一种制备益生菌微胶囊的装置及其使用方法与流程

本发明属于食品生物技术领域，特别是涉及一种益生菌微胶囊及其制备装置。

背景技术：

随着生物科技的进步，益生菌对人和动物的健康作用受到人们越来越广泛的关注。以乳酸菌为代表的益生菌具有多重生理功能，包括改善肠道功能，抑制有害菌生长，缓解乳糖不耐症、促进消化吸收、调节免疫系统、延缓机体衰老等功效。微胶囊包埋技术是指通过一定的理化手段将益生菌包裹于微小的封闭的胶囊。微胶囊的作用在于抵御或降低不良环境对益生菌的活性的破坏。益生菌的活菌微胶囊在保健、医疗、畜牧饲料领域均有应用。

目前，最通用的微胶囊制备是以海藻酸钠作为壁材，包裹益生菌后，通过各种技术成球，接触CaCl₂溶液并迅速固化，形成稳定的微胶囊。当前在制作工艺上，无论何种方法都会有一定的局限性:挤压法制得的微胶囊尺寸较大，一般在1.0mm以上，效率低下；喷雾干燥法制备过程的高温容易对菌活造成损失；乳化法需要使用大量油，且分离困难。很多研究者在采用喷雾冷却法制备微胶囊时，往往会采用雾化喷头，先将海藻酸钠雾化然后喷到氯化钙水溶液中，或者尝试将海藻酸钠与氯化钙分别雾化然后对喷。直接喷到氯化钙中这种方式，海藻酸钠微球在雾化空间内飞溅，容易挂壁、粘附在喷头表面，从而影响微球品质；将海藻酸钠与氯化钙对喷，也同样存在颗粒粘附喷头，雾形不稳定直接影响到微胶囊的球形度和粒径均一性。因此上述冷喷方案也不合适于工业化应用。

为了解决上述现有技术问题，本发明人在总结现有技术基础上，通过大量实践与总结，提出本项发明。

技术实现要素：

本发明目的是为了克服冷喷法制备微胶囊的生产不稳定性，一种简单、高效、适用于实际生产的雾化喷头及附属装置，提供一种新的微胶囊壁材与固化剂之间的接触方式。

该冷喷装置包括喷头本体,所属喷头本体前端设有喷头帽，所述喷头帽中心设有单孔，单孔内设有两层套管，形成三层不连通的空腔，喷头盖平面形成两层环形孔和中心圆孔，其中：

最外层空腔为固化液输送空腔，所述固化液输送空腔通过接口与固化液输送管连通，以输送固化液，该空腔端部与所述环形雾化孔连通以喷射固化液。

中间层空腔为高压空气输送空腔，所述高压空气输送空腔与高压空气输送管通过接口连通以输送高压空气，该空腔端部与所述环形空气孔连通用以喷射高压空气。

内层空腔为微胶囊壁材液输送空腔，所述壁材输送空腔与微胶囊壁材输送管通过接口连通，以输送壁材，该空腔端部与所述中心壁材孔连通用以喷射微胶囊。

所述微胶囊壁材输送空腔管与尾座固定，所述尾座可以通过接口与所述壁材输送管连通，所述尾座与喷头主体通过螺纹固定，所述尾座与喷头主体的组合腔体即为所述高压空气输送空腔。

所述喷头装置进一步设有连接口，用于工作时固定在合适位置。

本发明的另一方面，提供一种利用上述喷头及附属装置，进行的提高微胶囊喷射质量的操作方法，包括以下步骤：

第一步，确定流体参数，包括：最佳喷射距离d、固化剂泵送压力P₁、气速v、壁材泵送压力P₂、固化剂浓度C₁和壁材浓度C₂；

所述诸参数均通过现场试验确定，具体以微胶囊雾形是否稳定、微胶囊球形度与均一度为指标，进行确定。

第二步，喷雾制备微胶囊。启动空气压缩机、调节空气减压阀、调节流量计，利用所述喷头装置将微胶囊喷入雾化室，并用回收装置收集。

第三步，完成制备微胶囊后，静置微胶囊，待固化完全后，收集微胶囊。

第四步，泵送清水，清除管道残留物，依次关闭空气压缩机，减压阀，流量计。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

本发明通过设置上述结构，将固化剂与壁材的双液相通过中间夹层的高压空气雾化，双液相的空气帷幕角度相近，雾化颗粒接触完全，进而使壁材与固化剂在微胶囊形成的瞬间固化，从而避免了外界环境对微胶囊成形的影响，提高了微胶囊的成品稳定性。

附图说明

图1经培养处于对数生长期的Lactobacillus reuteri CG001菌落形态照片

图2 L.reuteri CG001微胶囊显微照片

图3为本发明的喷头总成剖面图及其局部放大；

图4为本发明喷头装置的喷头帽示意图

图5为本发明一较优实施例中的喷头装置工作原理流程示意图

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。

以海藻酸钠为壁材，氯化钙为固化液，选用处于对数生长期的益生菌悬液作为芯材。

冷喷法制备微胶囊的成型装置如图5所示，包括：空气压缩机13、减压阀14、减压阀15、气流计16、氯化钙补料瓶17、海藻酸钠补料瓶18、喷头19、雾化室20。其中喷头本体结构示意图如图3所示，所述喷头本体由垫片7、尾座8、主座9、喷头帽10、针管11、钢管12等组合而成。图4为喷头帽示意图，所述喷头帽端面上包括孔1、环形孔2、环形孔3。垫片7与针管10尾部连通并粘合，并固定在尾座8内；主座9中心设有螺纹孔，可将钢管12尾部旋入并固定；固定有垫片7和针管10的尾座8通过螺纹固定在装有钢管12的主座9顶端，针管11穿过尾座8插入钢管12形成套管；接口4和针管内腔组成空腔101，所述空腔底端是孔1；钢管套层和主座9与尾座8形成的空腔、主座接口5相连，组成空腔201，所述空腔底端是环形孔2；主座底端与喷头帽通过螺纹固定，喷头帽中心设有圆孔，所述套管穿过喷头帽；所述喷头帽与钢管及主座形成空腔，空腔与接口6连通，空腔底端是环形孔3。所述喷头具有三层不连通的空腔，其中：

内层空腔为海藻酸钠输送空腔101，所述海藻酸钠输送空腔101与海藻酸钠输送管通过接口4连通，以输入海藻酸钠，该空腔端部与所述海藻酸钠孔1以喷射海藻酸钠。

中间层空腔为高压空气输送空腔201，所述高压空气输送空腔201与高压空气输送管通过接口5连通以输送高压空气，该空腔端部与所述环形空气孔2连通用以喷射高压空气。

最外层空腔为氯化钙输送空腔301，所述氯化钙输送空腔301通过接口6与氯化钙输送管连通以输送氯化钙，该空腔端部与所述环形雾化孔连通以喷射氯化钙。

实施例1：

将浓度为2％海藻酸钠溶液用微孔滤膜过滤除菌，即获得壁材溶液，然后选取处于对数生长期L.reuteri CG001菌悬液(活菌数约1×10⁹cfu/ml)。取90ml壁材加入10ml菌悬液混匀后加到补料瓶内，将经过灭菌处理的2％的氯化钙溶液1000ml加入另一个补料瓶内，在所述补料瓶盖上连接压力管和输液管，然后利用冷喷装置制备微胶囊。操作条件为：气速10L/min、壁材泵入压力100kpa、氯化钙泵入压力3.5kpa。待微胶囊制备完成后，滞留在氯化钙溶液中静置固化15min。用Whatman 4#滤纸过滤并用生理盐水洗涤两次，制得乳杆菌活菌微胶囊。

采用本发明方法制备的乳杆菌微胶囊，对乳酸菌的包埋率达到76％；由图2微胶囊实物照片可以看出，微囊圆整，较其他喷雾法制备微胶囊的品质有所改善，如:采用双喷头对喷的方式制作微胶囊技术(Sohail A.,Turner M.S.,Coombes A.,Bostrom T.,Bhandari B.,Survivability of probiotics encapsulated in alginate gel microbeads using a novel impinging aerosols method.Int J Food Microbiol 2011,145(1),162-8.)

通过模拟人工肠胃环境和耐酸性实验，结果表明海藻酸钠对乳杆菌菌体有一定的保护作用，经耐储藏实验验证，采用本发明方法制备的益生菌微胶囊可以提高益生菌的储藏稳定性。