
乳雙歧桿菌是放線菌科雙歧桿菌屬的厭氧微生物,作為人體腸道內重要的益生菌菌株,它不僅能合成多種維生素,還能參與食物消化、促進腸道蠕動,同時可激活免疫系統、調節腸道菌群平衡,對維持人體消化健康和免疫力提升具有重要作用。這種益生菌的穩定性較差,尤其對溫度和濕度敏感,因此在產業化應用中,如何通過高效干燥技術保留其活菌活性,成為核心技術難題之一。
從應用場景來看,乳雙歧桿菌的身影廣泛出現在多個行業。在食品行業,它是發酵乳制品的核心配料之一,添加到酸奶、發酵乳飲料中可改善產品風味與質地,同時提升產品的微生物穩定性;也常被用于功能性食品開發,為代餐粉、益生菌補充劑等產品賦予益生特性。在工業領域,其分泌的多種胞外酶可分解纖維素、木質素等有機污染物,在廢水處理、土壤修復中發揮作用,同時在生物制氫、生物燃料生產等新興領域展現出應用潛力。在化工與日化行業,它合成的特殊酶、多糖等生物活性物質,可用于化妝品、洗滌劑的生產,其分泌的酶還可作為生物催化劑應用于生物催化反應中。此外,在醫藥領域,乳雙歧桿菌活菌制劑也被用于改善腸菌群失調引起的急慢性腹瀉、便秘等腸道功能紊亂問題。
噴霧干燥技術因具有制備效率高、產品易儲存等優勢,成為乳雙歧桿菌菌粉制備的主流技術之一。針對乳雙歧桿菌熱敏性的特點,行業內多采用離心式、氣流式等非壓力式噴霧干燥設備,以減少高溫和機械力對菌體活性的損傷。以下為三個經過實踐驗證的噴霧干燥機制備案例,涵蓋實驗室研發、工業生產等不同場景。
第一個案例聚焦離心式噴霧干燥制備乳雙歧桿菌微膠囊,通過優化壁材與工藝參數提升菌體存活率。某團隊為解決乳雙歧桿菌在生產、貯藏過程中的活性保持問題,采用離心式噴霧干燥法制備微膠囊,重點開展了壁材選擇和工藝參數的正交分析。在預處理階段,確定最佳壁材配方為質量濃度100g/L的β-環糊精與阿拉伯樹膠粉,二者質量比4:6;芯材則由20g/L海藻糖、20g/L甘露醇、25g/L菌泥和0.01g/L抗壞血酸組成,質量濃度60g/L。干燥過程中,設備參數設定為進風溫度(108±2)℃、排風溫度(61±3)℃、塔壁溫度(50±3)℃,霧化器轉速17000r/min。該工藝條件下制備的菌粉,活菌數達到3.4×10? CFU/g,菌體存活率72.12%,包埋率75.88%,有效提升了乳雙歧桿菌對外部環境的抗逆性。
第二個案例為工業級動物雙歧桿菌乳亞種菌劑制備,結合微包埋與噴霧干燥技術提升貯存穩定性。某公司開發的制備工藝,先通過精準培養獲取高活性菌體:將菌株接種至MRS固體培養基,36-38℃厭氧培養48-72h得到單菌落,經液體培養基活化后,再以0.5-5vol%的接種量擴大培養至對數期后期或穩定期初期,隨后在3-5℃、6500-8000rpm條件下離心10-20min收集菌體,并用無菌生理鹽水清洗2次。預處理階段,將菌體與特定保護劑按順序混合制成乳化液,保護劑包含海藻糖、甜菜堿等小分子物質,大豆卵磷脂以及大豆蛋白、羥乙基淀粉等大分子物質,可從細胞內外及細胞膜層面形成多重保護;再將乳化液與包埋壁材混合進行微包埋處理,通過美拉德反應形成的壁材可提升菌體耐酸耐膽鹽能力,并實現腸道定向釋放。干燥環節采用低溫靜電噴霧干燥技術,有效降低了高溫或低溫對菌體的損傷,最終制備的菌劑在常溫貯存條件下仍能保持高活性,顯著降低了倉儲和運輸成本。
第三個案例是小型離心式噴霧干燥機在實驗室研發中的應用,實現高效制備與高活菌保留率的平衡。某食品發酵實驗室為解決傳統冷凍干燥制備乳雙歧桿菌粉劑效率低、活菌保留率差的問題,引入小型離心式噴霧干燥機搭建研發技術體系。預處理時,將乳雙歧桿菌HN019發酵液經4000r/min離心10min收集菌體,用10%麥芽糊精重懸至1L,調節固形物含量15%、pH6.5。干燥參數設定為:霧化盤轉速8000r/min,霧滴粒徑控制在50-100μm;進口溫度160℃以快速形成粉末外殼,出口溫度70℃(低于菌體失活臨界溫度75℃);進料速率10mL/min,采用旋風分離器+布袋兩級收粉系統。連續20批次實驗結果顯示,該工藝制備的乳雙歧桿菌粉劑活菌保留率達94.2%-95.1%,較傳統冷凍干燥提升17.9%;單批次(1L發酵液)制備周期僅2.5小時,較冷凍干燥的12小時縮短79.2%;粉末含水率穩定在2.1%-2.3%,符合GB/T 29602-2013標準要求,且粉末粒度均一、流動性好,為后續配方研發提供了高效可靠的技術支撐。
綜上,乳雙歧桿菌憑借其優異的益生特性,在食品、工業、醫藥等領域擁有廣闊應用前景。而離心式、靜電式等非壓力式噴霧干燥技術,通過合理的工藝優化和預處理設計,可有效保留菌體活性,為乳雙歧桿菌的產業化應用提供了關鍵技術保障,不同場景下的制備案例也為行業研發和生產提供了可借鑒的實踐經驗。