摘要：乳酸菌在体内发挥着重要的生理生化作用，但是该类微生态制剂的抗逆性较差。微胶囊技术是当今世界发展迅速、用途广泛的一种技术，它能较好地提高细菌存活率。本文就乳酸菌类微生态制剂的生理作用及微胶囊技术在该制剂上的应用作简要综述，以期加深对微胶囊技术的认识，并推动该技术在饲料添加剂中的应用。
关键词：乳酸菌类微生态制剂；微胶囊技术
Recent Advances in Microencapsulation of Probiotic Strains of Lactobacillus
Liu Liying
Zhang Rijun
(College of Animal Science and Technology,China Agricultural University,Beijing 100094)
Abstract:Lactobacillus is very important to animal's health,but this kind of probiotic is sensitive to heat,acidity,storage and other stresses.Microencapsulation is a quikly developed and widely used technique.It can improve survival of lactobacillus effectively.This paper reviewed advances on function of probiotic strains of lactobacillus and its microencapsulation.in order to further promote acquaintance to this technique and its use in feed additives.
Key words: probiotic strains of lactobacillus; microencapsulation
微胶囊技术是当今世界发展迅速、用途广泛的一种技术。制备微胶囊的过程称为微胶囊化（microencapsulation），它是将固体、液体或气体包裹在一个微小的胶囊中。包封用的壁壳称为壁材；被包的囊芯称为芯材，芯材可以是单一的，也可以是复合的。囊壁厚度一般为0.1～200µm之间，微胶囊的粒子大小，因制备工艺及用途不同而不同，理论上可以制成0.01µm～1000µm的微胶囊。虽然对于微胶囊尺寸范围的分类还没有很统一的标准，但目前有人认为直径小于1µm的为毫微胶囊，而直径大于1000µm的为大胶囊。工业的微胶囊一般直径在3µm～800µm，含10％～90％重量百分比的核。微胶囊的形状可以为球形、肾型、谷粒状、块状等。形成微胶囊的物质由于与外界环境相隔离，可以免受环境的影响，从而保持稳定，而在适当条件下，被包封物质又可以释放出来。所以微胶囊技术在医药、食品、农药、印染等行业得到了广泛应用。
1 微胶囊技术的发展简史
19世纪机械包囊技术已应用于制药工业，但是胶囊的粒度较大。在20世纪40～50年代人们越来越需要粒度更小的胶囊，而且要求能够提高对于液体的保护性能及胶囊含量，于是微胶囊包被技术应运而生。
第一个微胶囊产品是1936年大西洋海岸渔业公司提出的一项专利，是一种在液体石蜡中制备的鱼肝油明胶微胶囊。1949年，威斯康星大学的D.E.Wurster教授发明了微胶囊的空气悬浮法，改进了药物的总包衣过程。1954年美国NCR（National Cash Reqister）公司的B.K.Green成功的将微胶囊技术应用于无碳复写纸的生产，从而开始了微胶囊技术的工业化。20世纪50年代末到60年代，人们开始研究把合成高分子的聚合方法应用于微胶囊制备，70年代以后，微胶囊技术的工艺日益成熟，应用范围也逐渐扩大，已从最初的药物覆盖和无碳复写纸扩展到食品、农药、肥料、饲料等各个行业。
2 乳酸菌的生物学功能及在饲料工业中的应用
胃肠道生态系统中，厌氧菌是主要的栖息菌。对各种幼年动物的研究表明，幼年动物出生后不久在胃肠中迅速繁殖的菌种有：大肠菌、双歧杆菌、链球菌(包括肠球菌)、梭菌、类细菌和其它厌氧菌。随后乳杆菌也迅速繁殖。Metchnikoff 指出：乳酸菌(LAB)，特别是乳杆菌，是定植在人和动物胃肠道的微生物类群中最多、最重要的一种。某些乳酸菌是人类肠道中的长期定居者，而有些人群，由于乳酸菌的菌落组成会不定期变化，有时检测不到某些菌株（Kimura K,McCartney A.L,etal,1997；McCartney A.L,Wang.W,1996）。现已有许多类似的报道。乳酸菌在胃肠道中的作用和功能主要如下：
2.1 拮抗病原微生物，调节动物消化道微生物区系平衡
乳酸菌通过自身以及代谢产物与其它的微生物之间的相互作用，调整菌群之间的关系，维持和保证微环境中微生物群最佳优势组合以及这种组合的相对稳定。某些乳酸杆菌和链球菌可产生细菌素（bacterin）（如嗜酸菌素、乳酸菌素）、过氧化氢、二氧化碳、有机酸等（Robinson RK，TamimeAY，1990；Mishra C，Lambert J，1996），它们在体外具有抑制沙门氏菌（Salmonella）、志贺氏菌（Shigella）、葡萄球菌（Staphylococcus）、变形菌（Proteus）、假单胞菌（Pseudomonas）和大肠埃希氏菌（E.coli）属细菌生长的作用（Gilland SE，Speck ML，1977；Ozbas ZY，Aytac SA，1995）。Savage（1984）发现乳杆菌对消化道上皮的粘附性有动物种间特异性。McCormick和Savage等也报道，乳酸菌除具有粘附作用外，还可产生抑制物质，具有拮抗病原微生物的作用，调节和维持动物消化道微生物区系平衡作用。
2.2 活化免疫系统，增强免疫力
乳酸菌在幼龄动物免疫力的发展中起重要的作用，特别是当针对抗原引起的保护性反应肠道炎症。Perdigon等（1991）研究证明干酪乳杆菌能促进肠道分泌免疫球蛋白IgA，增强宿主肠粘膜的肠道粘膜反应。Lessard和Brisson（1987）给断奶仔猪饲喂乳杆菌后，接种传染性胃肠炎病毒疫苗，试验组血清中的特异性抗体IgG水平显著高于对照组。Yanazaki等（1985）报道长双歧杆菌可增强宿主的免疫反应。Sekine等对婴儿双歧杆菌能促进小肠淋巴细胞组织中的B淋巴细胞增多，激活B细胞转化为浆细胞，产生大量的分泌型免疫球蛋白IgA，增强机体免疫功能。Yasui等（1994）、Sekine等（1995）对双歧杆菌对宿主免疫功能研究有不同的结果，均与菌株之间差异有关。Alvarez等（1998）报道乳酸菌能增强消化道和呼吸道粘膜系统产生SIgA。进一步研究证实，乳酸菌及其代谢产物刺激动物机体的免疫系统，其作用与免疫佐剂相似，能诱导动物一些与免疫有关的细胞产生白细胞介素、促进细胞分裂素、干扰素、肿瘤坏死因子等（Yasui等，1989、1991、1994；Sekine等，1994；Hatcher等，1993；Susumn等，1992）。
2.3 抑制肿瘤的发生，保护动物健康
自Bogdonov（1962）首次报道乳酸菌能抑制癌细胞生长以来，类似的报道很多。Goldin等研究证明，饮用酸奶可使肠道中－葡萄糖醛酸酶、偶氮还原酶、硝基还原酶的活性降低，从而降低这些酶转变为致癌物的可能。Friend和Shahani认为，乳杆菌通过提高宿主免疫力，抑制癌的增长以及使胃肠道中致癌物失活或抑制其形成来抑制癌症发生。
2.4 其他功能
乳酸菌还可以合成营养物质，产生消化酶类，提高动物消化酶的活性；改善维生素的代谢；防止便秘；降低胆固醇；抗辐射、抗衰老及预防和治疗乳糖消化不良；中和肠毒素，降低胺、氨等有害物质的产生。
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乳酸菌类微生态制剂微胶囊化的意义和优点
饲料添加剂中应用较多的益生菌为嗜酸乳杆菌、双歧杆菌和粪链球菌。这些菌种多为厌氧菌或兼性厌氧菌，在生长过程中，不形成芽孢，抗性较差，加之在其生命活动过程中还会产生一些危及自身正常生长繁殖的乳酸和乙酸等代谢产物，故在液体条件下难以长期保存。一般饲料的制粒温度、压力都会对乳酸菌的活性造成较大损失。而且，由于饲料预混料中的各种高浓度微量元素等成分的存在，也会对乳酸菌造成不同程度的伤害。另外，微生态制剂必需通过胃环境以大量的存活菌到达肠道并定植于肠粘膜上才能发挥其生理功能，由于胃酸的杀菌作用，微生态制剂的活菌数在此过程中也会大幅度下降。一般要求微生态制剂的最低活菌浓度为106CFU/ml（Kurmann JA等，1991），也有规定为107CFU/mL（Guarner F等，1998）。
就目前而言，微胶囊技术是保护菌体活力最为有效和实用的方法。微胶囊技术在保护生物活性分子、组织或细胞以对抗不利的环境方面取得了较好的成效。将乳酸菌进行微胶囊化的优点在于：（1）可将菌体与外界的不良环境分开，免受微量元素的损害，减缓制粒过程中温度和压力的影响；（2）形成固体微颗粒，利于在预混料中的均匀分布，也有利于储存和运输；（3）采用肠溶性壁材后，还能防止胃液的破坏，从而使尽可能多的菌体到达肠道，真正起到保健和治疗的作用。因此，微胶囊化有望提高乳酸菌在生产，贮存和消费过程中的稳定性，生产出耐贮存、耐高温、高压、耐酸性的乳酸菌微生态制剂。
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乳酸菌类微生态制剂微胶囊化的研究和应用现状
自八十年代开始就有研究者进行乳酸菌的微胶囊化的探索，由于该技术具有较高的经济价值，一些研究结果已申请了专利，八十年代中期起日本在该方面的专利就不断推出，目前国内外采用的乳酸菌微胶囊化技术主要有以下几种：
4.1 相分离法 Pranee和Michio（1982）用海藻酸钠将乳酸菌包被，用于乳酸的生产，发现生产性能良好，并且这种乳酸菌微胶囊可以重复使用。Sheu等（1993）用油相分离法制得的乳酸菌微胶囊，使乳酸菌的防冻能力提高了20-50％。Rao等（1989）以邻苯二甲酸醋酸纤维素和石蜡油为壁材，以双歧杆菌冷冻干燥菌粉为芯材，制得的微胶囊，耐酸性较好，在模拟胃液中存放90min，与未包被双歧杆菌相比，提高了4个数量级。Singh等（1996）将双歧杆菌与0.6％的海藻酸钠溶液混合后滴入CaCl2溶液中固化，所得产品在酸性条件和60℃下双歧杆菌的活菌数分别较未固定化产品提高了两个数量级和一个数量级。张篪（1995），采用海藻酸钠与明胶作为固定化双歧杆菌的壁材，制得的双歧杆菌胶囊贮存稳定性增加。杨基础等（1996）的试验证明，以海藻酸钠与双歧杆菌直接混合后再固定化，所制得的产品活菌回收率远高于以卡拉胶或明胶为壁材的产品。以海藻酸钠作为材料的固定化细胞在生物技术中应用较多，由于细胞是分散于凝胶中，打断了凝胶网络的均匀结构，小分子物质容易通过壁材，因此不能很好地阻隔胃液，产品不具有耐胃酸性。丸山哲彦等（1985）对该法进行了改进，将双歧杆菌菌液与海藻酸钠在固化液中固化制得地胶粒，干燥后用融点高于体温的油脂喷涂于颗粒表面，制得的产品耐酸性有很大提高，但同样由于油脂温度过高，导致细菌死亡率高。常维山（1998）用明胶和阿拉伯胶，包被益生素，其贮存稳定性增加。
4.2 界面聚合法 Groboillot（1993）和Champagne等（1992）及Caroline等（1993）分别用该法，采用不同的壁材对乳酸菌进行了包被。由于该法中所用的交联剂都有一定毒性，所以会对乳酸菌的活性造成损害，但是交联剂的浓度越大，胶囊的强度越好。该产品用于乳酸
发酵后，活菌含量会随发酵时间的延长而恢复。
4.3 喷雾冷却和喷雾干燥法
吉冈俊满等（1992）采用喷雾冷却法，将双歧杆菌菌粉与脱脂奶粉、淀粉等保护剂混合均匀后，分散于融点高于体温的硬化油（如大豆硬化油、椰子硬化油等）中，喷雾得到多核微胶囊化的双歧杆菌，该产品具有肠溶性，在胃液中存活率较高。但同样存在双歧杆菌分散不均匀及制备过程中死亡率高的问题，而且对设备要求较高。魏华等（1998）采用喷雾干燥方法，对保加利亚乳杆菌、嗜热链球菌进行微囊化。发现微胶囊化产品的活菌保存期显著延长，且与传统的酸奶发酵剂相比，缩短了乳酸菌的凝乳时间，降低了接种菌量。冷冻干燥工艺结合微囊化技术,可获得较高存活率的乳酸菌活性。微囊化技术可提高菌体的抗热性。
4.4 挤压法
丸山哲彦等（1986）将双歧杆菌菌粉与淀粉混合后悬浮于熔点在30～45℃的硬化油中作为芯材，一定比例的明胶与果胶作为壁材，制得软胶囊，产品具有较高得贮存稳定性。Chuo-ku等（1994）将双歧杆菌菌粉悬浮于室温下不流动的疏水物质（如氢化油脂）中作为芯材，以①熔点高于体温的油脂，②一定比例的明胶和果胶，作为双层壁材。该产品具有很好的肠溶性，但由于双歧杆菌的耐热温度低，制备过程中与熔点高于体温的油脂接触时死亡率高，而且，双歧杆菌在油脂中分散极不均匀，因此导致产品质量不稳定。曹永梅（1999）利用该法，用海藻酸钙作为壁材，添加不同的保护剂，采用流化床干燥，制得抗酸性和抗热冲击能力较强的微胶囊。
4.5 双重乳状液法
滕原正弘等（1988）将含双歧杆菌的活菌液与添加了疏水性乳化剂（如聚甘油脂肪酸酯）的氢化油脂混合形成W/O型乳状液，制得的乳状液再分散于添加有黄原胶等增稠稳定剂的多价金属盐溶液（如乳酸钙）中，最终形成W/O/W型双重乳状液，将此乳状液通过喷嘴逐滴加入成模液（如海藻酸钠、低甲氧基果胶）中，制得内部流动的微胶囊化产品，由于活菌液外有一层固化的油脂膜，在菌体与外水相之间形成屏障，因此产品在的pH条件下稳定性高。但此法操作复杂，而且在形成双重乳状液过程中外水相与内水相极易混溶，产品得率低。
5 发展前景和展望
微胶囊技术作为一门崭新的技术已经越来越得到各行各业研究者的重视和青睐，它的广泛应用与优越性能也越来越引起人们的极大兴趣。现阶段，被投入市场的微胶囊化产品同它们存在的巨大应用潜力相比较还是很小的，我国同日本、美国等国家相比尤为突出。目前，市场上出现的畜禽用微生态制剂的微胶囊化产品，效果较好的有瑞士的粪链球菌微胶囊"赐美健"、荷兰的"百福菌"等，但是价格很高，"赐美健"原粉的价格为1800元/kg,而国内真正较好的产品很少。为乳酸菌等低抗逆性微生物饲料添加剂的微胶囊化包被提供一条适用的工业化途径，使其稳定性增强，贮存期延长，使这种低抗逆性微生物添加剂可以与其它饲料原料共存，作为一般原料进行加工，是目前应该解决的问题。发展微胶囊技术、微胶囊产品、改善微胶囊产品的应用性能和完善微胶囊传递体系的理论模型有待于进一步突破。
