聚丙烯酸钠接枝海藻酸钠包埋益生菌微胶囊及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于益生菌制品制备技术领域，具体是涉及一种聚丙烯酸钠接枝海藻酸 钠包埋益生菌微胶囊及其制备方法。
【背景技术】
[0002] 当今社会，随着人们生活与工作的压力不断增大，加之环境污染等原因的影响，亚 健康人群不断增加。饮用含有益生菌的饮品已经成为人们养生保健的佳选。研究证实：益 生菌具有维持肠道生态平衡、防治癌症和提高机体免疫力等功能，其保健效果的发挥与到 达肠道的活菌数量密切相关。然而，人体内的胃酸、胆盐和消化酶等均具有杀菌作用（以胃 酸的杀菌作用最为显著)。为防止益生菌在体内失活，利用高分子材料(壁材）对益生菌(芯 材）进行包埋保护，已经成为研究的热点。
[0003] 包埋壁材的性质对于益生菌保护作用具有重要的影响。海藻酸钠是使用最为广泛 的一种抗胃酸渗入壁材，与钙离子交联条件温和，适合益生菌的包埋。然而，钙离子交联形 成的凝胶孔隙过大（5-200nm)，不能有效地阻隔胃酸的渗入。外层涂覆壳聚糖，可通过静电 相互作用与内层形成紧密结合，一定程度上缩小孔隙，但所制备微胶囊的机械强度和对益 生菌的保护作用仍有待进一步提高。
[0004] 传统改善方法是增加内层壁材的质量或种类，将海藻酸钠与其他天然高分子材料 (如卡拉胶、淀粉等）以不同比例混合使用。然而，天然高分子材料粘度普遍较高，给挤出法 制备微胶囊带来困难，且混合体系的稳定性不佳。
[0005] 也有研究致力于增加外涂层数。例如，涂覆双层壳聚糖或在壳聚糖外层增加羧甲 基壳聚糖涂层，专利CN103355656A也公开了在壳聚糖外层增加Eudragit?涂层（甲基丙烯 酸与甲基丙烯酸甲酯的共聚物）等。该法虽然操作简便，但多层涂覆稳定性差，易受外界环 境影响，且涂层相对内层较薄（〈10Pm,Biomacromolecules,12 (2011) 2834-2840)，阻 挡胃酸能力有限。
[0006] 改善内层壁材结构也是提高益生菌保护作用的一条有效途径，然而致力此方面的 研究还较少。Tien等分别使用丁二酸酐或棕榈酰氯对海藻酸钠进行改性，从增加羧基含量 和疏水改性两个方向入手，胃酸30min实验结果显示改性微胶囊中鼠李糖乳杆菌存活数 量均较海藻酸钠微胶囊有所提高（Appliedbiochemistryandbiotechnology, 39(2004) 347-354)。但Amine等用棕榈酰化的海藻酸钠包埋长双岐杆菌，胃肠液实验结果显示棕榈 酰化海藻酸钠与海藻酸钠相比并无明显优势（Foodcontrol, 37 (2014) 193-199)。因此， 羧基修饰海藻酸钠有保护益生菌通过胃液的良好潜能。
【发明内容】
[0007] 本发明为解决海藻酸钠与钙离子交联形成的凝胶孔隙过大，不能有效阻隔胃酸渗 入等问题，从增加海藻酸钠羧基含量入手，致力于内层壁材结构的改造，提供一种聚丙烯酸 钠接枝海藻酸钠包埋益生菌微胶囊及其制备方法。
[0008] 本发明将具有服用安全性的聚丙烯酸钠接枝在海藻酸钠主链上。接枝改性可以 在保持海藻酸钠原有物理机械性能的前提下，在材料基体上引入特定的功能性基团（如羧 基)。相较于小分子修饰(如丁二酸酐等)，接枝法可在更宽的范围内调控羧基在海藻酸钠主 链上的分布和含量。羧基含量的增加有利于提高微胶囊对胃酸的缓冲作用；适合的羧基分 布可以增加内层壁材与钙离子的交联密度，减小凝胶孔隙，提高微胶囊机械强度。
[0009] 本发明的技术方案： 一种聚丙烯酸钠接枝海藻酸钠包埋益生菌微胶囊，所述微胶囊以聚丙烯酸钠接枝海藻 酸钠（Alg-PAAs)与海藻酸钠（Alg)的复合物为内层壁材，钙离子交联包埋益生菌，外层涂 覆壳聚糖而制成。所述微胶囊的粒径为1.2mm-2. 2mm，益生菌包埋率为90-99%。钙离子 可同时交联海藻酸钠和聚丙烯酸钠，形成互贯网络包埋益生菌，提高包埋率。相比于化学交 联(如以双丙烯醜胺为交联剂，Journalofchemicalsciences, 122 (2010) 651-659)，?丐 离子交联更适合于益生菌的包埋和肠道释放。
[0010] 所述内层壁材中聚丙烯酸钠接枝海藻酸钠的结构式如下所示：
【主权项】
1. 一种聚丙烯酸钠接枝海藻酸钠包埋益生菌微胶囊，其特征在于：所述微胶囊以聚丙 烯酸钠接枝海藻酸钠（Alg-PAAs)与海藻酸钠（Alg)的复合物为内层壁材，钙离子交联包埋 益生菌，外层涂覆壳聚糖而制成。
2. 根据权利要求1所述的聚丙烯酸钠接枝海藻酸钠包埋益生菌微胶囊，其特征在于： 所述微胶囊的粒径为I. 2 mm-2. 2 mm，益生菌包埋率为90-99%。
3. 根据权利要求1所述的聚丙烯酸钠接枝海藻酸钠包埋益生菌微胶囊，其特征在于： 所述内层壁材中聚丙烯酸钠接枝海藻酸钠的结构式如下所示：
结构式中：x、y和z是重复单元数，聚丙烯酸钠接枝海藻酸钠的重均分子量为100-500 万，被接枝海藻酸钠的重复单元数X与总海藻酸钠的重复单元数（x+y)的比值为1:50-1: 5， 聚丙烯酸钠的重复单元数z与总海藻酸钠的重复单元数（x+y)的比值为1:1-10:1。
4. 一种权利要求1所述的聚丙烯酸钠接枝海藻酸钠包埋益生菌微胶囊的制备方法， 其特征在于步骤如下 ： 第1步、聚丙烯酸钠接枝海藻酸钠的制备： 第I. 1步、将海藻酸钠溶解在水溶液中，终浓度为10 mg/mL-50 mg/mL，充分搅拌至完全 溶解，升温至58-62°C，氮气保护下搅拌30-60 min，以过硫酸铵为引发剂，在该温度下引发 15-30 min ； 第1. 2步、在冰水浴条件下用氢氧化钠溶液中和重蒸过的丙烯酸单体，将中和后的丙 烯酸钠单体缓慢地滴加到第I. 1步中的海藻酸钠溶液中，升温至70-80°C反应2-3 h ; 第1. 3步、将溶液pH调至6. 5-7. 4,对水透析2-3 d，冷冻干燥后即可制得聚丙烯酸钠 接枝海藻酸钠（Alg-PAAs); 第2步、微胶囊的制备： 第2. 1步、将1-3 wt%的聚丙烯酸钠接枝海藻酸钠溶液和1-3 wt%的海藻酸钠溶液混 合，所得复合溶液再与新鲜菌泥混合制成IO6-IOici cfu/mL的菌悬液； 第2. 2步、将该菌悬液滴加到0. 2-0. 3 mol/L的氯化钙溶液中，4°C下固化30-60 min， 无菌水清洗，制得内层微胶囊A ; 第2. 3步、将内层微胶囊A浸泡在pH=5. 7-6. 0的壳聚糖溶液中10-30 min，无菌水清 洗，制得微胶囊B，即所述的聚丙烯酸钠接枝海藻酸钠包埋益生菌微胶囊。
5. 根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于：所述过硫酸铵与海藻酸钠的质量比 为 1:50-1:5。
6. 根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于：第2. 1步中所述的聚丙烯酸钠接枝 海藻酸钠与海藻酸钠的复合溶液中，Alg-PAAs与Alg的质量比为1:3-3:1。
7. 根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于：第2. 1步中所述的新鲜菌泥与聚丙 烯酸钠接枝海藻酸钠和海藻酸钠复合溶液的体积比为1:9-1:4。
8. 根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于：外层涂覆壳聚糖溶液浓度为 0. 5-1. 0 wt%〇
9. 根据权利要求4至8中任一项所述的制备方法，其特征在于：所述新鲜菌泥中的益 生菌为乳杆菌、乳球菌或双歧杆菌属内或属间的一种或二种以上。
【专利摘要】聚丙烯酸钠接枝海藻酸钠包埋益生菌微胶囊，是以聚丙烯酸钠接枝海藻酸钠与海藻酸钠的复合物为内层壁材，离子交联包埋益生菌，外层涂覆壳聚糖而制成。包埋益生菌为乳杆菌、乳球菌或双歧杆菌属中的一种或二种以上。聚丙烯酸钠是国家批准的食品添加剂，用于包埋安全无毒。本发明通过接枝的方法增加内层壁材对胃酸的缓冲作用，减少胃液环境下活菌数量的减少，同时利用其与钙离子的交联性增强微胶囊的机械强度。所述壁材溶液粘度低于现有天然高分子材料，降低了微胶囊的制备难度。所制得微胶囊具有阻抗胃液和加快肠道释放的功能，用于益生菌包埋可提高到达肠道的有效活菌数量，增强其体内益生作用的发挥。
【IPC分类】A61K35-744, A61K35-745, A61P37-04, A61P1-00, A61K9-50, A61K35-747, A61P35-00, A61K47-36
【公开号】CN104644612
【申请号】CN201510035395
【发明人】王艳萍, 刘媛, 孙也
【申请人】天津科技大学
【公开日】2015年5月27日
【申请日】2015年1月26日