聚丙烯酸鈉接枝海藻酸鈉包埋益生菌微膠囊及其制備方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬于益生菌制品制備技術領域，具體是涉及一種聚丙烯酸鈉接枝海藻酸 鈉包埋益生菌微膠囊及其制備方法。
【背景技術】
[0002] 當今社會，隨著人們生活與工作的壓力不斷增大，加之環境污染等原因的影響，亞 健康人群不斷增加。飲用含有益生菌的飲品已經成為人們養生保健的佳選。研究證實：益 生菌具有維持腸道生態平衡、防治癌癥和提高機體免疫力等功能，其保健效果的發揮與到 達腸道的活菌數量密切相關。然而，人體內的胃酸、膽鹽和消化酶等均具有殺菌作用（以胃 酸的殺菌作用最為顯著)。為防止益生菌在體內失活，利用高分子材料(壁材）對益生菌(芯 材）進行包埋保護，已經成為研究的熱點。
[0003] 包埋壁材的性質對于益生菌保護作用具有重要的影響。海藻酸鈉是使用最為廣泛 的一種抗胃酸滲入壁材，與鈣離子交聯條件溫和，適合益生菌的包埋。然而，鈣離子交聯形 成的凝膠孔隙過大（5-200nm)，不能有效地阻隔胃酸的滲入。外層涂覆殼聚糖，可通過靜電 相互作用與內層形成緊密結合，一定程度上縮小孔隙，但所制備微膠囊的機械強度和對益 生菌的保護作用仍有待進一步提高。
[0004] 傳統改善方法是增加內層壁材的質量或種類，將海藻酸鈉與其他天然高分子材料 (如卡拉膠、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較高，給擠出法 制備微膠囊帶來困難，且混合體系的穩定性不佳。
[0005] 也有研究致力于增加外涂層數。例如，涂覆雙層殼聚糖或在殼聚糖外層增加羧甲 基殼聚糖涂層，專利CN103355656A也公開了在殼聚糖外層增加Eudragit?涂層（甲基丙烯 酸與甲基丙烯酸甲酯的共聚物）等。該法雖然操作簡便，但多層涂覆穩定性差，易受外界環 境影響，且涂層相對內層較薄（〈10Pm,Biomacromolecules,12 (2011) 2834-2840)，阻 擋胃酸能力有限。
[0006] 改善內層壁材結構也是提高益生菌保護作用的一條有效途徑，然而致力此方面的 研究還較少。Tien等分別使用丁二酸酐或棕櫚酰氯對海藻酸鈉進行改性，從增加羧基含量 和疏水改性兩個方向入手，胃酸30min實驗結果顯示改性微膠囊中鼠李糖乳桿菌存活數 量均較海藻酸鈉微膠囊有所提高（Appliedbiochemistryandbiotechnology, 39(2004) 347-354)。但Amine等用棕櫚酰化的海藻酸鈉包埋長雙岐桿菌，胃腸液實驗結果顯示棕櫚 酰化海藻酸鈉與海藻酸鈉相比并無明顯優勢（Foodcontrol, 37 (2014) 193-199)。因此， 羧基修飾海藻酸鈉有保護益生菌通過胃液的良好潛能。
【發明內容】
[0007] 本發明為解決海藻酸鈉與鈣離子交聯形成的凝膠孔隙過大，不能有效阻隔胃酸滲 入等問題，從增加海藻酸鈉羧基含量入手，致力于內層壁材結構的改造，提供一種聚丙烯酸 鈉接枝海藻酸鈉包埋益生菌微膠囊及其制備方法。
[0008] 本發明將具有服用安全性的聚丙烯酸鈉接枝在海藻酸鈉主鏈上。接枝改性可以 在保持海藻酸鈉原有物理機械性能的前提下，在材料基體上引入特定的功能性基團（如羧 基)。相較于小分子修飾(如丁二酸酐等)，接枝法可在更寬的范圍內調控羧基在海藻酸鈉主 鏈上的分布和含量。羧基含量的增加有利于提高微膠囊對胃酸的緩沖作用；適合的羧基分 布可以增加內層壁材與鈣離子的交聯密度，減小凝膠孔隙，提高微膠囊機械強度。
[0009] 本發明的技術方案： 一種聚丙烯酸鈉接枝海藻酸鈉包埋益生菌微膠囊，所述微膠囊以聚丙烯酸鈉接枝海藻 酸鈉（Alg-PAAs)與海藻酸鈉（Alg)的復合物為內層壁材，鈣離子交聯包埋益生菌，外層涂 覆殼聚糖而制成。所述微膠囊的粒徑為1.2mm-2. 2mm，益生菌包埋率為90-99%。鈣離子 可同時交聯海藻酸鈉和聚丙烯酸鈉，形成互貫網絡包埋益生菌，提高包埋率。相比于化學交 聯(如以雙丙烯醜胺為交聯劑，Journalofchemicalsciences, 122 (2010) 651-659)，?丐 離子交聯更適合于益生菌的包埋和腸道釋放。
[0010] 所述內層壁材中聚丙烯酸鈉接枝海藻酸鈉的結構式如下所示：
【主權項】
1. 一種聚丙烯酸鈉接枝海藻酸鈉包埋益生菌微膠囊，其特征在于：所述微膠囊以聚丙 烯酸鈉接枝海藻酸鈉（Alg-PAAs)與海藻酸鈉（Alg)的復合物為內層壁材，鈣離子交聯包埋 益生菌，外層涂覆殼聚糖而制成。
2. 根據權利要求1所述的聚丙烯酸鈉接枝海藻酸鈉包埋益生菌微膠囊，其特征在于： 所述微膠囊的粒徑為I. 2 mm-2. 2 mm，益生菌包埋率為90-99%。
3. 根據權利要求1所述的聚丙烯酸鈉接枝海藻酸鈉包埋益生菌微膠囊，其特征在于： 所述內層壁材中聚丙烯酸鈉接枝海藻酸鈉的結構式如下所示：
結構式中：x、y和z是重復單元數，聚丙烯酸鈉接枝海藻酸鈉的重均分子量為100-500 萬，被接枝海藻酸鈉的重復單元數X與總海藻酸鈉的重復單元數（x+y)的比值為1:50-1: 5， 聚丙烯酸鈉的重復單元數z與總海藻酸鈉的重復單元數（x+y)的比值為1:1-10:1。
4. 一種權利要求1所述的聚丙烯酸鈉接枝海藻酸鈉包埋益生菌微膠囊的制備方法， 其特征在于步驟如下 ： 第1步、聚丙烯酸鈉接枝海藻酸鈉的制備： 第I. 1步、將海藻酸鈉溶解在水溶液中，終濃度為10 mg/mL-50 mg/mL，充分攪拌至完全 溶解，升溫至58-62°C，氮氣保護下攪拌30-60 min，以過硫酸銨為引發劑，在該溫度下引發 15-30 min ； 第1. 2步、在冰水浴條件下用氫氧化鈉溶液中和重蒸過的丙烯酸單體，將中和后的丙 烯酸鈉單體緩慢地滴加到第I. 1步中的海藻酸鈉溶液中，升溫至70-80°C反應2-3 h ; 第1. 3步、將溶液pH調至6. 5-7. 4,對水透析2-3 d，冷凍干燥后即可制得聚丙烯酸鈉 接枝海藻酸鈉（Alg-PAAs); 第2步、微膠囊的制備： 第2. 1步、將1-3 wt%的聚丙烯酸鈉接枝海藻酸鈉溶液和1-3 wt%的海藻酸鈉溶液混 合，所得復合溶液再與新鮮菌泥混合制成IO6-IOici cfu/mL的菌懸液； 第2. 2步、將該菌懸液滴加到0. 2-0. 3 mol/L的氯化鈣溶液中，4°C下固化30-60 min， 無菌水清洗，制得內層微膠囊A ; 第2. 3步、將內層微膠囊A浸泡在pH=5. 7-6. 0的殼聚糖溶液中10-30 min，無菌水清 洗，制得微膠囊B，即所述的聚丙烯酸鈉接枝海藻酸鈉包埋益生菌微膠囊。
5. 根據權利要求4所述的制備方法，其特征在于：所述過硫酸銨與海藻酸鈉的質量比 為 1:50-1:5。
6. 根據權利要求4所述的制備方法，其特征在于：第2. 1步中所述的聚丙烯酸鈉接枝 海藻酸鈉與海藻酸鈉的復合溶液中，Alg-PAAs與Alg的質量比為1:3-3:1。
7. 根據權利要求4所述的制備方法，其特征在于：第2. 1步中所述的新鮮菌泥與聚丙 烯酸鈉接枝海藻酸鈉和海藻酸鈉復合溶液的體積比為1:9-1:4。
8. 根據權利要求4所述的制備方法，其特征在于：外層涂覆殼聚糖溶液濃度為 0. 5-1. 0 wt%〇
9. 根據權利要求4至8中任一項所述的制備方法，其特征在于：所述新鮮菌泥中的益 生菌為乳桿菌、乳球菌或雙歧桿菌屬內或屬間的一種或二種以上。
【專利摘要】聚丙烯酸鈉接枝海藻酸鈉包埋益生菌微膠囊，是以聚丙烯酸鈉接枝海藻酸鈉與海藻酸鈉的復合物為內層壁材，離子交聯包埋益生菌，外層涂覆殼聚糖而制成。包埋益生菌為乳桿菌、乳球菌或雙歧桿菌屬中的一種或二種以上。聚丙烯酸鈉是國家批準的食品添加劑，用于包埋安全無毒。本發明通過接枝的方法增加內層壁材對胃酸的緩沖作用，減少胃液環境下活菌數量的減少，同時利用其與鈣離子的交聯性增強微膠囊的機械強度。所述壁材溶液粘度低于現有天然高分子材料，降低了微膠囊的制備難度。所制得微膠囊具有阻抗胃液和加快腸道釋放的功能，用于益生菌包埋可提高到達腸道的有效活菌數量，增強其體內益生作用的發揮。
【IPC分類】A61K35-744, A61K35-745, A61P37-04, A61P1-00, A61K9-50, A61K35-747, A61P35-00, A61K47-36
【公開號】CN104644612
【申請號】CN201510035395
【發明人】王艷萍, 劉媛, 孫也
【申請人】天津科技大學
【公開日】2015年5月27日
【申請日】2015年1月26日