海藻酸納益生菌菌球是一種微膠囊技術(shù)，就是通過包埋益生菌，使得益生菌菌群保護并可以靶向釋放，控制釋放速度，從而提升益生菌在人體或者特定環(huán)境中的有效性。
海藻酸鈉益生菌菌球從菌種篩選到終產(chǎn)品驗證的全流程方案設(shè)計如下：
一、配方設(shè)計
目標(biāo)：提升益生菌存活率、腸溶靶向性及凍干穩(wěn)定性。
成分 | 推薦配比 | 功能說明 |
海藻酸鈉 | 2.0-2.5% (w/v) | 成膠基質(zhì)，濃度過高影響菌體活性，需平衡機械強度與包埋效率。 |
益生菌菌懸液 | 10^9-10^10 CFU/mL | 優(yōu)選耐酸菌種（如植物乳桿菌、鼠李糖乳桿菌），預(yù)活化至對數(shù)生長期（OD600≈1.0）。 |
凍干保護劑 | 海藻糖（6-8%）+脫脂奶粉（3-5%） | 減少凍干損傷，海藻糖替代水分子保護細(xì)胞膜，脫脂奶粉提供營養(yǎng)緩沖。 |
致孔劑 | 碳酸氫鈉（0.2-0.5%） | 凍干時釋放CO?形成多孔結(jié)構(gòu)（孔徑50-200μm），增強氧氣通透性。 |
腸溶包衣材料 | 殼聚糖（0.2-0.4%） | 形成pH敏感層（pH＞5.5溶解），保護菌體通過胃酸，實現(xiàn)腸道靶向釋放。 |
二、交聯(lián)與包衣設(shè)計
目標(biāo)：確保微球機械強度與腸溶靶向性。
交聯(lián)工藝
交聯(lián)劑：2-3% CaCl?溶液，梯度交聯(lián)（1%→3%，各10分鐘）。
交聯(lián)溫度：20-25℃（避免高溫?fù)p傷菌體）。
優(yōu)化參數(shù)：
交聯(lián)時間：總時間20-30分鐘，避免過度硬化。
離子強度：鈣離子濃度≤3%，防止?jié)B透壓沖擊導(dǎo)致菌體失活。
殼聚糖包衣
包衣液：0.3%殼聚糖溶液（pH 5.5，醋酸調(diào)節(jié)）。
工藝：交聯(lián)后微球浸泡5分鐘，二次交聯(lián)（0.5% CaCl?，5分鐘）增強結(jié)合力。
三、工藝設(shè)計
目標(biāo)：實現(xiàn)高通量、高精度微球制備，確保菌體活性。
步驟 | 設(shè)備與參數(shù) | 關(guān)鍵控制點 |
菌體預(yù)處理 | - 菌種活化：MRS培養(yǎng)基37℃厭氧培養(yǎng)18-24小時。
- 離心收集菌體（3000rpm，10分鐘），重懸于保護劑溶液。 | 菌體活性≥95%（臺盼藍(lán)染色驗證）。 |
混合乳化 | 海藻酸鈉溶液與菌懸液按1:1體積混合，磁力攪拌（300rpm，15分鐘）+超聲分散（200W，5分鐘）。 | 菌體均勻分散，無聚集（顯微鏡觀察）。 |
微球成型 | 方案1：噴霧法（工業(yè)化）
- 霧化壓力0.8-1.2MPa，交聯(lián)塔高度2m，粒徑200-500μm。
方案2：靜電液滴法（實驗室）
- 電壓10-15kV，接收距離10cm，粒徑均一（CV≤5%）。 | 粒徑控制：過大影響釋放，過小易被胃酸破壞。 |
清洗與收集 | 無菌PBS沖洗3次，離心（1000rpm，5分鐘）去除殘留交聯(lián)劑。 | 殘留Ca2?濃度≤0.1%（原子吸收光譜法檢測）。 |
四、凍干工藝設(shè)計
目標(biāo)：最大限度保留菌體活性，實現(xiàn)常溫儲存。
階段 | 參數(shù)設(shè)置 | 驗證指標(biāo) |
預(yù)凍 | -80℃速凍（降溫速率≥50℃/min），維持4小時。 | 冰晶尺寸≤50μm（SEM觀察），菌體存活率≥95%。 |
升華干燥 | 真空度≤10Pa，擱板溫度從-40℃升至-10℃（0.5℃/min），維持18小時。 | 微球孔隙率≥80%（壓汞法），無結(jié)構(gòu)塌陷。 |
解析干燥 | 真空度≤5Pa，擱板溫度升至+25℃（1℃/min），維持6小時。 | 終產(chǎn)物含水率≤3%（卡爾費休法），復(fù)溶后存活率≥85%。 |
凍干保護策略：
氮氣置換：凍干前向腔體充氮氣5分鐘，減少氧化損傷。
分階段控溫：避免溫度驟變導(dǎo)致菌體膜破裂。
五、性能驗證與質(zhì)量控制
菌體活性測試
存活率：平板計數(shù)法檢測凍干前后活菌數(shù)，目標(biāo)存活率≥85%。
胃腸模擬試驗：
胃液（pH 2.0，2小時）：存活率≥70%。
腸液（pH 6.8，2小時）：釋放率≥80%。
物理性能檢測
粒徑分布：激光粒度儀測定，目標(biāo)CV值≤10%。
機械強度：質(zhì)構(gòu)儀測試抗壓強度≥40kPa。
穩(wěn)定性評估
加速試驗：40℃/75% RH儲存3個月，活菌數(shù)下降≤1 log CFU/g。
長期儲存：25℃密封保存12個月，活菌數(shù)≥10^8 CFU/g。
