乳双歧杆菌是放线菌科双歧杆菌属的厌氧微生物,作为人体肠道内重要的益生菌菌株,它不仅能合成多种维生素,还能参与食物消化、促进肠道蠕动,同时可激活免疫系统、调节肠道菌群平衡,对维持人体消化健康和免疫力提升具有重要作用。这种益生菌的稳定性较差,尤其对温度和湿度敏感,因此在产业化应用中,如何通过高效干燥技术保留其活菌活性,成为核心技术难题之一。
从应用场景来看,乳双歧杆菌的身影广泛出现在多个行业。在食品行业,它是发酵乳制品的核心配料之一,添加到酸奶、发酵乳饮料中可改善产品风味与质地,同时提升产品的微生物稳定性;也常被用于功能性食品开发,为代餐粉、益生菌补充剂等产品赋予益生特性。在工业领域,其分泌的多种胞外酶可分解纤维素、木质素等有机污染物,在废水处理、土壤修复中发挥作用,同时在生物制氢、生物燃料生产等新兴领域展现出应用潜力。在化工与日化行业,它合成的特殊酶、多糖等生物活性物质,可用于化妆品、洗涤剂的生产,其分泌的酶还可作为生物催化剂应用于生物催化反应中。此外,在医药领域,乳双歧杆菌活菌制剂也被用于改善肠菌群失调引起的急慢性腹泻、便秘等肠道功能紊乱问题。
喷雾干燥技术因具有制备效率高、产品易储存等优势,成为乳双歧杆菌菌粉制备的主流技术之一。针对乳双歧杆菌热敏性的特点,行业内多采用离心式、气流式等非压力式喷雾干燥设备,以减少高温和机械力对菌体活性的损伤。以下为三个经过实践验证的喷雾干燥机制备案例,涵盖实验室研发、工业生产等不同场景。
第一个案例聚焦离心式喷雾干燥制备乳双歧杆菌微胶囊,通过优化壁材与工艺参数提升菌体存活率。某团队为解决乳双歧杆菌在生产、贮藏过程中的活性保持问题,采用离心式喷雾干燥法制备微胶囊,重点开展了壁材选择和工艺参数的正交分析。在预处理阶段,确定最佳壁材配方为质量浓度100g/L的β-环糊精与阿拉伯树胶粉,二者质量比4:6;芯材则由20g/L海藻糖、20g/L甘露醇、25g/L菌泥和0.01g/L抗坏血酸组成,质量浓度60g/L。干燥过程中,设备参数设定为进风温度(108±2)℃、排风温度(61±3)℃、塔壁温度(50±3)℃,雾化器转速17000r/min。该工艺条件下制备的菌粉,活菌数达到3.4×10⁹ CFU/g,菌体存活率72.12%,包埋率75.88%,有效提升了乳双歧杆菌对外部环境的抗逆性。
第二个案例为工业级动物双歧杆菌乳亚种菌剂制备,结合微包埋与喷雾干燥技术提升贮存稳定性。某公司开发的制备工艺,先通过精准培养获取高活性菌体:将菌株接种至MRS固体培养基,36-38℃厌氧培养48-72h得到单菌落,经液体培养基活化后,再以0.5-5vol%的接种量扩大培养至对数期后期或稳定期初期,随后在3-5℃、6500-8000rpm条件下离心10-20min收集菌体,并用无菌生理盐水清洗2次。预处理阶段,将菌体与特定保护剂按顺序混合制成乳化液,保护剂包含海藻糖、甜菜碱等小分子物质,大豆卵磷脂以及大豆蛋白、羟乙基淀粉等大分子物质,可从细胞内外及细胞膜层面形成多重保护;再将乳化液与包埋壁材混合进行微包埋处理,通过美拉德反应形成的壁材可提升菌体耐酸耐胆盐能力,并实现肠道定向释放。干燥环节采用低温静电喷雾干燥技术,有效降低了高温或低温对菌体的损伤,最终制备的菌剂在常温贮存条件下仍能保持高活性,显著降低了仓储和运输成本。
第三个案例是小型离心式喷雾干燥机在实验室研发中的应用,实现高效制备与高活菌保留率的平衡。某食品发酵实验室为解决传统冷冻干燥制备乳双歧杆菌粉剂效率低、活菌保留率差的问题,引入小型离心式喷雾干燥机搭建研发技术体系。预处理时,将乳双歧杆菌HN019发酵液经4000r/min离心10min收集菌体,用10%麦芽糊精重悬至1L,调节固形物含量15%、pH6.5。干燥参数设定为:雾化盘转速8000r/min,雾滴粒径控制在50-100μm;进口温度160℃以快速形成粉末外壳,出口温度70℃(低于菌体失活临界温度75℃);进料速率10mL/min,采用旋风分离器+布袋两级收粉系统。连续20批次实验结果显示,该工艺制备的乳双歧杆菌粉剂活菌保留率达94.2%-95.1%,较传统冷冻干燥提升17.9%;单批次(1L发酵液)制备周期仅2.5小时,较冷冻干燥的12小时缩短79.2%;粉末含水率稳定在2.1%-2.3%,符合GB/T 29602-2013标准要求,且粉末粒度均一、流动性好,为后续配方研发提供了高效可靠的技术支撑。
综上,乳双歧杆菌凭借其优异的益生特性,在食品、工业、医药等领域拥有广阔应用前景。而离心式、静电式等非压力式喷雾干燥技术,通过合理的工艺优化和预处理设计,可有效保留菌体活性,为乳双歧杆菌的产业化应用提供了关键技术保障,不同场景下的制备案例也为行业研发和生产提供了可借鉴的实践经验。