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《江南大学》 2016年
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喷雾干燥法乳酸菌微胶囊的制备及其在仔猪体内的应用研究

刘欢  
【摘要】:益生菌为存在于人体及动物肠道内的一类有益活性微生物,其具有维持肠道内生态环境平衡、促进营养物消化吸收、抑制致病菌生长、提高机体免疫力等功效,对保持人体及动物的健康以及预防和治疗疾病方面具有重要的意义。然而由于益生菌对外界条件较为敏感,当处于高温、酸、氧气等不利条件下时会产生大量死亡,从而减弱了其对人体及动物产生的有益作用。本文通过选择不同种类的多糖与蛋白质进行复配,通过喷雾干燥法,进行对益生菌的微胶囊化,来保护益生菌免受外界不利环境影响。研究分析了不同多糖与蛋白质配比对益生菌在喷雾干燥、体外模拟消化以及存储过程中存活率的影响。在此基础上,通过开展动物实验,以仔猪为载体,进一步研究了益生菌微胶囊在猪胃肠道内的消化、释放、定殖性质,以及其对猪肠道内沙门氏菌生长的抑制作用。主要的研究内容和实验结果如下:首先,研究了高熔点油脂(HMF)的添加对喷雾干燥过程中三种不同益生菌(Lactobacillus zeae LB1,Lactobacillus reuteri S64、K67)的保护作用。先对三种益生菌在不同温度(54℃,57℃,60℃,63℃以及66℃)下的耐热性进行测定,发现LB1的耐热性为三者最差,具体耐热性顺序依次为:S64K67LB1,因此益生菌LB1在喷雾干燥中的存活率为三者中最低,需要对其进行进一步的保护。喷雾干燥后,与添加植物油的益生菌微胶囊相比,添加了HMF的微胶囊中温度敏感型益生菌LB1的存活率显著增加,当添加的HMF与酪蛋白酸钠壁材的质量比例从0.25增加至1.00时,喷雾干燥后益生菌LB1的存活率从15%增加至63%。差式扫描量热仪检测结果显示,随着高熔点油脂添加量的增加,其乳状液融化焓也随之增加,并且其焓值大小与益生菌LB1喷雾干燥后的存活率具有较好的相关性。通过将喷雾干燥后益生菌培养在NaCl-MRS培养板中发现,在添加有HMF的微胶囊中,益生菌LB1以及K67的存活率显著提高,说明HMF的添加将会降低益生菌细胞膜在喷雾干燥过程中受到的损害。共聚焦显微镜及扫描电子显微镜测定结果显示,益生菌微胶囊颗粒直径均在15-20μm,呈不规则球形,益生菌与HMF油滴均匀分布在酪蛋白酸钠基质中,而非油相中。为进一步增强HMF-酪蛋白酸钠益生菌微胶囊在体外模拟消化以及存储过程中的稳定性,使用麦芽糊精、普鲁兰糖、阿拉伯胶以及印度树胶与酪蛋白酸钠壁材进行复配。研究发现,阿拉伯胶与印度树胶的添加将会增强HMF-酪蛋白酸钠益生菌微胶囊的体外模拟消化性质,而麦芽糊精与普鲁兰糖的添加则会损害其体外模拟消化性质,其中最佳的配方为阿拉伯胶与酪蛋白酸钠质量比为3:1,其在6h的体外模拟消化实验中益生菌的存活率仅下降1.2 log CFU/mL。体外释放实验(在猪肠道内容物中进行)表明,所有微胶囊均可以在1h内释放全部包埋的益生菌,并且其存活率在6h的体外培养中维持不变,说明释放后益生菌可以较好的在肠道环境存活。在为期16周不同水分活度(0.11-0.76)条件下的存储实验中,通过每周对微胶囊进行玻璃化转变温度测定发现,益生菌的存活率与微胶囊基质的玻璃化转变温度呈正相关关系,其中酪蛋白酸钠-阿拉伯胶益生菌微胶囊表现出了最高的存活率,这与其最高的玻璃化转变温度一致。共聚焦显微镜以及扫描电子显微镜测试表明,酪蛋白酸钠-普鲁兰微胶囊呈中空结构,这是由于两者的相容性不佳,微胶囊颗粒中出现相分离所导致的,相反酪蛋白酸钠-阿拉伯胶微胶囊颗粒中中空结构比例明显减少,这是由于阿拉伯胶内含有一定量的蛋白成分,这些蛋白质通过共价键与多糖分子链相连接,使得其与酪蛋白酸钠具有较好的相容性。随后,研究了两种不同蛋白质(大豆分离蛋白、酪蛋白酸钠)与海藻酸钠复配后,对包埋于其中的益生菌在喷雾干燥、体外模拟消化以及存储过程中的存活率的影响。研究发现,蛋白质的添加将会增强海藻酸钠益生菌微胶囊的体外模拟消化性质,其中最佳的配方为大豆分离蛋白与海藻酸钠质量比为1:3,其在6h的体外模拟消化实验中益生菌的存活率仅下降0.6 log CFU/mL。扫描电子显微镜显示,颗粒的表面光滑并没有发现有残留的益生菌,说明所有的壁材均较好的包埋了益生菌,对于含蛋白质的微胶囊颗粒,其内部呈中空结构,这与两种壁材间出现相分离现象有关。在为期16周不同水分活度(0.11-0.76)条件下的存储实验中,酪蛋白酸钠-海藻酸钠益生菌微胶囊表现出了最高的存活率,其中在水分活度为0.11的条件下,益生菌存活率最高,在16周的存储后,其中的活菌浓度仅下降0.3 log CFU/mL,差式扫描量热仪结果显示该微胶囊颗粒具有两个玻璃化转变温度,说明其内部出现了相分离现象。最后,将益生菌微胶囊先进行体外模拟释放实验,然后再实际应用于仔猪体内,研究其在猪胃肠道中的消化、释放、定殖以及对沙门氏菌的抑制性质。体外模拟释放实验(在猪空肠、回肠、盲肠内容物中进行)显示,益生菌微胶囊可以在1h内释放全部包埋于其中的益生菌,并且可以较好的存活于肠道环境中,对于添加有沙门氏菌的样品,益生菌的添加还可以有效的抑制其生长,使其在6h的培养时间中保持数量不变。在体内实验中发现,益生菌的微胶囊化可以有效保护益生菌通过胃酸消化,顺利释放并定殖于肠道中,其粪便中益生菌数量与未包埋的益生菌组相比,浓度显著增加,增幅达到约1.5 log CFU/mL。通过对益生菌包埋组猪肠道内容物(空肠、回肠、结肠、盲肠)进行培养发现,其中的益生菌浓度显著高于猪粪便中益生菌的浓度,说明益生菌已较好的定殖于猪肠道中,相当一部分的益生菌将粘附在猪肠道内,并不会随着肠道蠕动而排出体外。对于感染沙门氏菌的仔猪,通过灌胃益生菌微胶囊,其空肠、回肠、盲肠以及结肠中沙门氏菌的数量显著降低,降幅分别达0.99,2.17,1.77,1.41 log CFU/mL,并且在中途停止喂食益生菌微胶囊5天后,检测出的沙门氏菌浓度依然没有变化,说明定殖于肠道中的益生菌能够通过持续的繁殖来抑制其中沙门氏菌的生长。
【学位授予单位】:江南大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2016
【分类号】:S816;TS201.3

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