(huán)境的接觸，提高菌體存活率及增強(qiáng)對不利環(huán)境的抵抗能力，有利于益生菌在腸道內(nèi)定殖[7]。在食品生產(chǎn)工業(yè)中，噴霧干燥是常用的微膠囊化方法，與冷凍干燥相比，噴霧干燥具有設(shè)備、儀器簡單、成本低、速率高及連續(xù)性強(qiáng)[10]等優(yōu)點，適合益生菌大規(guī)模生產(chǎn)、運輸和儲存。然而，在噴霧干燥過程中，由于益生菌菌體與高溫空氣的充分接觸對菌體造成傷害，嚴(yán)重影響菌粉活菌數(shù)的存活率[11]，因此菌體存活率降低是噴霧干燥制備菌粉的主要問題。采用真空低溫噴霧干燥技術(shù)，乳雙歧桿菌Probio-M8微膠囊在較低的溫度下快速干燥，降低了干燥過程中菌體的高溫脅迫及氧化應(yīng)力，極大地提高了菌體的生物活性。

本試驗中采用真空低溫噴霧干燥技術(shù)制備乳雙歧桿菌Probio-M8 微膠囊，篩選出最佳工藝條件，對微膠囊粉進(jìn)行細(xì)胞膜完整性的檢測，粉末形態(tài)特征、玻璃化轉(zhuǎn)變溫度、干燥前、后脂肪酸變化的研究，以期為乳雙歧桿菌Probio-M8 微膠囊生產(chǎn)提供一種低能耗、高活性產(chǎn)品的技術(shù)方案，為乳雙歧桿菌Probio-M8 的商業(yè)化應(yīng)用提供理論支持。

1 材料與方法

1.1 菌種與培養(yǎng)基

供試菌株乳雙歧桿菌Probio-M8（Bifidobacterium animalis subsp.lactis Probio-M8） 分離自內(nèi)蒙古自治區(qū)呼和浩特市健康婦女母乳，由內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)乳酸菌菌種資源庫（Lactic Acid Bac teria Collection Center，LABCC）提供。

MRS 培養(yǎng)基（英國Oxoid 公司）；改良MRS 培養(yǎng)基：MRS 培養(yǎng)基添加0.50 g/L 的L-半胱氨酸鹽酸鹽。

1.2 試劑與儀器

脫脂乳、海藻糖、谷氨酸鈉、甲醇（分析純）、甲醇鈉（分析純）、正己烷（分析純）、熒光染料LIVE/DEAD 試劑盒，美國Invitrogen 公司。

YC-2000 真空低溫噴霧干燥機(jī)，上海雅程儀器設(shè)備有限公司；CytoFLEX S 流式細(xì)胞儀，美國貝克曼庫爾特公司；TM4000PLUS 掃描電鏡，日本株式會社日立高新技術(shù)那珂事業(yè)所；DSC25 型差示掃描量熱儀，美國TA 公司；Technologies 6850氣相色譜儀，安捷倫科技有限公司；Synergy H1 酶標(biāo)儀，美國BioTek 公司；HD-3A 型智能水分活度測量儀，無錫市華科儀器儀表有限責(zé)任公司。

1.3 方法

1.3.1 菌種活化培養(yǎng)、收集 將冷凍保存（-80℃） 的Probio-M8 菌種接種至改良MRS 液體培養(yǎng)基中，在37 ℃厭氧條件下連續(xù)活化3 代，以提高菌株活力，4 500 g 離心15 min，用PBS 沖洗2 次，收集菌泥。

1.3.2 噴霧干燥工藝研究

1.3.2.1 保護(hù)壁材優(yōu)化 本試驗選取脫脂乳、海藻糖、麥芽糊精、谷氨酸鈉以及阿拉伯膠為研究壁材，以Probio-M8 菌體存活率為評價指標(biāo)，進(jìn)行單因素試驗。然后將篩選出的3 種具有良好保護(hù)效果的壁材繼續(xù)進(jìn)行3 因素3 水平的正交試驗。其中噴霧條件：進(jìn)風(fēng)溫度75 ℃，進(jìn)料速度9 mL/min，真空度0.025，噴霧壓力0.25 MPa，噴頭直徑1 mm，菌含量109CFU/mL。

1.3.2.2 進(jìn)風(fēng)溫度對菌體存活率及水分含量的影響 設(shè)置不同進(jìn)風(fēng)溫度，分別為：60，65，70，75，80，85，90 ℃。測定對應(yīng)溫度下菌體的存活率及水分含量，噴霧條件為：最佳復(fù)配保護(hù)劑，進(jìn)料速度9 mL/min，真空度0.025，噴霧壓力0.25 MPa，噴頭直徑1 mm，菌含量109CFU/mL。

1.3.2.3 進(jìn)料速度對菌體存活率及水分含量的影響 設(shè)置不同進(jìn)料速度，分別為：1.8，5.4，9，12.6，16.2 mL/min。測定對應(yīng)進(jìn)料速度下菌體的存活率及水分含量，噴霧條件為：最佳復(fù)配保護(hù)劑，進(jìn)風(fēng)溫度75 ℃，真空度0.025，噴霧壓力0.25 MPa，噴頭直徑1 mm，菌含量109CFU/mL。

1.3.2.4 噴頭直徑對菌體存活率及水分含量的影響 選取不同直徑的噴頭，分別為：1，1.5，2 mm。測定對應(yīng)噴頭直徑下菌體的存活率及水分含量，噴霧條件為：最佳復(fù)配保護(hù)劑，進(jìn)風(fēng)溫度75 ℃，進(jìn)料速度9 mL/min，真空度0.025，噴霧壓力0.25 MPa，菌含量109CFU/mL。

1.3.2.5 Box-Behnken 響應(yīng)面試驗優(yōu)化噴霧條件以單因素試驗結(jié)果為前提，利用Box-Behnken 響應(yīng)面試驗對進(jìn)風(fēng)溫度、進(jìn)料速度、噴頭直徑進(jìn)行3因素3 水平優(yōu)化。噴霧條件為：最佳復(fù)配保護(hù)劑，真空度0.025，噴霧壓力0.25 MPa，菌含量109CFU/mL。

1.3.3 活菌計數(shù)及存活率計算 以改良MRS 瓊脂培養(yǎng)基為計數(shù)培養(yǎng)基，采用稀釋平板菌落計數(shù)法。菌體存活率計算公式：

試中：N——干燥后樣品單位體積活菌數(shù)，CFU/g；N0——干燥前樣品單位體積活菌數(shù)，CFU/g。

1.3.4 水分含量測定 取3～5 g 微膠囊粉劑，使用全自動水分測定儀測定微膠囊粉劑水分含量。

1.3.5 脂肪酸測定

1.3.5.1 脂肪酸的提取 采用Beal 等[12]的方法提取膜脂肪酸并略做修改。離心收集菌體并用PBS清洗2 次，取0.5 g 濕菌泥，加入2 mL 的1 mol/L甲醇鈉-甲醇溶液，振蕩1.5 min 后，4 ℃放置10 min，加入1 mL 正己烷，漩渦振蕩1 min，靜置5 min，隨后離心5 min（6 000 g），離心結(jié)束后吸取上層液相轉(zhuǎn)入氣相瓶中進(jìn)行上機(jī)分析。

1.3.5.2 細(xì)胞膜脂肪酸含量的測定 本試驗采用氣相色譜法測定細(xì)胞膜脂肪酸的含量。

氣相色譜分析條件：PEG 毛細(xì)管填充柱（30 m×0.22 mm i.d.，0.25 μm film，Restek）；色譜柱溫度：100 ℃保持1 min，隨后以4 ℃/min 升溫至250℃，保持5 min。進(jìn)樣口溫度為260 ℃；檢測器溫度為280 ℃；柱壓為63.4 kPa；載氣為He；載氣流速為29.6 mL/min；總流量為0.5 mL/min。通過與脂肪酸標(biāo)樣進(jìn)行比對，采用歸一化法分析脂肪酸含量。

1.3.6 細(xì)胞膜完整性 本試驗用熒光染料LIVE/DEAD 試劑盒對菌細(xì)胞染色，用來表征噴霧干燥前后Probio-M8 菌體細(xì)胞膜完整度的變化。

操作如下：菌懸液100 μL，濃度控制 （106～108）cells/100 μL 加入5 μL 的PI 工作液和5 μL的SYTO 9 工作液，避光15 min 后用流式細(xì)胞儀檢測，收取10 000 個菌體分別計算各熒光強(qiáng)度。

1.3.7 形態(tài)特征觀察 通過掃描電子顯微鏡（SEM）觀察真空低溫噴霧干燥后Probio-M8 微膠囊粉的微觀形態(tài)。取少許微膠囊粉置于貼膠的進(jìn)樣臺上，設(shè)置電壓為10 kV，調(diào)節(jié)最佳視野以及選取合適的放大倍數(shù)進(jìn)行觀察。

1.3.8 DSC 測量 利用差示掃描量熱儀（DSC）測量Probio-M8 微膠囊粉的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度。取5 mg 微膠囊粉置于鋁盤中并進(jìn)行壓樣，取一相同的空鋁盤作為參照。樣品以10 ℃/min 的升溫速率從-40 ℃至100 ℃進(jìn)行程序升溫。

2 結(jié)果與分析

2.1 保護(hù)劑優(yōu)化結(jié)果

圖1為5 種壁材在不同濃度下對Probio-M8的保護(hù)效果。由圖1可知，當(dāng)脫脂乳、麥芽糊精、谷氨酸鈉添加量為10%，海藻糖添加量為15%，阿拉伯膠添加量為20%時，各保護(hù)劑的保護(hù)效果最好，Probio-M8 的存活率分別為：68.85%，68.62%，67.46%，65.13%，60.21%。故選取脫脂乳、麥芽糊精、谷氨酸鈉3 種保護(hù)效果較好的保護(hù)壁材進(jìn)行正交試驗。結(jié)果如表1所示。

圖1 不同壁材對雙歧桿菌M8 微膠囊品質(zhì)的影響Fig.1 Effect of different wall materials on the quality of Probio-M8 microcapsules

脫脂乳是制備益生菌微生態(tài)制劑時廣泛使用的保護(hù)壁材，由于細(xì)胞與蛋白之間存在疏水相互作用，在這個過程中，菌體細(xì)胞表面會形成一層具有保護(hù)細(xì)胞的蛋白層，對細(xì)胞保護(hù)有極其顯著的效果[13]，麥芽糊精是用于食品微膠囊的良好壁材之一，具有良好的乳化特性及成膜特性。谷氨酸鈉具有一定的抗氧化作用，在干燥過程中能夠保護(hù)細(xì)胞減少氧化傷害。通常認(rèn)為不同保護(hù)原理的保護(hù)劑復(fù)合后會優(yōu)于單一保護(hù)劑對菌體的保護(hù)效果，因此我們采用復(fù)配保護(hù)劑來作為Probio-M8的微膠囊壁材，由表1可見，根據(jù)極值R 可知各保護(hù)壁材對存活率的影響大小依次為：脫脂乳＞麥芽糊精＞谷氨酸鈉，最佳的復(fù)配組合為A3B2C1，即脫脂乳添加量為13%、麥芽糊精為10%、谷氨酸鈉為7%時，具有最佳的保護(hù)效果，噴霧干燥后Probio-M8 的存活率達(dá)到73.80%，顯著提高了噴霧干燥菌劑的存活率。

表1 正交試驗及結(jié)果Table 1 Orthogonal experiment and results

2.2 噴霧干燥條件優(yōu)化結(jié)果

2.2.1 進(jìn)風(fēng)溫度對存活率及水分含量的影響 進(jìn)風(fēng)溫度對產(chǎn)品的顆粒結(jié)構(gòu)、產(chǎn)品形貌和熱敏性成分的穩(wěn)定性等有重要的影響。圖2所示是進(jìn)風(fēng)溫度對菌體存活率和含水量的影響。

從圖2看出：菌體的存活率隨進(jìn)風(fēng)溫度的升高呈線性下降，當(dāng)進(jìn)風(fēng)溫度從60 ℃升高到90 ℃時，菌體存活率從（69.98±0.67）%降低到（54.27±1.59）%。微膠囊粉的水分含量也隨進(jìn)風(fēng)溫度的升高從（5.35±0.07）%降至（2.7±0.10）%。根據(jù)實際情況，應(yīng)該選擇高存活率和低水分含量的參數(shù)，因此綜上因素，確定適合Probio-M8 噴霧干燥的進(jìn)風(fēng)溫度為75 ℃，此時的菌體存活率為（75.85±1.13）%，殘留水分含量為（4.05±0.05）%。

圖2 進(jìn)風(fēng)溫度對Probio-M8 微膠囊品質(zhì)的影響Fig.2 Effect of different inlet temperature on the quality of Probio-M8 microcapsules

2.2.2 進(jìn)料速度對存活率及水分含量的影響 進(jìn)料速度過快常造成干燥不完全或菌體結(jié)塊，產(chǎn)品含水量高，若進(jìn)料速度過低時，菌體熱接觸時間較長，影響菌體存活率[14]。進(jìn)料速度對菌體存活率和含水量的影響如圖3所示。

圖3 進(jìn)料速度對Probio-M8 微膠囊品質(zhì)的影響Fig.3 Effect of different feed rates on the quality of Probio-M8 microcapsules

由圖3可看出，在1.8～9 mL/min 的進(jìn)料速度范圍內(nèi)，隨著進(jìn)料速度的增加菌體存活率呈上升趨勢，進(jìn)料速度為9 mL/min 時菌體存活率最高，為68.85%，進(jìn)料速度提升至12.6 mL/min 和16.2 mL/min 時，菌體存活率分別下降至59.98%和55.34%。研究發(fā)現(xiàn)，隨著進(jìn)料速度提升，噴霧干燥產(chǎn)品的含水量呈線性上升趨勢，表明進(jìn)料速度較大時，產(chǎn)品干燥不完全。因此，進(jìn)料速度宜選擇9 mL/min 為好。

2.2.3 響應(yīng)面法優(yōu)化真空低溫噴霧干燥制備微膠囊工藝 根據(jù)單因素試驗結(jié)果，以進(jìn)風(fēng)溫度、進(jìn)料速度、噴頭直徑為自變量，菌劑存活率為因變量，在單因素試驗的基礎(chǔ)上設(shè)計3 因素3 水平共17個點的響應(yīng)面分析，表2為具體設(shè)計及結(jié)果。

表2 響應(yīng)面試驗設(shè)計及結(jié)果Table 2 Response surface experiment design and results

利用Design Expert 8.0.6 軟件對表2試驗數(shù)據(jù)進(jìn)行多元回歸擬合，并對進(jìn)風(fēng)溫度（A）、進(jìn)料速度（B）和噴頭直徑（C）與存活率進(jìn)行回歸分析，得到回歸方程如下：

存活率 （%）=78.34-5.521A+4.24B-0.38C+3.86AB+0.46AC+2.22BC-7.78A2-4.25B2-5.98C2

試驗?zāi)Ｐ偷姆讲罘治鼋Y(jié)果如表3，模型極顯著（P＜0.0001），失擬性不顯著（P＞0.05），說明模型具有良好擬合性，試驗誤差小，與實際情況符合，模型能代表真空低溫噴霧干燥制備M8 微膠囊實際存活率。模型中回歸系數(shù)的顯著性檢驗顯示，一次項A、B 對存活率的影響極顯著（P＜0.01），一次項C 對存活率影響不顯著（P＞0.05），二次項A2、B2、C2對噴霧干燥制備M8 微膠囊存活率影響極顯著（P＜0.01）。此方程模型的系數(shù)為R2=0.9737，Radj2=0.9399，說明該模型能解釋97.37%和93.99%的響應(yīng)值變化，具有較高的可信度，可用于真空低溫噴霧干燥制備Probio-M8 微膠囊存活率的預(yù)測。

表3 二次多項式模型的系數(shù)及其方差分析Table 3 Coefficients and ANOVA for the developed quadratic polynomial model

圖4a 所示為進(jìn)風(fēng)溫度與進(jìn)料速度對Probio-M8 微膠囊存活率的影響以及二者之間的交互作用，當(dāng)進(jìn)料速度一定時，存活率隨著進(jìn)風(fēng)溫度增加呈先升后降的趨勢；當(dāng)進(jìn)風(fēng)溫度一定時，存活率隨著進(jìn)風(fēng)溫度增加呈現(xiàn)先升后降的趨勢，進(jìn)風(fēng)溫度的上升幅度明顯比進(jìn)料速度陡峭，說明進(jìn)風(fēng)溫度比進(jìn)料速度對Probio-M8 微膠囊存活率影響大。圖4b 所示為進(jìn)風(fēng)溫度和噴頭直徑對Probio-M8微膠囊存活率的影響以及二者之間的交互作用，存活率隨進(jìn)風(fēng)溫度與噴頭直徑的增加呈先上升后下降的趨勢，且進(jìn)風(fēng)溫度的上升幅度大于噴頭直徑的上升幅度，說明進(jìn)風(fēng)溫度對Probio-M8 微膠囊存活率的影響比噴頭直徑大。圖4c 所示為進(jìn)料速度和噴頭直徑對Probio-M8 微膠囊存活率的影響以及二者之間的交互作用，存活率隨進(jìn)料速度與噴頭直徑的增加呈先上升后下降的趨勢，且進(jìn)料速度的上升幅度大于噴頭直徑的上升幅度，說明進(jìn)料速度對Probio-M8 微膠囊存活率的影響比噴頭直徑大。因此，比較進(jìn)風(fēng)溫度、進(jìn)料速度、噴頭直徑3 個因素可知，影響菌劑噴霧干燥存活率的因素的順序為：進(jìn)風(fēng)溫度＞進(jìn)料速度＞噴頭直徑。經(jīng)過以上分析可知，當(dāng)進(jìn)風(fēng)溫度為80 ℃、進(jìn)料速度9 mL/min、噴頭直徑1.5 mm 時，為最佳噴霧條件，在此條件下噴霧干燥制備所得Probio-M8 微膠囊存活率為78.34%，水分含量為3.20%%，儲存期長。

圖4 因素交互作用響應(yīng)曲面及相應(yīng)的等高線圖Fig.4 Response surface plot and contour map of interactive effects of various factors

2.3 干燥前后細(xì)胞膜脂肪酸變化

細(xì)胞膜是細(xì)菌抵御外部不利條件的第一道防線，首先對逆境影響產(chǎn)生有利于細(xì)胞的調(diào)節(jié)，為了適應(yīng)各種環(huán)境的改變，使細(xì)胞膜的流動性與細(xì)菌的生命活動相適應(yīng)[15-16]，通過改變不飽和脂肪酸和飽和脂肪酸的比例來適應(yīng)環(huán)境的改變，從而維持菌體細(xì)胞穩(wěn)定生長[17-18]。表4顯示了真空低溫噴霧干燥對Probio-M8 細(xì)胞膜脂肪酸組分的影響。

真空低溫噴霧干燥對Probio-M8 細(xì)胞膜脂肪酸組成變化如表4，主要由C12：0（月桂酸）、C14：0（肉豆蔻酸）、C16：0（棕櫚酸）、C16：1（棕櫚油酸）、C18：0（硬脂酸）、C18：1w9c（油酸）、C18：3（亞麻酸）、C19cyc11（環(huán)丙烷脂肪酸）8 種脂肪酸組成，占總脂肪酸含量的84%以上，此外對含量較低或不能穩(wěn)定檢測出的脂肪酸沒有進(jìn)行分析。從總體上看，干燥后Probio-M8細(xì)胞膜脂肪酸的UFA/SFA 的比值提高了0.44，可能是菌體通過改變它們細(xì)胞膜脂肪酸的成分來適應(yīng)環(huán)境的變化，主要體現(xiàn)為干燥后飽和脂肪酸含量下降8.72%（P＜0.05） 和不飽和脂肪酸含量上升11.78%（P＜0.05）。不飽和脂肪酸棕櫚油酸、油酸、環(huán)丙烷脂肪酸在干燥后相對含量都發(fā)生了不同程度的增加，研究表明，細(xì)胞膜中不飽和脂肪酸（即油酸） 的存在增強(qiáng)了不同種類乳酸菌的抗逆性[19-20]，此外，環(huán)丙烷脂肪酸在細(xì)胞膜中起到調(diào)整細(xì)胞膜流動性、穩(wěn)定細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)和控制細(xì)胞膜通透性的作用，在脅迫適應(yīng)性反應(yīng)中起到重要作用[21-23]。

表4 Probio-M8 細(xì)胞膜脂肪酸相對含量Table 4 Relative content of fatty acid composition in the cell membrane of Probio-M8

2.4 細(xì)胞膜完整性

本試驗用LIVE/DEAD 細(xì)菌熒光染色探針對菌細(xì)胞染色，LIVE/DEAD 細(xì)菌熒光染色探針由SYTO 9 和PI 兩種熒光染色劑組成，其中SYTO 9可以穿過所有細(xì)菌的細(xì)胞膜，使菌體呈現(xiàn)綠色熒光，而PI 僅能穿過破損細(xì)胞膜使菌體呈現(xiàn)紅色。

細(xì)胞膜作為對抗外界不良環(huán)境的重要屏障，維持著穩(wěn)定的細(xì)胞內(nèi)環(huán)境，在生長、代謝和抗逆性中起著至關(guān)重要的作用，細(xì)胞膜的完整性是維持細(xì)胞存活和代謝活性的關(guān)鍵因素[24]。流式細(xì)胞儀檢測結(jié)果如圖5所示。圖5b 為未添加保護(hù)劑時的檢測結(jié)果，Q1 區(qū)域為99.28%，表明在噴霧干燥的過程中，在高溫作用下絕大多數(shù)菌體細(xì)胞發(fā)生死亡；而使用最佳工藝后，Probio-M8 微膠囊檢測結(jié)果如圖5c 所示，Q4 區(qū)域的量顯著增加，達(dá)到78.80%，表明最佳工藝的使用顯著降低了噴霧干燥過程中高溫對細(xì)胞膜的損傷，有效保護(hù)了菌體細(xì)胞膜的完整性。

圖5 Probio-M8 噴霧干燥前后的流式細(xì)胞圖Fig.5 Flow cytometric fluorescence dot plot of Probio-M8 before and after spray drying

2.5 SEM 檢測

通過使用掃描電鏡對Probio-M8 微膠囊微觀結(jié)構(gòu)和表面形貌的分析，其結(jié)果如圖6所示。由圖可知，微膠囊表面結(jié)構(gòu)完整，呈現(xiàn)球形和不同大小的顆粒，顆粒直徑為10～18 μm，由于微膠囊顆粒水分含量均較低，因此沒有明顯的粘連現(xiàn)象。另外，顆粒表面并沒有出現(xiàn)破裂以及孔洞現(xiàn)象，這說明對內(nèi)部菌體有很好的保護(hù)作用。一方面可以避免高溫對微球內(nèi)部菌體造成的損傷，另一方面可以有效防止儲存過程中細(xì)胞膜脂質(zhì)的過氧化。但是顆粒表面出現(xiàn)了不同程度的凹陷和褶皺。這是由于在噴霧干燥過程中，高溫作用使顆粒水分迅速蒸發(fā)而急速收縮導(dǎo)致的，沒有對內(nèi)部菌體造成損傷。

圖6 Probio-M8 微膠囊SEM 圖Fig.6 SEM pictogram of Probio-M8 microcapsules

2.6 玻璃化轉(zhuǎn)變溫度

在菌劑存儲過程中，菌劑的狀態(tài)對其穩(wěn)定性具有十分重要的影響。有研究報道，當(dāng)微膠囊顆粒處于玻璃態(tài)時，微膠囊內(nèi)氧氣、水分等的流動將會受到限制，細(xì)胞膜的氧化和化學(xué)反應(yīng)降低，從而較好地保護(hù)益生菌，使益生菌可以在長時間的存儲過程中保持較高的存活率[25-26]。

圖7為Probio-M8 菌劑的DSC 掃描圖，由曲線可知噴霧干燥制備的Probio-M8 菌劑的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度（Tg）為57.46 ℃。由此說明，Probio-M8 微膠囊在常溫下貯藏時處于玻璃態(tài)，復(fù)合壁材對于保持Probio-M8 微膠囊穩(wěn)定性具有極其顯著的保護(hù)效果，對Probio-M8 微膠囊的開發(fā)利用有重要的參考價值。

圖7 Probio-M8 微膠囊DSC 掃描圖Fig.7 DSC thermograph of Probio-M8 microcapsules

3 結(jié)論

本試驗研究了乳雙歧桿菌Probio-M8 微膠囊真空低溫噴霧干燥的最佳工藝條件，最優(yōu)噴霧條件為：進(jìn)風(fēng)溫度80 ℃，進(jìn)料速度9 mL/min，噴頭直徑1.5 mm；最優(yōu)復(fù)配保護(hù)劑為：脫脂乳添加量13%，麥芽糊精10%，谷氨酸鈉7%。最優(yōu)工藝條件下得到的Probio-M8 微膠囊存活率是78.34%，水分含量為3.20%。干燥后細(xì)胞膜脂肪酸的UFA/SFA 的比值較干燥前提高了0.44，菌體通過調(diào)節(jié)細(xì)胞膜脂肪酸的成分來適應(yīng)環(huán)境的改變。流式細(xì)胞術(shù)的檢測表明最優(yōu)工藝條件的使用顯著降低了噴霧干燥過程中高溫對細(xì)胞膜的損傷，有效保護(hù)了菌體細(xì)胞膜的完整性。最佳工藝條件制備的Probio-M8 微膠囊常溫下處于玻璃態(tài)，并且掃描電鏡下顯示其結(jié)構(gòu)完整，這對保持微膠囊穩(wěn)定性方面發(fā)揮極其重要的作用。通過對真空低溫噴霧干燥制備Probio-M8 微膠囊工藝的研究，對利用真空低溫噴霧干燥技術(shù)高質(zhì)量且快速生產(chǎn)益生菌劑有重要的指導(dǎo)作用。