益生菌稳态化胶体输送体系的构建及其性能研究

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目前,益生菌主要应用在乳制品和发酵食品中。食品中益生菌的活力受到各种因素的影响,比如食品加工储存过程中的环境因素(氧气水平,温度和水分活度)和胃肠道消化过程中的环境因素(pH,胃蛋白酶,胰酶和胆汁盐)。目前通用的方法(如喷雾干燥,冷冻干燥,挤压和乳化)是构建微胶囊递送体系来包埋益生菌,从而可以保护其顺利通过胃部小肠并最终靶向释放到结肠中。因此,本文使用氧化还原引发体系通过自由基诱导制备蛋白质-多酚复合物,探究其作为乳化剂制备高内相乳液、双网络乳液凝胶、双重乳液、多层乳液等体系分别对油溶型益生菌粉末和水溶型益生菌菌液的包埋效果及稳定机制。主要研究结论如下:(1)首先在pH为3-11范围内研究了乳清分离蛋白(WPI)和(-)-表没食子儿茶素-3-没食子酸酯(EGCG)形成复合物的结构特性。在pH 9条件下,WPI结构中更多的亲核基团参与了反应。但是,在极端pH值下WPI结构的变性会限制其活性基团的暴露,从而导致EGCG的接枝量减少。圆二色谱分析表明,所有pH值条件下都不同程度的破坏了WPI的二级结构。从~1H NMR光谱可以看出,EGCG在pH≥7时容易被氧化形成邻醌,它们进一步形成EGCG二聚体,与WPI上的亲核基团进行反应形成共价复合物。在pH<7时,EGCG氧化形成的碳正离子和WPI的亲核基团之间反应形成复合物。另外,在pH 9条件下形成的WPI-EGCG复合物具有更好的消化酶活性抑制作用。(2)利用WPI-EGCG复合物颗粒稳定的高内相Pickering乳液来包埋油溶型益生菌粉末。结果表明,在pH 9条件下形成的WPI-EGCG复合物具有较小的粒径和较好的润湿性,所以选择此复合物作为水包油(O/W)型Pickering乳液的乳化剂。在恒定的颗粒浓度(c)值下,油相比例(φ)的增加导致Pickering乳液的液滴粒度和储能模量(G’)值增加,形成了稳定的凝胶状结构。另外,在恒定的φ值下,这些Pickering乳液的液滴粒度随c值的增加而减小,这表明高颗粒浓度可以稳定更多的油滴。与未进行包埋的样品对照,通过Pickering乳液的包埋,植物乳杆菌粉末在14 d储存和胃肠道消化后的存活率得到显著提高。(3)利用WPI-EGCG复合物和结冷胶分别通过葡萄糖酸-δ-内酯(GDL)和Ca Cl2诱导形成双网络乳液凝胶来包埋油溶型益生菌粉末。首先,通过GDL对WPI-EGCG复合物稳定的Pickering乳液进行诱导交联制备了第一个凝胶网络。GDL酸化促进乳液内在水相中和液滴界面上的WPI-EGCG复合物颗粒通过二硫键形成交联,从而提升了GDL诱导形成的乳液凝胶的力学性能和稳定性,例如凝胶强度,持水率,G’值,储存稳定性和热稳定性。随后,采用了新型的一步连续法来生产冷致双网络乳液凝胶。在体系中,连续相中的结冷胶首先被Ca Cl2诱导交联,在短时间内形成第一个凝胶网络。然后,由于pH的缓慢降低,弱酸GDL通过促进水相中和液滴界面上的WPI-EGCG复合物颗粒的交联而形成第二个凝胶网络。当将GDL和Ca Cl2两种交联剂同时添加到乳液体系中时,协同促进了规则而致密的凝胶网络的形成。胃肠道消化实验结果表明,双网络乳液凝胶可作为包埋在内部油相中植物乳杆菌粉末的递送载体并将其在结肠释放。(4)研究WPI-EGCG复合物稳定的水包油包水(W1/O/W2)双重乳液中加入海藻酸钠-Ca-EDTA载体来包埋水溶型益生菌菌液。选择聚甘油蓖麻醇酯(PGPR)和WPI-EGCG复合物颗粒分别作为内部W1/O乳液和外部O/W2乳液的乳化剂来制备W1/O/W2双重乳液。光学显微镜照片显示,双重乳液的分隔室由WPI-EGCG复合物颗粒稳定的大液滴和中间较小的水相液滴组成。随后,研究了pH值的变化对含有海藻酸钠-Ca-EDTA载体的W1/O/W2双重乳液流变特性的影响。在pH低于4.0时,Ca2+与海藻酸钠结合,使得双重乳液保持在水凝胶状态。当pH值在中性条件下,Ca2+从海藻酸钙水凝胶中解离,形成了Ca-EDTA螯合物,双重乳液转变为溶液状态。因此海藻酸钠-Ca-EDTA载体作为pH敏感载体添加入W1/O/W2双重乳液模型中。基于海藻酸钠-Ca-EDTA载体在酸性环境下具有的海藻酸钙水凝胶状态和双重乳液的中间油相分别对胃部和小肠消化环境的抵抗,这种双重乳液可作为递送载体将植物乳杆菌菌液包埋在内水相中,并保护其顺利到达结肠释放。(5)研究WPI-EGCG复合物稳定的多层乳液来包埋水溶型益生菌菌液。首先通过超声均质技术制备了W1/O/W2双重乳液。结果表明在285 W超声强度下形成的双重乳液具有单一且狭窄的峰分布,且液滴粒度最小。然后将双重乳液颗粒用带电荷的海藻酸钠,壳聚糖或Ca逐层组装形成多层乳液。通过ζ电位,微观结构和FTIR光谱验证出多层乳液的形成。与未进行包埋的样品对照,通过多层乳液的包埋,植物乳杆菌菌液在巴氏灭菌和胃肠道消化后的存活率得到显著提高。与胃肠道的消化相比,加热处理对植物乳杆菌的活力破坏更大。且包埋的植物乳杆菌的存活率随着组装层数的增加而增加。综合粒度等因素,3次组装层数形成的多层乳液是包埋植物乳杆菌菌液的最适载体。
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