本发明涉及食品领域，且特别涉及益生菌凝胶粒及其制备方法。
背景技术：
近年科学研究显示肠道微生物菌群结构不仅与常见的消化道疾病有关，而且和抑郁症、糖尿病、高血压、肥胖、肠癌、炎症等疾病相关，也与儿童免疫系统发育、抗生素耐药性、肿瘤治疗效果等健康因素密切相关。益生菌可以通过建立合理的人体肠道菌群结构，对与之相关的疾病起到预防和辅助治疗的效果，对健康起到有益作用。然而传统的益生菌产品有菌体活性低、活菌率低、肠道内定植效果差，且只可低温储运等缺陷。新型的益生菌相关产品如冻干菌粉、菌片虽然可常温存储，但是没有抗消化液作用，也没有提高肠道定植率的功能；益生菌胶囊具有一定的抗消化作用，但是口感及使用体验较差，限制了益生菌产品的有效利用和推广。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种益生菌凝胶粒，此益生菌凝胶粒具有抗消化液，能够将益生菌定植于肠道中，有助于食用者肠道中的活菌数量增高，且肠道内的菌活力高，能够明显改善肠道菌群结构的合理分布，提高肠道组织健康，协助预防和治疗肠道菌群相关疾病；该益生菌凝胶粒还具有口感好，耐储运等优势；该益生菌凝粒还可以应用于乳液、果蔬汁等液态产品和软糖、布丁、冰激凌等固态产品中。
本发明的另一目的在于提供一种益生菌凝胶粒的制备方法，该制备方法对益生菌的活性破坏小，能够保留足量的有活性的益生菌菌体，且用该制备方法制备出的益生菌凝胶粒具有良好的储运性能，食用后益生菌在肠道的定植效率高。
本发明解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。
本发明提出一种益生菌凝胶粒，包括益生菌核心体和凝胶外层，凝胶外层包裹于益生菌核心体的外部，益生菌核心体包括益生菌菌体和载体，益生菌凝胶粒的水分活度为0.10-0.99。
本发明提出一种益生菌凝胶粒的制备方法，其包括吸附菌体和裹胶，其中，吸附菌体包括将载体与益生菌菌体混合，制得益生菌核心体；裹胶包括在益生菌核心体的外部包裹凝胶外层。
本发明实施例的益生菌凝胶粒及其制备方法的有益效果是：该制备方法对益生菌的活性破坏小，能够保留足量的有活性的益生菌菌体；由该制备方法制备出的益生菌凝胶粒具有一定的抗消化液功能，能够将益生菌高效地定植于肠道中，有助于食用者肠道中的活菌数量增高，且肠道内的菌活力高，能够明显改善肠道菌群结构的合理分布，提高肠道组织健康，协助预防和治疗肠道菌群相关疾病；该益生菌凝胶粒还具有口感好，耐储运等优势；该益生菌凝粒还可以应用于乳液、果蔬汁等液态产品和软糖、布丁、冰激凌等固态产品中。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
下面对本发明实施例的益生菌凝胶粒及其制备方法进行具体说明。
本发明的益生菌凝胶粒包括益生菌核心体和凝胶外层，且凝胶外层包裹于益生菌核心体的外部。益生菌核心体外部的凝胶层可以是1层、2层、3层、4层等，在此不作具体限定。益生菌凝胶粒的平均粒径范围为0.05-15mm，优选为0.5-5mm，其形状可以是球型、四方形或者不规则形状的，在此也不做具体限定。
上述益生菌核心体包括益生菌菌体和载体。益生菌菌体包括双歧杆菌、乳酸菌、球菌、芽孢杆菌、酵母菌和拟杆菌中的至少一种，即可以仅单独使用一种菌种或同时使用多种菌种，具体地，可以根据该益生菌凝胶粒的具体功效等进行选择。
作为优选，上述双歧杆菌可以是婴儿双歧杆菌、长双歧杆菌、短双歧杆菌、青春双歧杆菌、两歧双歧杆菌或嗜热双歧杆菌；乳酸菌(乳杆菌)可以是嗜酸乳杆菌、植物乳杆菌、短乳杆菌、干酪乳杆菌、德氏乳杆菌、鼠李糖乳杆菌、罗伊氏乳杆菌或纤维二糖乳杆菌；球菌可以是粪肠球菌、屎肠球菌、嗜热链球菌或乳链球菌；芽孢杆菌可以是地衣芽孢杆菌、枯草芽孢杆菌、短小芽孢杆菌或凝固芽孢杆菌；拟杆菌可以是脆弱拟杆菌。
需要说明的是，该益生菌凝胶粒中使用的益生菌不是只能使用上述的益生菌，只要是美国食品药物管理局和中国食品药物管理局认为安全的所有益生菌菌种均可以选用。
还需要进一步说明的是，制备该益生菌凝胶粒时，可以选择两种及两种以上的不同属的益生菌进行组合，还可以在同一属中选不同的菌种。
上述载体包括糖类、蛋白质和脂类中的至少一种，即可以是其中一种物质作为载体，还可以是两种或两种以上的物质作为载体。载体的使用可以有效地提升该益生菌凝胶粒中的益生菌在人体肠道的定植率，并且提高肠道中活菌数量，菌种活力高，进而可以高效地促进食用者肠道内菌群结构合理分布，提高肠道组织健康，协助预防和治疗肠道菌群相关疾病。
进一步地，糖类可以是变性淀粉、低聚糖、纤维素或糖类衍生物；蛋白质可以是多肽；脂类可以是动物油脂、植物油脂或类脂。
再进一步地，糖类可以是海藻酸盐、低聚糖、葡甘聚糖、聚葡萄糖、山梨糖醇、琼脂、卡拉胶、黄原胶、细菌纤维素、羧甲基纤维素或维生素c；蛋白质可以是明胶或多肽；脂类可以是动植物油脂、卵磷脂、蜂蜡、虫蜡、鲸蜡、棕榈蜡、甘油磷脂、神经鞘磷脂、薄荷醇、维生素a、维生素d、或维生素e。
需要说明的是，作为该益生菌凝胶粒载体的物质超过一种时，可以是同类物质中的两种及以上的物质作为载体使用，还可以是不同类物质中的两种及以上的物质作为载体使用。
上述凝胶外层包括糖类、蛋白质和脂类中的至少一种。优选地，可以是变性淀粉、低聚糖、纤维素、多肽、动植物油脂、类脂中的至少一种。
进一步优选地，糖类可以是魔芋多糖、海藻酸盐、葡甘聚糖、聚葡萄糖、半乳甘糖、鼠李糖、低聚果糖、低聚木糖、低聚异麦芽糖、d-木糖、阿拉伯糖、低聚半乳糖、大豆低聚糖、山梨糖醇、琼脂、卡拉胶、黄原胶、细菌纤维素或羧甲基纤维素；蛋白质可以是明胶或多肽；脂类可以是动植物油脂、卵磷脂、蜂蜡、虫蜡、鲸蜡、棕榈蜡、甘油磷脂、神经鞘磷脂、薄荷醇、维生素a、维生素d或维生素e。
凝胶外层可以给予益生菌核心体突出的保护作用，使制得的益生菌凝胶粒具有更突出的耐储运性能，且在益生菌核心体的外部包裹凝胶外层，可以提高益生菌凝胶粒在人体肠道的定植能力，进而有助于促进食用者肠道益生菌群的平衡，有助于预防、治疗肠道疾病。
益生菌核心体的制备方法可以按照以下方法进行：
将益生菌菌体吸附、混合到载体上，再制成固体颗粒，即可制得上述益生菌核心体。
详细地，可以先将益生菌活化、增殖，得到益生菌菌液，将益生菌菌液与载体的溶液混合，制成固体颗粒，得到菌体含量为5×108-2×109cfu/g的益生菌核心体即可。载体溶液可以是糖类溶液、蛋白质溶液和脂类溶液中的至少一种，且载体溶液的质量浓度可以是1-5％。上述制成固体颗粒的具体方法可以是将菌液和载体溶液的混合物低温冷凝，例如：将琼脂和低聚糖的混合液与菌液混合，在-2～-7℃、冷凝10～30min；还可以是将益生菌菌液和载体溶液的混合液(含海藻酸钠)滴加于氯化钙溶液实现益生菌核心体的凝固，氯化钙溶液的质量浓度可以是3-15％。
益生菌核心体的制备还可以是先将益生菌菌液与细菌纤维素粒(颗粒大小可以是3×3×3mm)吸附混合，还可以进一步地在益生菌菌液与细菌纤维素粒混合后再与载体溶液混合，制成固体颗粒。
上述的益生菌活化、增殖例如可以按照以下方式进行：将益生菌接种于发酵液中，在温度为36-38℃、摇床转速为110-130rpm条件下发酵16-18h。发酵后的菌液的浓度可以为5×109-2×1011cfu/ml。
作为优选，在益生菌活化、增殖后，可以进行低温离心和用缓冲液洗涤得到浓缩的菌体，浓缩后的菌体具有一定的保存价值，并且方便后续工序中调控菌液的浓度，达到制备益生菌凝胶粒所需的菌液浓度。
在益生菌核心体的外部包裹凝胶外层的方法可以按照以下方式进行：
按照适宜的比例配制凝胶外层溶液，将制备好的益生菌核心体放置于凝胶外层溶液中浸泡，再将浸泡后的、外部包裹了凝胶外层的益生菌核心体凝固成型，即可制成益生菌凝胶粒。在凝胶外层溶液浸泡的时间可以大于等于5min。
详细地，上述凝胶外层溶液是由糖类、蛋白质和脂类中的至少一种兑水后制得的，其质量浓度可以是1-20％，例如可以是2wt％的海藻酸钠和10wt％的低聚糖组成的。
进一步地，上述在凝胶外层溶液浸泡益生菌核心体再凝固成型的过程可以进行多次的重复，例如重复2次、3次、4次等。凝固成型可以是将浸泡过的益生菌核心体置于氯化钙溶液(浓度可以是3-15％)中凝固大于等于20min，还可以是低温冷凝等。
以重复3次、凝胶外层溶液为海藻酸钠和低聚糖的混合物(其中，海藻酸钠为3wt％，低聚糖为10wt％)为例，具体地，可以是如下的操作：将益生菌核心体置于凝胶外层溶液中浸泡5min，再置于氯化钙溶液中凝固20min，得到单层凝胶粒；将单层凝胶粒置于凝胶外层溶液中浸泡5min，然后置于氯化钙溶液中凝固20min，得到双层凝胶粒；将双层凝胶粒置于凝胶外层溶液中浸泡5min，再置于氯化钙溶液中凝固20min，即可制得益生菌凝胶粒。
需要说明的是，制备多层凝胶外层时，每层凝胶层可以选用同样的凝胶层溶液，也可以选择不同的凝胶层溶液进行凝胶层外层的制备。
还需要进一步说明的是，制备凝胶外层的方法还可以是：将提前制备完成的益生菌核心体浸泡于琼脂和低聚糖的混合溶液中，再进行低温冷凝，低温冷凝的温度可以是-2～-7℃。
制得的益生菌凝胶粒的水分活度可以是0.10-0.99，当需要益生菌凝胶粒的水分活度小于0.60时，需要对制得的益生菌凝胶粒进行干燥处理。优选地，可以选用冷冻干燥、低温烘干、流化床风干和超临界流体脱水中的至少一种，直到益生菌凝胶粒的水分活度小于0.60。
以下结合实施例对本发明的益生菌凝胶粒及其制备方法作进一步的详细描述。
实施例1
将乳酸菌菌液(1×1011cfu/ml，1ml)与2wt％的海藻酸钠溶液(100ml)混合，滴加于3wt％氯化钙溶液凝固20min，得到益生菌核心体(制得的益生菌核心体中的菌体含量为1×109cfu/g)。
将益生菌核心体置于2wt％海藻酸钠和10wt％低聚糖溶液中混合5min，取出，再置于3wt％氯化钙溶液中凝固20min，得到单层凝胶粒；再将单层凝胶粒置于2wt％海藻酸钠和10wt％低聚糖溶液中混合5min，取出，再于3wt％氯化钙溶液中凝固20min，得到双层凝胶粒；再将双层凝胶粒置于2wt％海藻酸钠和10wt％低聚糖溶液中混合5min，取出，最后置于3wt％氯化钙溶液中凝固20min，得到水分活度为0.90的益生菌凝胶粒。
实施例2
将乳酸菌菌液(1×1011cfu/ml，1ml)与2wt％的低聚糖与1wt％琼脂的混合溶液(100ml)混合，在-2℃条件下低温冷凝20min，得到益生菌核心体(制得的益生菌核心体中的菌体含量为1×109cfu/g)。
将益生菌核心体置于2wt％海藻酸钠和2wt％的低聚糖溶液中5min，取出，再4wt％氯化钙溶液中凝固20min，得到单层凝胶粒；将单层凝胶粒置于3wt％海藻酸钠和10wt％低聚糖混合溶液中5min，取出，再置于4wt％氯化钙溶液中凝固20min，得到双层凝胶粒；再将双层凝胶粒置于3wt％海藻酸钠和10wt％低聚糖混合溶液中5min，取出，最后置于4wt％氯化钙溶液中凝固20min，得到水分活度为0.85的益生菌凝胶粒。
实施例3
将乳酸菌菌液(1×1011cfu/ml，1ml)、细菌纤维素粒(3×3×3mm)与2wt％的低聚糖与2wt％琼脂的混合溶液(100ml)混合，在-7℃条件下低温冷凝30min，得到益生菌核心体(制得的益生菌核心体中的菌体含量为1×109cfu/g)。
将益生菌核心体置于2wt％海藻酸钠和10wt％低聚糖混合溶液中浸泡5min，取出，再置于10％氯化钙溶液中凝固20min，得到单层凝胶粒；将单层凝胶粒置于2wt％海藻酸钠和10wt％低聚糖混合溶液中5min，取出，置于10％氯化钙溶液中凝固20min，得到双层凝胶粒；将双层凝胶粒置于2wt％海藻酸钠和10wt％低聚糖混合溶液中5min，取出，最后置于10％氯化钙溶液中凝固20min，得到水分活度为0.82的益生菌凝胶粒。
实施例4
将乳酸菌菌液(1×1011cfu/ml，1ml)、细菌纤维素粒(3×3×3mm)与2wt％的低聚糖与1.5wt％琼脂的混合溶液(100ml)混合，在-5℃条件下低温冷凝10min，得到益生菌核心体(制得的益生菌核心体中的菌体含量为1×109cfu/g)。
将益生菌核心体置于2wt％海藻酸钠和10wt％低聚糖混合溶液中浸泡5min，取出，再置于10％氯化钙溶液中凝固20min，得到单层凝胶粒；将单层凝胶粒置于2wt％海藻酸钠和10wt％低聚糖混合溶液中5min，取出，置于10％氯化钙溶液中凝固20min，得到双层凝胶粒；将双层凝胶粒置于2wt％海藻酸钠和10wt％低聚糖混合溶液中5min，取出，置于10％氯化钙溶液中凝固20min，取出后，在冷冻干燥机中冷冻干燥，直到益生菌凝胶粒的水分活度为0.50。
实施例5
将长双歧杆菌菌液(2×1011cfu/ml，1ml)与5wt％的多肽溶液(100ml)混合，在-6℃条件下低温冷凝30min，得到益生菌核心体(制得的益生菌核心体中的菌体含量为2×109cfu/g)。
将益生菌核心体置于2wt％海藻酸钠、1wt％阿拉伯糖和20wt％多肽混合溶液中浸泡5min，取出，再置于5％氯化钙溶液中凝固25min，得到单层凝胶粒；将单层凝胶粒置于2wt％海藻酸钠和10wt％低聚糖混合溶液中6min，取出，置于3％氯化钙溶液中凝固25min，得到双层凝胶粒；将双层凝胶粒置于2wt％海藻酸钠、20ppm维生素c和12wt％低聚木糖混合溶液中10min，取出，置于10％氯化钙溶液中凝固20min，取出后，进行超临界流体脱水，直到益生菌凝胶粒的水分活度为0.40。
实施例6
将乳链球菌和嗜热双歧杆菌混合菌体(5×1010cfu/ml，1ml)与1wt％的蜂蜡溶液(100ml)混合，在-3℃条件下低温冷凝10min，得到益生菌核心体(制得的益生菌核心体中的菌体含量为5×108cfu/g)。
将益生菌核心体置于2wt％海藻酸钠、8wt％低聚果糖、1wt％明胶、10ppm的维生素e和10wt％甘油磷脂混合溶液中浸泡15min，取出，再置于15％氯化钙溶液中凝固30min，得到水分活度为0.72的益生菌凝胶粒。
实施例7
将植物乳杆菌、枯草芽孢杆菌和乳链球菌混合菌体的菌液(1.5×1011cfu/ml，1ml)与2wt％海藻酸钠、2wt％的聚葡萄糖、15wt％的多肽和3wt％的维生素e混合溶液(100ml)混合，滴加浓度为10wt％的氯化钙溶液，得到益生菌核心体(制得的益生菌核心体中的菌体含量为1.5×109cfu/g)。
将益生菌核心体置于2wt％海藻酸钠、10wt％的山梨糖醇和3wt％的异麦芽糖混合溶液中6min，取出，再12wt％氯化钙溶液中凝固22min，得到单层凝胶粒；将单层凝胶粒置于2wt％海藻酸钠和7wt％异麦芽糖混合溶液中8min，取出，再置于8wt％氯化钙溶液中凝固20min，最后在进行低温烘干(5℃)，得到水分活度为0.10的益生菌凝胶粒。
实施例8
将植物乳杆菌、枯草芽孢杆菌和乳链球菌混合菌体的菌液(1.2×1011cfu/ml，1ml)与2wt％海藻酸钠、2wt％的聚葡萄糖、15wt％的多肽和3wt％的维生素e混合溶液(100ml)混合，滴加浓度为10wt％的氯化钙溶液，得到益生菌核心体(制得的益生菌核心体中的菌体含量为1.2×109cfu/g)。
将益生菌核心体置于2wt％琼脂和5wt％低聚糖的混合溶液中10min，取出后在-2℃条件下低温冷凝，得到水分活度为0.80的益生菌凝胶粒。
实施例9
将植物乳杆菌、枯草芽孢杆菌和乳链球菌混合菌体的菌液(1.5×109cfu/ml，1ml)吸附于细菌纤维素粒(3×3×3mm)，得到益生菌核心体(制得的益生菌核心体中的菌体含量为1.5×109cfu/g)。
将益生菌核心体置于2wt％琼脂和6wt％的低聚糖的混合溶液中8min，取出后在-7℃条件下冷凝；再置于1wt％琼脂、10ppm维生素c和5wt％低聚糖的混合溶液中，取出后在-5℃条件下冷凝，得到水分活度为0.99的益生菌凝胶粒。
试验例1-9
将实施例1、2、3、6、8、9的益生菌凝胶粒无菌条件下添加于市购的乳制品(长保质期酸奶、uht灭菌乳及常温乳饮料，这些乳制品本身不含有益生菌)中，添加量为乳制品本身质量的10％，25℃条件下贮藏30天后，37℃下保持2h，依照《gb4789.35》的方法检测益生菌凝胶粒中益生菌的含量(需要将益生菌凝胶粒粉碎后再进行检测)，结果见表1。
将实施例4、5、7的益生菌凝胶粒于25℃条件下贮藏120天后，无菌条件下添加于市购的乳制品(长保质期酸奶、uht灭菌乳及常温如饮料，这些乳制品本身不含有益生菌)中复水5～15min，并于37℃下保持2h，添加量为乳制品本身质量的10％，依照《gb4789.35》的方法检测益生菌凝胶粒中益生菌的含量(需要将益生菌凝胶粒粉碎后再进行检测)，结果见表2。
试验例10
制备菌体含量为1×1011cfu/ml菌体的乳酸菌菌液，无菌条件下添加于市购的乳制品(长保质期酸奶、uht灭菌乳及常温如饮料，这些乳制品本身不含有益生菌)中，添加量为乳制品本身质量的1％，25℃条件下贮藏30天后，37℃下保持2h，依照《gb4789.35》的方法检测乳制品中益生菌的含量。结果见表1。
试验例11
制备菌体含量为1×1011cfu/ml的乳酸菌菌液，无菌条件下添加于市购的乳制品(长保质期酸奶、uht灭菌乳及常温如饮料，这些乳制品本身不含有益生菌)中，添加量为乳制品本身质量的1％，25℃条件下贮藏120天后，37℃下保持2h，依照《gb4789.35》的方法检测乳制品中益生菌的含量。结果见表2。
表1常温中短期存储的益生菌凝胶粒中益生菌含量(cfu/g或cfu/ml)
表2常温长期储存的益生菌凝胶粒中益生菌含量(cfu/g或cfu/ml)
根据表1的结果可知，本发明的益生菌凝胶粒在加入市购的乳制品中后，在常温下存放后，益生菌的存活率明显高于将未进行凝胶包裹的益生菌直接加入乳制品的益生菌存活率，说明本发明的益生菌凝胶粒中的益生菌在常温下中短期内具有较高的活菌率的优势。
而根据表2的结果可知，本发明的益生菌凝胶粒经过脱水降低水分活度低于0.60后，于常温下长时间储存后可以保持较高的活菌率，说明本发明的益生菌凝胶粒中的益生菌在常温下具有长期储运的优势。
综上所述，本发明实施例的益生菌凝胶粒及其制备方法的有益效果是：该制备方法对益生菌的活性破坏小，能够保留足量的有活性的益生菌菌体；由该制备方法制备出的益生菌凝胶粒具有抗消化液，能够将益生菌定植于肠道中，有助于食用者肠道中的活菌数量增高，且肠道内的菌活力高，能够明显改善肠道菌群结构的合理分布，提高肠道组织健康，协助预防和治疗肠道菌群相关疾病；该益生菌凝胶粒还具有口感好，耐储运等优势；该益生菌凝粒还可以应用于乳液、果蔬汁等液态产品和软糖、布丁、冰激凌等固态产品中。
以上所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。