在益生菌家族中,植物乳杆菌是一类分布广泛、功能多样的革兰氏阳性菌,隶属于乳酸菌科乳酸菌属,为圆端直杆菌,通常单生或成链存在,最适生长温度为30~35℃,厌氧或兼性厌氧,在自然环境中尤其是发酵食品中较为常见。作为同型发酵乳酸菌,其产酸能力较强,能产生85%以上的乳酸,同时还具备抗癌、抗炎、抗肥胖和抗糖尿病等多种有益特性,可有效抵御胃酸环境,顺利通过口腔、肠道直至结肠,抑制有害细菌生长,调节肠道菌群平衡。这些独特的生物学特性,让植物乳杆菌在多个行业中获得了广泛应用。
在食品行业,植物乳杆菌是发酵食品的核心菌株之一,广泛用于酸奶、酸菜、青贮饲料、肉制品等的生产,既能提升食品风味,又能延长货架期,还可增强食品的抗氧化和抗菌活性。例如在黄酒酿造中,接种特定植物乳杆菌菌株可显著降低浸米水和黄酒中的生物胺含量,减少宿醉风险,且不影响黄酒风味。在保健品行业,其益生菌特性被充分利用,用于制备调节肠道菌群、改善肠道紊乱、增强免疫力的益生菌制剂。养殖行业中,植物乳杆菌能稳定水体pH值,降解重金属,抑制养殖水体底部粪便和残饵腐烂,降低氨氮和亚硝酸盐含量,减少化工降解剂使用,降低养殖成本。此外,在医疗领域,植物乳杆菌也展现出良好潜力,可用于开发具有抗菌、抗炎活性的制剂,甚至在促进骨骼发育、保护肠道屏障等方面的应用也在深入研究中。
为实现植物乳杆菌的规模化应用,高效的制备技术至关重要。喷雾干燥技术因具有成本低、效率高、易于工业化生产等优势,成为植物乳杆菌粉剂制备的主流技术之一。以下为植物乳杆菌的喷雾干燥机制备实例,展现了不同工艺条件下的技术要点与应用效果。
第一个案例以植物乳杆菌NCU116为研究对象,致力于优化喷雾干燥工艺以制备高活性菌剂。某公司通过正交试验确定了最佳复配保护剂配方:质量分数为5%的脱脂乳、5%的海藻糖与3%的谷氨酸钠,该保护剂能显著降低喷雾干燥过程对菌体细胞膜的损伤。随后通过响应面分析得到最优喷雾干燥条件:进风温度125℃,物料流量320mL/h,此时菌悬液初始菌含量为10.25lg CFU/mL,干燥后菌剂存活率达到89.95%,活菌数高达10.96lg CFU/g。流式细胞术检测显示,使用该保护剂后,细胞膜保持完整的菌体比例从无保护剂时的1.12%提升至49.75%。通过环境扫描电子显微镜观察,干燥后的菌剂颗粒呈球形,表面虽有凹陷或褶皱但无裂纹,颗粒大小在10~18μm之间;差示扫描量热法测得菌剂的玻璃化转变温度为79.50℃。存储稳定性测试表明,菌剂在-20℃条件下存储60天后活菌数变化较小,而在25℃存储60天,活菌数下降2.31个对数值,为菌剂的存储条件选择提供了重要依据。
第二个案例聚焦于植物乳杆菌微囊化制剂的制备,以提升菌株对胃肠道恶劣环境的耐受性。某公司采用气流式喷雾干燥机,以植物乳植杆菌YBT5为菌株,设计了大豆蛋白-藻酸盐复合包埋体系。制备过程分为多个关键步骤:首先制备菌悬液,将冻存于-80℃的植物乳植杆菌YBT5以2%的接种量接种在MRS培养基中,37℃培养24h,连续传代两代后,再于37℃培养18h活化;随后以1500转/分钟离心10分钟收获菌体,用无菌0.1wt%蛋白胨水洗涤两次,最后用pH=7.4的磷酸盐缓冲盐水稀释至浓度为10⁷CFU/mL的菌悬液。之后将1wt%的菌悬液接种到pH=7.0的1wt%藻酸盐和4wt%大豆蛋白水性混合物中,在室温下以600rpm的转速磁力搅拌30分钟至均匀。喷雾干燥阶段,将混合物以200rpm的低速搅拌注入喷嘴直径为0.7mm的喷雾干燥喷嘴,设置吸气器压力90%,雾化器压力600nL/h,物料流速5mL/min,获得益生菌微粒。为进一步提升包埋效果,将收集到的益生菌微粒引入3wt%的CaCl₂水溶液中,室温下以800rpm搅拌1小时进行交联反应,制备得到交联的大豆蛋白藻酸盐微囊,微囊内包封有植物乳杆菌YBT5。最后通过2300rpm离心5分钟收集胶囊化益生菌,用无菌水洗涤三次后,于-20℃冷冻,再在7Pa、-50℃条件下冻干24小时,得到植物乳植杆菌YBT5微囊化制剂。该制剂能有效保护菌株免受胃酸和胆汁盐侵蚀,显著提高生物利用度,且通过动物实验验证,该菌株能激活相关通路抑制破骨细胞分化,具有促进骨骼发育的功能。
第三个案例创新性地引入芽孢壳液作为保护剂,制备高稳定性的植物乳杆菌粉剂。某公司的制备流程如下:第一步,用无菌水重悬植物乳杆菌菌泥,得到均匀的菌悬液;第二步,向菌悬液中加入复合保护剂和枯草芽孢菌的芽孢壳液,其中芽孢壳液与植物乳杆菌菌泥的体积质量比控制在1~2mL:2~1g,芽孢壳液的浓度为(9-10)×10⁸particles/mL;第三步,将混合液进行震荡培养,使芽孢壳充分吸附并包裹在植物乳杆菌表面,形成保护层;第四步,将培养后的混合液送入离心式喷雾干燥机进行干燥,通过芽孢壳形成的保护层,有效减少干燥过程中菌体的死亡,同时显著提升最终粉剂产品的储存稳定性,解决了植物乳杆菌在常温储存过程中活菌数快速下降的难题。
以上案例表明,喷雾干燥技术制备植物乳杆菌的核心在于合理选择保护剂配方与优化工艺参数,不同的技术方案可针对不同的应用需求,实现菌株活性与储存稳定性的平衡。随着研究的深入,越来越多的创新技术将应用于植物乳杆菌的制备中,进一步拓展其在各行业的应用前景。