无水耐酸型益生菌固体颗粒的制备及其新产品开发

作     者：王靖 

作者单位：南昌大学 

学位级别：硕士

导师姓名：邹立强;周金龙

授予年度：2024年

学科分类：08[工学] 082203[工学-发酵工程] 0822[工学-轻工技术与工程] 

主      题：益生菌 无水造粒 稳定性 胃肠保护 肠道菌群调控 

摘      要：目前,人们普遍认为肠道失调是指微生物群的数量和质量组成的变化,这些变化可能导致宿主-微生物相互作用的改变,从而引发疾病。益生菌是目前治疗肠道微生物失调、恢复微生物多样性和改变受干扰的肠道微生物群的一种有效策略。因此,含益生菌的功能性食品开发引起了注重健康消费人群的广泛关注。然而,益生菌功能性食品的开发受限于益生菌自身的脆弱性,其在加工、贮藏、食用过程中,对温度、压力、湿度和p H的变化都十分敏感,极易受外界环境的影响,导致活性降低,甚至失活。因此,市场上现有的益生菌食品剂型相对单一。随着消费者对其他不同类型的益生菌产品的需求不断增长,扩充益生菌产品形式,开发贮藏稳定性良好、通过人体胃肠道后细胞存活率高的新型益生菌产品,是广大消费者和市场的共同期望。本课题基于无水造粒工艺探究了开发益生菌颗粒剂型产品的新方法,表征了益生菌颗粒的相关理化性质;在初步开发的益生菌颗粒基础上,进一步优化造粒配方,制备了可添加在多数食品基质中的益生菌油凝胶颗粒,考察了其体外胃肠道消化特性、长期贮藏稳定性;最后,基于前期的研究,添加低聚果糖开发了一款新型合生元油凝胶颗粒即食粉产品,探究了其体外发酵特性及其对肠道菌群多样性的影响,以期为后续益生菌新产品的开发设计提供参考和思路。主要研究成果如下: 首先,基于无水造粒工艺成功制备了蜂蜡-益生菌固体颗粒(BPSP),其加工损失率为22.24%,具有良好的质地、口感和流动性。植物乳杆菌P9被紧密嵌入在BPSP颗粒内部,致密的物理结构能有效阻挡水分、胆汁盐、氢离子等不利因子的侵入,使得BPSP具有良好的贮藏稳定性、胆汁盐耐受性、酸耐受性。在4℃贮藏6个月后,益生菌活性未发生显著变化,保持在9.527±0.01log CFU/g。25℃贮藏8周后,从初始的9.53±0.01 log CFU/g减少至8.59±0.05log CFU/g,仅减少了0.94 log CFU/g的菌活,远高于湿法造粒制备的纤维素-益生菌固体颗粒(5.19±0.06 log CFU/g)。同时,BPSP能有效阻挡氢离子和胆汁盐的侵入,在p H为1的生理盐水中孵育2 h后,活细胞数为8.9±0.03 log CFU/g,仅下降0.72 log CFU/g;在胆汁盐浓度为2%的生理盐水中孵育4 h后,活细胞数为8.22±0.04 log CFU/g,下降1.35 log CFU/g。 进一步地,为解决蜂蜡应用受限,扩大益生菌颗粒在食品行业的应用性,以植物甾醇和γ-谷维素混合物取代BPSP中的蜂蜡,开发了在食品行业适用性更强的植物甾醇-益生菌固体颗粒(PPSP),其具有更低的加工损失率(10%)。贮藏稳定性结果表明,PPSP能增强植物乳杆菌P9在贮藏期间的活性保留,4℃条件贮藏6个月后,活细胞数为9.82±0.07 log CFU/g,仅减少了0.08 log CFU/g;25℃条件贮藏8周后,活细胞数为8.57±0.02 log CFU/g,仅减少0.33 log CFU/g。同时,体外消化结果表明PPSP结构能有效递送足量益生菌安全抵达肠道。胃消化2 h后,PPSP的活细胞数为8.70±0.01 log CFU/g,仅下降0.98 log CFU/g。在经过2 h和4 h的肠消化后,活细胞数分别为8.13±0.07log CFU/g和8.05±0.08 log CFU/g。此外,我们还探究了不同比例谷甾醇、谷维素添加量对所得油凝胶颗粒的熔融热力学参数影响,为后续进一步优化颗粒工艺提供理论基础,结果表明10%谷甾醇添加比例和9%谷维素添加比例的植物甾醇油凝胶熔融起始温度最低,峰值温度较低。 最后,基于上述研究结果,以植物甾醇-γ-谷维素油凝胶为无水粘合剂,以低聚果糖为造粒辅料,采用无水造粒生产工艺制备了低聚果糖-益生菌固体颗粒(FPSP),其加工损失率10%,并开发了一款基于FPSP的合生元即食粉产品,具有良好的外观、口感和较长的货架期。贮藏稳定性结果表明,FPSP合生元即食粉产品4℃条件贮藏6个月后,活细胞数为9.49±0.01 log CFU/g,仅减少了0.38 log CFU/g,贮藏存活率为42.12±1.05%;25℃条件贮藏8周后,活细胞数为8.54±0.01 log CFU/g,减少了1.33 log CFU/g。体外消化结果表明,FPSP对于益生菌具有良好的胃肠道保护作用。在胃消化2 h后,FPSP中植物乳杆菌P9的菌活为8.55±0.03 log CFU/g,下降1.04 log CFU/g,肠消化4 h后,仍能保持7.47±0.04 log CFU/g的菌活。体外发酵结果表明,FPSP能被肠道微生物发酵利用,具有良好的益生元特性和益生菌补充效果。发酵48 h后,其乙酸、丙酸、丁酸的产量浓度分别26.77±0.74 m