摘要：乳酸菌在體內(nèi)發(fā)揮著重要的生理生化作用，但是該類微生態(tài)制劑的抗逆性較差。微膠囊技術是當今世界發(fā)展迅速、用途廣泛的一種技術，它能較好地提高細菌存活率。本文就乳酸菌類微生態(tài)制劑的生理作用及微膠囊技術在該制劑上的應用作簡要綜述，以期加深對微膠囊技術的認識，并推動該技術在飼料添加劑中的應用。
關鍵詞：乳酸菌類微生態(tài)制劑；微膠囊技術
微膠囊技術是當今世界發(fā)展迅速、用途廣泛的一種技術。制備微膠囊的過程稱為微膠囊化（microencapsulation），它是將固體、液體或氣體包裹在一個微小的膠囊中。包封用的壁殼稱為壁材；被包的囊芯稱為芯材，芯材可以是單一的，也可以是復合的。囊壁厚度一般為0.1～200µm之間，微膠囊的粒子大小，因制備工藝及用途不同而不同，理論上可以制成0.01µm～1000µm的微膠囊。雖然對于微膠囊尺寸范圍的分類還沒有很統(tǒng)一的標準，但目前有人認為直徑小于1µm的為毫微膠囊，而直徑大于1000µm的為大膠囊。工業(yè)的微膠囊一般直徑在3µm～800µm，含10％～90％重量百分比的核。微膠囊的形狀可以為球形、腎型、谷粒狀、塊狀等。形成微膠囊的物質(zhì)由于與外界環(huán)境相隔離，可以免受環(huán)境的影響，從而保持穩(wěn)定，而在適當條件下，被包封物質(zhì)又可以釋放出來。所以微膠囊技術在醫(yī)藥、食品、農(nóng)藥、印染等行業(yè)得到了廣泛應用。
1 微膠囊技術的發(fā)展簡史
19世紀機械包囊技術已應用于制藥工業(yè)，但是膠囊的粒度較大。在20世紀40～50年代人們越來越需要粒度更小的膠囊，而且要求能夠提高對于液體的保護性能及膠囊含量，于是微膠囊包被技術應運而生。
第一個微膠囊產(chǎn)品是1936年大西洋海岸漁業(yè)公司提出的一項專利，是一種在液體石蠟中制備的魚肝油明膠微膠囊。1949年，威斯康星大學的D.E.Wurster教授發(fā)明了微膠囊的空氣懸浮法，改進了藥物的總包衣過程。1954年美國NCR（National Cash Reqister）公司的B.K.Green成功的將微膠囊技術應用于無碳復寫紙的生產(chǎn)，從而開始了微膠囊技術的工業(yè)化。20世紀50年代末到60年代，人們開始研究把合成高分子的聚合方法應用于微膠囊制備，70年代以后，微膠囊技術的工藝日益成熟，應用范圍也逐漸擴大，已從最初的藥物覆蓋和無碳復寫紙擴展到食品、農(nóng)藥、肥料、飼料等各個行業(yè)。
2 乳酸菌的生物學功能及在飼料工業(yè)中的應用
胃腸道生態(tài)系統(tǒng)中，厭氧菌是主要的棲息菌。對各種幼年動物的研究表明，幼年動物出生后不久在胃腸中迅速繁殖的菌種有：大腸菌、雙歧桿菌、鏈球菌(包括腸球菌)、梭菌、類細菌和其它厭氧菌。隨后乳桿菌也迅速繁殖。Metchnikoff 指出：乳酸菌(LAB)，特別是乳桿菌，是定植在人和動物胃腸道的微生物類群中最多、最重要的一種。某些乳酸菌是人類腸道中的長期定居者，而有些人群，由于乳酸菌的菌落組成會不定期變化，有時檢測不到某些菌株（Kimura K,McCartney A.L,etal,1997；McCartney A.L,Wang.W,1996）。現(xiàn)已有許多類似的報道。乳酸菌在胃腸道中的作用和功能主要如下：
2.1 拮抗病原微生物，調(diào)節(jié)動物消化道微生物區(qū)系平衡 乳酸菌通過自身以及代謝產(chǎn)物與其它的微生物之間的相互作用，調(diào)整菌群之間的關系，維持和保證微環(huán)境中微生物群最佳優(yōu)勢組合以及這種組合的相對穩(wěn)定。某些乳酸桿菌和鏈球菌可產(chǎn)生細菌素（bacterin）（如嗜酸菌素、乳酸菌素）、過氧化氫、二氧化碳、有機酸等（Robinson RK，TamimeAY，1990；Mishra C，Lambert J，1996），它們在體外具有抑制沙門氏菌（Salmonella）、志賀氏菌（Shigella）、葡萄球菌（Staphylococcus）、變形菌（Proteus）、假單胞菌（Pseudomonas）和大腸埃希氏菌（E.coli）屬細菌生長的作用（Gilland SE，Speck ML，1977；Ozbas ZY，Aytac SA，1995）。Savage（1984）發(fā)現(xiàn)乳桿菌對消化道上皮的粘附性有動物種間特異性。McCormick和Savage等也報道，乳酸菌除具有粘附作用外，還可產(chǎn)生抑制物質(zhì)，具有拮抗病原微生物的作用，調(diào)節(jié)和維持動物消化道微生物區(qū)系平衡作用。
2.2 活化免疫系統(tǒng)，增強免疫力 乳酸菌在幼齡動物免疫力的發(fā)展中起重要的作用，特別是當針對抗原引起的保護性反應腸道炎癥。Perdigon等（1991）研究證明干酪乳桿菌能促進腸道分泌免疫球蛋白IgA，增強宿主腸粘膜的腸道粘膜反應。Lessard和Brisson（1987）給斷奶仔豬飼喂乳桿菌后，接種傳染性胃腸炎病毒疫苗，試驗組血清中的特異性抗體IgG水平顯著高于對照組。Yanazaki等（1985）報道長雙歧桿菌可增強宿主的免疫反應。Sekine等對嬰兒雙歧桿菌能促進小腸淋巴細胞組織中的B淋巴細胞增多，激活B細胞轉化為漿細胞，產(chǎn)生大量的分泌型免疫球蛋白IgA，增強機體免疫功能。Yasui等（1994）、Sekine等（1995）對雙歧桿菌對宿主免疫功能研究有不同的結果，均與菌株之間差異有關。Alvarez等（1998）報道乳酸菌能增強消化道和呼吸道粘膜系統(tǒng)產(chǎn)生SIgA。進一步研究證實，乳酸菌及其代謝產(chǎn)物刺激動物機體的免疫系統(tǒng)，其作用與免疫佐劑相似，能誘導動物一些與免疫有關的細胞產(chǎn)生白細胞介素、促進細胞分裂素、干擾素、腫瘤壞死因子等（Yasui等，1989、1991、1994；Sekine等，1994；Hatcher等，1993；Susumn等，1992）。
2.3 抑制腫瘤的發(fā)生，保護動物健康 自Bogdonov（1962）首次報道乳酸菌能抑制癌細胞生長以來，類似的報道很多。Goldin等研究證明，飲用酸奶可使腸道中－葡萄糖醛酸酶、偶氮還原酶、硝基還原酶的活性降低，從而降低這些酶轉變?yōu)橹掳┪锏目赡堋riend和Shahani認為，乳桿菌通過提高宿主免疫力，抑制癌的增長以及使胃腸道中致癌物失活或抑制其形成來抑制癌癥發(fā)生。
2.4 其他功能 乳酸菌還可以合成營養(yǎng)物質(zhì)，產(chǎn)生消化酶類，提高動物消化酶的活性；改善維生素的代謝；防止便秘；降低膽固醇；抗輻射、抗衰老及預防和治療乳糖消化不良；中和腸毒素，降低胺、氨等有害物質(zhì)的產(chǎn)生。
3 乳酸菌類微生態(tài)制劑微膠囊化的意義和優(yōu)點
飼料添加劑中應用較多的益生菌為嗜酸乳桿菌、雙歧桿菌和糞鏈球菌。這些菌種多為厭氧菌或兼性厭氧菌，在生長過程中，不形成芽孢，抗性較差，加之在其生命活動過程中還會產(chǎn)生一些危及自身正常生長繁殖的乳酸和乙酸等代謝產(chǎn)物，故在液體條件下難以長期保存。一般飼料的制粒溫度、壓力都會對乳酸菌的活性造成較大損失。而且，由于飼料預混料中的各種高濃度微量元素等成分的存在，也會對乳酸菌造成不同程度的傷害。另外，微生態(tài)制劑必需通過胃環(huán)境以大量的存活菌到達腸道并定植于腸粘膜上才能發(fā)揮其生理功能，由于胃酸的殺菌作用，微生態(tài)制劑的活菌數(shù)在此過程中也會大幅度下降。一般要求微生態(tài)制劑的最低活菌濃度為106CFU/ml（Kurmann JA等，1991），也有規(guī)定為107CFU/mL（Guarner F等，1998）。
就目前而言，微膠囊技術是保護菌體活力最為有效和實用的方法。微膠囊技術在保護生物活性分子、組織或細胞以對抗不利的環(huán)境方面取得了較好的成效。將乳酸菌進行微膠囊化的優(yōu)點在于：（1）可將菌體與外界的不良環(huán)境分開，免受微量元素的損害，減緩制粒過程中溫度和壓力的影響；（2）形成固體微顆粒，利于在預混料中的均勻分布，也有利于儲存和運輸；（3）采用腸溶性壁材后，還能防止胃液的破壞，從而使盡可能多的菌體到達腸道，真正起到保健和治療的作用。因此，微膠囊化有望提高乳酸菌在生產(chǎn)，貯存和消費過程中的穩(wěn)定性，生產(chǎn)出耐貯存、耐高溫、高壓、耐酸性的乳酸菌微生態(tài)制劑。
4 乳酸菌類微生態(tài)制劑微膠囊化的研究和應用現(xiàn)狀
自八十年代開始就有研究者進行乳酸菌的微膠囊化的探索，由于該技術具有較高的經(jīng)濟價值，一些研究結果已申請了專利，八十年代中期起日本在該方面的專利就不斷推出，目前國內(nèi)外采用的乳酸菌微膠囊化技術主要有以下幾種：
4.1 相分離法 Pranee和Michio（1982）用海藻酸鈉將乳酸菌包被，用于乳酸的生產(chǎn)，發(fā)現(xiàn)生產(chǎn)性能良好，并且這種乳酸菌微膠囊可以重復使用。Sheu等（1993）用油相分離法制得的乳酸菌微膠囊，使乳酸菌的防凍能力提高了20-50％。Rao等（1989）以鄰苯二甲酸醋酸纖維素和石蠟油為壁材，以雙歧桿菌冷凍干燥菌粉為芯材，制得的微膠囊，耐酸性較好，在模擬胃液中存放90min，與未包被雙歧桿菌相比，提高了4個數(shù)量級。Singh等（1996）將雙歧桿菌與0.6％的海藻酸鈉溶液混合后滴入CaCl2溶液中固化，所得產(chǎn)品在酸性條件和60℃下雙歧桿菌的活菌數(shù)分別較未固定化產(chǎn)品提高了兩個數(shù)量級和一個數(shù)量級。張篪（1995），采用海藻酸鈉與明膠作為固定化雙歧桿菌的壁材，制得的雙歧桿菌膠囊貯存穩(wěn)定性增加。楊基礎等（1996）的試驗證明，以海藻酸鈉與雙歧桿菌直接混合后再固定化，所制得的產(chǎn)品活菌回收率遠高于以卡拉膠或明膠為壁材的產(chǎn)品。以海藻酸鈉作為材料的固定化細胞在生物技術中應用較多，由于細胞是分散于凝膠中，打斷了凝膠網(wǎng)絡的均勻結構，小分子物質(zhì)容易通過壁材，因此不能很好地阻隔胃液，產(chǎn)品不具有耐胃酸性。丸山哲彥等（1985）對該法進行了改進，將雙歧桿菌菌液與海藻酸鈉在固化液中固化制得地膠粒，干燥后用融點高于體溫的油脂噴涂于顆粒表面，制得的產(chǎn)品耐酸性有很大提高，但同樣由于油脂溫度過高，導致細菌死亡率高。常維山（1998）用明膠和阿拉伯膠，包被益生素，其貯存穩(wěn)定性增加。
4.2 界面聚合法 Groboillot（1993）和Champagne等（1992）及Caroline等（1993）分別用該法，采用不同的壁材對乳酸菌進行了包被。由于該法中所用的交聯(lián)劑都有一定毒性，所以會對乳酸菌的活性造成損害，但是交聯(lián)劑的濃度越大，膠囊的強度越好。該產(chǎn)品用于乳酸
發(fā)酵后，活菌含量會隨發(fā)酵時間的延長而恢復。
4.3 噴霧冷卻和噴霧干燥法 吉岡俊滿等（1992）采用噴霧冷卻法，將雙歧桿菌菌粉與脫脂奶粉、淀粉等保護劑混合均勻后，分散于融點高于體溫的硬化油（如大豆硬化油、椰子硬化油等）中，噴霧得到多核微膠囊化的雙歧桿菌，該產(chǎn)品具有腸溶性，在胃液中存活率較高。但同樣存在雙歧桿菌分散不均勻及制備過程中死亡率高的問題，而且對設備要求較高。魏華等（1998）采用噴霧干燥方法，對保加利亞乳桿菌、嗜熱鏈球菌進行微囊化。發(fā)現(xiàn)微膠囊化產(chǎn)品的活菌保存期顯著延長，且與傳統(tǒng)的酸奶發(fā)酵劑相比，縮短了乳酸菌的凝乳時間，降低了接種菌量。冷凍干燥工藝結合微囊化技術,可獲得較高存活率的乳酸菌活性。微囊化技術可提高菌體的抗熱性。
4.4 擠壓法 丸山哲彥等（1986）將雙歧桿菌菌粉與淀粉混合后懸浮于熔點在30～45℃的硬化油中作為芯材，一定比例的明膠與果膠作為壁材，制得軟膠囊，產(chǎn)品具有較高得貯存穩(wěn)定性。Chuo-ku等（1994）將雙歧桿菌菌粉懸浮于室溫下不流動的疏水物質(zhì)（如氫化油脂）中作為芯材，以①熔點高于體溫的油脂，②一定比例的明膠和果膠，作為雙層壁材。該產(chǎn)品具有很好的腸溶性，但由于雙歧桿菌的耐熱溫度低，制備過程中與熔點高于體溫的油脂接觸時死亡率高，而且，雙歧桿菌在油脂中分散極不均勻，因此導致產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定。曹永梅（1999）利用該法，用海藻酸鈣作為壁材，添加不同的保護劑，采用流化床干燥，制得抗酸性和抗熱沖擊能力較強的微膠囊。
4.5 雙重乳狀液法 滕原正弘等（1988）將含雙歧桿菌的活菌液與添加了疏水性乳化劑（如聚甘油脂肪酸酯）的氫化油脂混合形成W/O型乳狀液，制得的乳狀液再分散于添加有黃原膠等增稠穩(wěn)定劑的多價金屬鹽溶液（如乳酸鈣）中，最終形成W/O/W型雙重乳狀液，將此乳狀液通過噴嘴逐滴加入成模液（如海藻酸鈉、低甲氧基果膠）中，制得內(nèi)部流動的微膠囊化產(chǎn)品，由于活菌液外有一層固化的油脂膜，在菌體與外水相之間形成屏障，因此產(chǎn)品在的pH條件下穩(wěn)定性高。但此法操作復雜，而且在形成雙重乳狀液過程中外水相與內(nèi)水相極易混溶，產(chǎn)品得率低。
5 發(fā)展前景和展望
微膠囊技術作為一門嶄新的技術已經(jīng)越來越得到各行各業(yè)研究者的重視和青睞，它的廣泛應用與優(yōu)越性能也越來越引起人們的極大興趣。現(xiàn)階段，被投入市場的微膠囊化產(chǎn)品同它們存在的巨大應用潛力相比較還是很小的，我國同日本、美國等國家相比尤為突出。目前，市場上出現(xiàn)的畜禽用微生態(tài)制劑的微膠囊化產(chǎn)品，效果較好的有瑞士的糞鏈球菌微膠囊“賜美健”、荷蘭的“百福菌”等，但是價格很高，“賜美健”原粉的價格為1800元/kg,而國內(nèi)真正較好的產(chǎn)品很少。為乳酸菌等低抗逆性微生物飼料添加劑的微膠囊化包被提供一條適用的工業(yè)化途徑，使其穩(wěn)定性增強，貯存期延長，使這種低抗逆性微生物添加劑可以與其它飼料原料共存，作為一般原料進行加工，是目前應該解決的問題。發(fā)展微膠囊技術、微膠囊產(chǎn)品、改善微膠囊產(chǎn)品的應用性能和完善微膠囊傳遞體系的理論模型有待于進一步突破。
