载有益生菌的蛋白海藻酸盐微胶囊及其制备方法

本发明属于微胶囊递送，具体涉及载有益生菌的蛋白海藻酸盐微胶囊及其制备方法，尤其涉及一种经胃肠环境保护性递送高活性益生菌的蛋白海藻酸盐微胶囊及其制备方法与应用。背景技术：1、益生菌作为能够调节宿主黏膜与系统免疫功能或通过调节肠道内菌群平衡，促进营养吸收保持肠道健康的一系列菌群，如何保护益生菌免受口服、胃部环境等恶劣条件影响从而失活，同时实现高效地肠道递送，是目前营养科学以及食品科学主要面对的问题。因此，使用保护性的微囊递送手段，是目前该领域中研究的重点。技术实现思路1、针对上述存在的问题，本发明提供了载有益生菌的蛋白海藻酸盐微胶囊及其制备方法与应用，以期至少部分地解决上述技术问题。2、具体来说，本发明提供海藻酸盐微胶囊的制备方法，所述方法包括：3、a.从蛋白粉中提取得到可溶性蛋白溶液；4、b.利用所述可溶性蛋白溶液配制含有蛋白的海藻酸钠生理盐水溶液；5、c.配制氯化钙固化液；6、d.将益生菌和含有蛋白的海藻酸钠生理盐水溶液进行混合，得到混合液；7、e.利用喷雾干燥器的喷枪将所述混合液喷入所述氯化钙固化液中，持续搅拌固化，得到海藻酸盐微胶囊，所述海藻酸盐微胶囊载有益生菌和蛋白。8、在一些实施方案中，所述蛋白粉选自大豆蛋白粉和豌豆蛋白粉。9、在一些实施方案中，从蛋白粉中提取得到可溶性蛋白溶液的步骤包括：将蛋白粉放置于去离子水中，加热，持续搅拌，然后离心去除杂质，获得可溶性蛋白溶液。10、在一些实施方案中，加热至50摄氏度。11、在一些实施方案中，持续搅拌1小时。12、在一些实施方案中，15000rpm离心去除杂质。13、在一些实施方案中，大豆蛋白的提取率为35.21±2％。14、在一些实施方案中，豌豆蛋白的提取率为10.45±2％。15、在一些实施方案中，海藻酸钠的用量为1.5％wt。16、在一些实施方案中，大豆蛋白或豌豆蛋白和海藻酸钠的质量比为2.5wt％-50wt％。17、在一些实施方案中，生理盐水中氯化钠浓度为0.9wt％。18、在一些实施方案中，氯化钙固化液中氯化钙的含量为2wt％。19、在一些实施方案中，固化时间为30分钟。20、在一些实施方案中，益生菌和含有蛋白的海藻酸钠生理盐水溶液进行混合的混合比例为：108cfu益生菌每毫升蛋白海藻酸钠生理盐水混合溶液。21、在一些实施方案中，所述喷雾干燥器喷枪的气体压强和进料速率分别为：气体压强：0.1-0.3mpa；进料速率：1-3ml每分钟。22、在一些实施方案中，所述益生菌选自双歧杆菌和乳杆菌，所述乳杆菌选自嗜酸乳杆菌、干酪乳杆菌、詹氏乳杆菌和拉曼乳杆菌。23、在一些实施方案中，载有益生菌的蛋白海藻酸盐微胶囊的特征在于：所述海藻酸盐微胶囊粒径范围为25-35μm。24、在一些实施方案中，海藻酸盐微胶囊的收率为69.33％。25、在一些实施方案中，蛋白的包埋效率为85％。26、在一些实施方案中，蛋白的载量为0.2125g蛋白/g海藻酸钙。27、在一些实施方案中，益生菌的包封效率为84.17％。28、在一些实施方案中，益生菌的载量为1.920×106cfu/g微胶囊。29、在一些实施方案中，益生菌的稳定期为至少30天。30、在一些实施方案中，在30天时益生菌的活性大于90％。31、在一些实施方案中，所述海藻酸盐微胶囊在模拟体内生理环境下，益生菌的释放率为大于60％。32、在一些实施方案中，所述海藻酸盐微胶囊对益生菌的保护效率大于90％。33、在一些实施方案中，所述海藻酸盐微胶囊被制备为冻干粉形式。34、在一些实施方案中，冻干保护剂选自蔗糖、甘露醇和海藻糖。35、在一些实施方案中，冻干保护剂选自1wt％的蔗糖、1wt％的甘露醇和1wt％的海藻糖。36、另一方面，本发明提供载有益生菌的蛋白海藻酸盐微胶囊，其特征在于，所述蛋白海藻酸盐微胶囊通过上述方法制备获得。37、另一方面，本发明提供上述蛋白海藻酸盐微胶囊的用途，其用于益生菌的递送，尤其是胃肠环境保护性递送。38、定义39、蠕动泵：一种用于输送流体的泵，通过对软管进行周期性挤压和松弛来实现流体的输送。40、有益效果41、(1)本发明将大豆蛋白或豌豆蛋白与海藻酸钠溶液相混合，利用喷雾干燥器将混合液喷入至氯化钙固化剂中，得到富含蛋白的海藻酸钙微胶囊。本发明通过将蛋白和益生菌共同包埋至海藻酸盐微胶囊，可以有效地保护益生菌免受口腔和胃部恶劣环境的影响，显著提高益生菌经过口腔和胃后的活性，以及递送效率。有效解决了部分益生菌种类不耐受口腔和胃部酸性环境的问题。42、(2)本发明通过喷雾干燥器制备的海藻酸钙微胶囊的粒度分布为25-35μm，尺寸均一且可控性高，解决了现有技术中制备微胶囊颗粒的粒径分布不均一的问题。43、(3)在本发明中，海藻酸盐微胶囊具有很好的ph敏感响应性释放的行为，能够在胃部保护益生菌不被酸性环境侵蚀，提升益生菌在递送过程中经胃后的活性。这一特性主要依赖于海藻酸钙凝胶和氢离子的离子置换反应。海藻酸钙凝胶在低ph环境条件下，如胃液环境中，钙离子和氢离子发生置换，生成水溶性不好的海藻酸，从而形成坚固的网络结构保护微囊中携载的物质，如益生菌等，提升其经口和胃后的活性。同时，在偏中性环境条件下，海藻酸重新生成海藻酸钙凝胶，从而促进微胶囊内容物的释放。44、(4)在本发明中，在海藻酸盐微囊中添加的蛋白，为支撑、强化和坚固微囊结构起重要作用的同时，相比无蛋白添加的海藻酸盐微囊，对携载的益生菌活性的保护效果更高(图16)，且辅助人体补充氨基酸等营养物质。一方面，可溶性蛋白夹杂在海藻酸钙凝胶的网络结构中，使得微胶囊力学结构更稳定，更加促进生物体内胃肠蠕动的作用，从而有效保护益生菌。另一方面，胃部强烈的酸性胃液首先和蛋白质发生作用，进一步保护了所需递送的益生菌的活性。最后，更多的蛋白的加入，在一定程度上可以作为人体补充氨基酸的辅助手段。45、(5)本发明制备的海藻酸盐微胶囊，可以用于多种蛋白的补充和肠道益生菌的递送。例如，大豆蛋白，豌豆蛋白等等。益生菌，例如，嗜酸乳杆菌、干酪乳杆菌、詹氏乳杆菌、拉曼乳杆菌等等。46、(6)在本发明制备的载有益生菌的蛋白海藻酸盐微胶囊中，蛋白的包埋效率可以达到85％，益生菌的装载效率可以达到84.17％，益生菌的装载量达1.920×106cfu/g微胶囊。且载有益生菌的蛋白海藻酸盐微胶囊在体内生理环境条件下30天，益生菌的活性仍能超过90％。经过口腔、胃、肠环境后，蛋白海藻酸钙的微胶囊对益生菌的保护性相比较无蛋白海藻酸钙微胶囊提升50％，益生菌活性超过90％，益生菌释放效率大于60％。47、发明详述48、近年来，益生菌的研究引起了广泛的科学关注，这是因为益生菌作为一类有益微生物，在人体健康中发挥着重要作用。过去，研究主要关注病原微生物对宿主健康的影响，然而随着技术的进步，对益生菌的研究逐渐受到重视。已有研究表明，益生菌在人体内发挥着多种关键功能。首先，益生菌通过调节肠道微生态平衡，对维持肠道健康至关重要。肠道是一个复杂的生态系统，包含大量益生菌和其他菌群。微生态平衡的破坏可能导致消化不良、免疫紊乱等一系列健康问题。益生菌通过竞争资源和产生抗菌物质等机制，维护肠道的健康状态。其次，益生菌对免疫系统的增强具有重要意义。研究发现，益生菌能够激活免疫细胞，提升免疫系统的应答能力，从而降低感染和炎症的风险。此外，益生菌还能调节免疫反应，减少过敏反应和自身免疫疾病的发生。此外，益生菌与心脑血管健康、肠道性疾病和肥胖等方面的健康状况密切相关。一些研究表明，益生菌可降低胆固醇水平、调节血压并改善心脏功能。在肠道性疾病方面，益生菌被认为可以减轻炎症症状并维护肠道屏障功能。此外，研究还发现，益生菌的摄入可能有助于减轻肥胖和代谢综合征等问题。总的来讲，益生菌的研究背景涵盖了对肠道微生物群落、免疫系统和多种健康状况的影响。深入了解益生菌的功能和作用机制，有助于开发更加优化的益生菌产品，并为促进人体健康提供科学依据。49、微胶囊在药物递送领域的研究备受关注。药物递送系统的发展旨在提高药物疗效、减少副作用并改善治疗体验。然而，传统药物递送系统存在药物不稳定性、快速代谢和释放不准确等限制。微胶囊作为一种载药系统，克服了这些问题。由聚合物或凝胶等材料构成的微胶囊可以稳定地包裹药物，保护药物免受外界环境的影响，延缓药物释放速率，提高药物的稳定性和生物利用度。此外，微胶囊具有可调控的释放特性，可以根据需要实现定时、定量的药物释放，以满足不同药物的治疗需求。微胶囊还具有良好的生物相容性和生物降解性，减少了对机体的不良反应和毒副作用。多样的制备方法，如喷雾干燥法、共沉淀法、微流控技术等，推动了微胶囊在药物递送领域的研究和应用。微胶囊的研究旨在改善药物稳定性、可控释放性和生物相容性，为药物递送领域带来更精确和高效的治疗策略。50、本发明采用喷雾固化的方法制备尺寸均一、携载益生菌的富含蛋白的海藻酸盐微胶囊，可以促进生物体内的经口腔，胃环境后对益生菌活性的保护，以及在肠道环境响应性释放益生菌的效果，且所制备的海藻酸盐微胶囊可以实现在口服益生菌食品研究领域中的应用。51、根据本发明，载有益生菌的蛋白海藻酸盐微胶囊的制备方法，包括：从蛋白粉中提取得到可溶性蛋白的溶液；配制含有蛋白的海藻酸钠生理盐水溶液；配制氯化钙固化液；将益生菌和含有蛋白的海藻酸钠溶液进行混合，得到混合液；利用喷雾干燥器的喷枪将混合液喷入氯化钙固化液中，持续搅拌固化，得到载有益生菌的蛋白海藻酸盐微胶囊。52、根据本发明，将大豆蛋白或豌豆蛋白与海藻酸钠溶液相混合，利用喷雾干燥器将混合液喷入至氯化钙固化液中，得到富含蛋白的海藻酸钙微胶囊。通过将蛋白和益生菌共同包埋至海藻酸盐微胶囊，可以有效地保护益生菌免受口腔和胃部恶劣环境的影响，显著提高益生菌经过口腔和胃后的活性，以及递送效率。有效解决了部分益生菌种类不耐受口腔和胃部酸性环境的问题。53、根据本发明，蛋白粉中可溶性蛋白溶液通过如下步骤制备得到：将蛋白粉放置于10ml去离子水中，加热至50摄氏度，持续搅拌1小时，15000rpm离心去除杂质，获得可溶性蛋白溶液。大豆蛋白的提取率为35.21±2％。豌豆蛋白的提取率为10.45±2％。54、根据本发明，海藻酸钠的用量为1.5wt％，用于保证海藻酸盐的粘稠度，在喷雾固化过程中形成均一的球型微囊。55、根据本发明，大豆蛋白或豌豆蛋白加入至海藻酸钠溶液中的用量为2.5wt％-50wt％，该数值为蛋白同海藻酸盐使用量的质量比。质量比限定在25wt％时，蛋白海藻酸盐微胶囊具有更好的形态。56、根据本发明，在配制益生菌、蛋白和海藻酸盐的混合水溶液时应保证溶液体系中的离子浓度，避免对益生菌的活性的产生影响，因此使用浓度为0.9％的生理盐水。57、根据本发明，上述海藻酸盐固化剂的使用条件为浓度2％的氯化钙溶液，保证充足且过量的钙离子可以和海藻酸钠发生离子交换，实现海藻酸盐微胶囊的固化，固化最优时长一般选用30分钟。58、根据本发明，益生菌和含有蛋白的海藻酸钠生理盐水溶液进行混合的混合比例为108cfu益生菌每毫升蛋白海藻酸钠生理盐水混合溶液。59、根据本发明，制备载有益生菌的蛋白海藻酸盐微胶囊使用的喷雾干燥器喷枪的气体压强和进料速率分别为气体压强：0.1-0.3mpa；进料速率：1-3ml每分钟。其中0.1mpa的压强和1ml每分钟的进料速率为最优条件。60、根据本发明，所述益生菌选自嗜酸乳杆菌、干酪乳杆菌、詹氏乳杆菌和拉曼乳杆菌。61、根据本发明，通过调整喷雾干燥器的进料速度、气体流速以及喷雾干燥器喷嘴的尺寸可以调控海藻酸钙微胶囊的尺寸大小。62、根据本发明，在最优条件下，所述海藻酸钙微胶囊粒径范围为25-35μm；所述海藻酸钙微胶囊的收率为69.33％。63、根据本发明，大豆蛋白或豌豆蛋白的包埋效率为85％。大豆蛋白或豌豆蛋白的载量为0.2125g蛋白/g海藻酸钙。64、根据本发明，益生菌的包封效率为：84.17％；益生菌的载量为：1.920×106cfu/g微囊。其中，益生菌的稳定期为至少30天。在30天时益生菌的活性大于90％。65、根据本发明，所述海藻酸盐微囊在模拟体内生理环境下，所述益生菌的释放率大于60％；微囊对益生菌的保护效率大于90％。66、根据本发明，海藻酸盐微囊被制备为冻干粉形式。冻干保护剂选自相对于海藻酸盐微胶囊质量的1wt％的蔗糖、1wt％的甘露醇和1wt％海藻糖。其中以1wt％海藻糖最优(图17)。67、根据本发明，通过将大豆蛋白或豌豆蛋白与海藻酸钠溶液混合，然后利用喷雾干燥器将混合液喷入含有氯化钙固化剂的环境中，可以制备出含有丰富蛋白质的海藻酸钙微胶囊。这种微胶囊的设计在包埋过程中同时封装了蛋白质和益生菌，以提高益生菌在口腔和胃部环境中的生存能力，并显著提高其传递效率。这种方法有效地解决了部分益生菌对于口腔和胃酸环境的耐受性问题。68、本发明的载有益生菌的蛋白海藻酸盐微胶囊的益生菌肠道递送和保护性的主要表现过程为：海藻酸盐微胶囊展现出优异的ph响应性释放行为，使其能够在胃部环境下保护益生菌免受酸性环境的侵蚀，从而提高益生菌在胃部通过后的生存能力。这种特性主要源于海藻酸钙凝胶与氢离子之间的离子交换反应。在低ph条件下，如胃液环境中，钙离子与环境中的氢离子发生离子置换反应，导致形成不溶性的海藻酸，从而形成坚固的凝胶网络结构，有效保护微囊中的携带物质，如益生菌，提升其经过口腔和胃部后的生存能力。同时，在中性条件下，海藻酸重新生成钙盐凝胶，促进微囊内部物质的释放。69、蛋白质的添加对海藻酸盐微胶囊起到了多重作用。一方面，可溶性蛋白质夹杂在海藻酸钙凝胶的网络结构中，增强了微胶囊的力学稳定性，提高其抵抗生物体内胃肠蠕动的能力，从而有效保护益生菌的完整性。另一方面，胃部强酸性液体首先与蛋白质发生相互作用，进一步保护了所需递送的益生菌的活性。此外，蛋白质的增加还有助于满足人体所需的氨基酸等营养物质的补充需求。70、综上所述，海藻酸盐微胶囊通过其ph响应释放行为有效保护益生菌免受胃部酸性环境的侵蚀，并提高益生菌的活性。蛋白质的添加不仅加强了微囊的结构稳定性，更有效地保护了携载的益生菌，并为人体提供额外的氨基酸营养补充。