本發(fā)明涉及益生菌，具體地說，涉及一種利用金屬有機骨架封裝益生菌的方法。

背景技術(shù)：

1、益生菌(probiotics)為有益的活性微生物，能夠在人體胃腸道產(chǎn)生多種天然抑菌物質(zhì)，維持人體胃腸道菌群平衡并改善身體狀態(tài)。含益生菌的食品及各種乳制品因其營養(yǎng)健康和功能深受消費者歡迎。但益生菌對環(huán)境耐受性較差，難以直接在食品和奶制品中應(yīng)用。目前市面上的益生菌相關(guān)產(chǎn)品多為丸劑、片劑、晶球、膠囊以及低溫產(chǎn)品，而在常溫液體食品以及奶制品中鮮有應(yīng)用。主要原因除了游離益生菌在巴殺條件下存活率低外，常溫液體食品以及奶制品中的高水活度嚴(yán)重影響益生菌在貨架期內(nèi)的活性。面對這些挑戰(zhàn)，對益生菌進(jìn)行包覆和封裝之后再加入常溫產(chǎn)品中是有效的解決方案。目前益生菌包覆方面有關(guān)專利主要為噴霧包覆封裝，主要采用蛋白凝膠層和疏水層交替包覆益生菌，不僅步驟繁瑣，而且多層(3層以上)包覆，過程中難以控制粒徑，最終包覆封裝益生菌粒徑大(數(shù)百微米至數(shù)毫米)，產(chǎn)生明顯顆粒感，這也是包覆益生菌目前未在常溫液體食品和奶制品中應(yīng)用的關(guān)鍵技術(shù)難點(目前未見有粒徑小于100微米的包覆益生菌成功應(yīng)用于產(chǎn)品中的報道)。開發(fā)新的食品、醫(yī)藥領(lǐng)域許可應(yīng)用的包覆技術(shù)對推動包覆益生菌的工業(yè)化應(yīng)用具有重要意義。盡管一些研究表明生物蛋白、聚多巴胺、硅膠、石墨烯等生物制劑和新材料有望用于益生菌的包覆，但總體而言造價昂貴、傳統(tǒng)無機材料又存在生物相容性不足以及在食品和醫(yī)藥行業(yè)的安全性問題，存在諸多局限。

2、金屬有機骨架(metal?organic?framework，mof)由金屬離子或金屬簇與多官能團(tuán)的有機配體，通過配位自組裝形成的具有周期性三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的多孔性晶體材料，作為一種新興的材料，具有結(jié)構(gòu)和粒徑可調(diào)，可設(shè)計強等優(yōu)點，在益生菌包覆領(lǐng)域具有重要開發(fā)應(yīng)用前景。對金屬離子和有機配體自組裝進(jìn)行理性調(diào)控形成納米多孔mof，進(jìn)而使用這些納米尺度的保護(hù)性外殼將活細(xì)胞包裹起來外殼提供物理屏障，可增強細(xì)胞對不利環(huán)境的耐受性。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是提供一種利用金屬有機骨架封裝益生菌的方法。

2、本發(fā)明構(gòu)思如下：提供一種具有生物相容性的fe3+和有機配體(富馬酸、富馬酸鈉或富馬酸/富馬酸鈉混合液)在常溫水相體系自組裝形成的mof對單細(xì)胞益生菌包覆/封裝的方法，即用mof納米殼層對單細(xì)胞益生菌進(jìn)行封裝，封裝的單細(xì)胞益生菌尺寸在1μm左右。利用mof的多孔性，在封裝過程或凍干過程中加入一些營養(yǎng)基質(zhì)，可保持菌體在長期儲存過程中的營養(yǎng)需求。在此基礎(chǔ)上，進(jìn)一步通過噴霧干燥引入外部壁材對mof封裝益生菌進(jìn)行單層或多層包覆，形成的包覆益生菌粒徑在20μm以內(nèi)，添加到奶粉、酸奶制品中對口感沒有任何影響。

3、為了實現(xiàn)本發(fā)明目的，第一方面，本發(fā)明提供一種利用金屬有機骨架封裝益生菌的方法，在常溫水相體系中，將金屬離子和有機配體與益生菌接觸，使金屬離子與有機配體直接在益生菌表面進(jìn)行原位自組裝，從而實現(xiàn)對益生菌的封裝；或者，先將金屬離子和有機配體進(jìn)行自組裝形成多孔性晶體材料后再與益生菌接觸，對益生菌進(jìn)行封裝。

4、進(jìn)一步地，所述金屬離子可以是fe3+；所述有機配體可以是富馬酸溶液、富馬酸鈉溶液，或者富馬酸與富馬酸鈉的混合液。

5、進(jìn)一步地，所述fe3+為水溶性鐵鹽，濃度為0.1～5mm，優(yōu)選fecl3、fe2(so4)3、fe(no3)3中的一種或多種。

6、優(yōu)選地，所述有機配體的濃度為0.1～5mm。

7、前述的方法，對益生菌封裝后進(jìn)行凍干，得到封裝益生菌，尺寸為1μm左右。

8、進(jìn)一步地，封裝或凍干過程中，可加入用于維持益生菌活性的營養(yǎng)物質(zhì)。

9、所述營養(yǎng)物質(zhì)可選自單寧酸、海藻糖、乳糖、乳清蛋白或谷氨酸鈉等中的一種或多種。

10、前述的方法，通過噴霧干燥引入壁材對所述封裝益生菌進(jìn)行單層或多層包覆。

11、進(jìn)一步地，所述壁材可選自海藻糖、乳糖、乳清蛋白、三油酸甘油酯、單油酸甘油酯、雙油酸甘油酯、三豆蔻酸甘油酯、雙豆蔻酸甘油酯、單豆蔻酸甘油酯、三月桂酸甘油酯、雙月桂酸甘油酯、單月酸甘油酯等中的一種或多種。

12、本發(fā)明中，所述益生菌包括但不限于副干酪乳桿菌、凝結(jié)芽孢桿菌、雙歧桿菌、大腸桿菌、鼠李糖乳桿菌lgg等中的一種或多種。

13、第二方面，本發(fā)明提供按照所述方法制備的益生菌產(chǎn)品。

14、優(yōu)選地，所述益生菌產(chǎn)品的粒徑在20μm以內(nèi)。

15、第三方面，本發(fā)明提供所述益生菌產(chǎn)品的以下任一應(yīng)用：

16、1)用于食品(如乳制品)領(lǐng)域；

17、2)用于飼料領(lǐng)域；

18、3)用于畜禽及水產(chǎn)養(yǎng)殖。

19、借由上述技術(shù)方案，本發(fā)明至少具有下列優(yōu)點及有益效果：

20、本發(fā)明提供一種金屬有機骨架(mof)對益生菌單細(xì)胞進(jìn)行原位封裝的方法。所述金屬有機骨架(mof)金屬離子為fe3+，有機配體為富馬酸、富馬酸鈉或富馬酸/富馬酸鈉混合液。將金屬離子與有機配體直接在益生菌單細(xì)胞表面進(jìn)行原位自組裝，從而實現(xiàn)對益生菌的單細(xì)胞封裝；也可先將金屬離子和有機配體進(jìn)行自組裝形成mof后再對益生菌進(jìn)行封裝。利用mof的多孔性，在封裝過程或凍干過程中加入一些營養(yǎng)基質(zhì)，可保持菌體在長期儲存過程中的營養(yǎng)需求。在此基礎(chǔ)上，進(jìn)一步通過一次或多次噴霧干燥引入外部壁材對mof封裝益生菌進(jìn)行單層或多層包覆，最終形成的包覆益生菌粒徑在20μm以內(nèi)，在酸奶、奶粉以及乳酸飲料制品等多種產(chǎn)品中具有重要應(yīng)用前景。

21、本發(fā)明中，通過配位自組裝形成的納米外殼將益生菌與外部環(huán)境有效隔離，顯著提升了益生菌對熱以及其它不利環(huán)境的耐受性，同時，利用配位自組裝材料的多孔性，在多孔mof中可基于菌體對不同營養(yǎng)基質(zhì)的需求理性加入營養(yǎng)物質(zhì)使得菌體在長期儲存過程能保持較高的活性。制備工藝簡單，易規(guī)模放大，具有很好的工業(yè)化推廣應(yīng)用前景。

技術(shù)特征：

1.一種利用金屬有機骨架封裝益生菌的方法，其特征在于，在常溫水相體系中，將金屬離子和有機配體與益生菌接觸，使金屬離子與有機配體直接在益生菌表面進(jìn)行原位自組裝，從而實現(xiàn)對益生菌的封裝；或者，先將金屬離子和有機配體進(jìn)行自組裝形成多孔性晶體材料后再與益生菌接觸，對益生菌進(jìn)行封裝。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述金屬離子為fe3+；所述有機配體為富馬酸溶液、富馬酸鈉溶液，或者富馬酸與富馬酸鈉的混合液。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述fe3+為水溶性鐵鹽，濃度為0.1～5mm，優(yōu)選fecl3、fe2(so4)3、fe(no3)3中的一種或多種；

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，對益生菌封裝后進(jìn)行凍干，得到封裝益生菌；

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，所述營養(yǎng)物質(zhì)選自單寧酸、海藻糖、乳糖、乳清蛋白或谷氨酸鈉中的一種或多種。

6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，通過噴霧干燥引入壁材對所述封裝益生菌進(jìn)行單層或多層包覆。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，所述壁材選自海藻糖、乳糖、乳清蛋白、三油酸甘油酯、單油酸甘油酯、雙油酸甘油酯、三豆蔻酸甘油酯、雙豆蔻酸甘油酯、單豆蔻酸甘油酯、三月桂酸甘油酯、雙月桂酸甘油酯、單月酸甘油酯中的一種或多種。

8.根據(jù)權(quán)利要求1-7任一項所述的方法，其特征在于，所述益生菌選自副干酪乳桿菌、凝結(jié)芽孢桿菌、雙歧桿菌、大腸桿菌、鼠李糖乳桿菌lgg中的一種或多種。

9.按照權(quán)利要求1-8任一項所述方法制備的益生菌產(chǎn)品；

10.權(quán)利要求9所述益生菌產(chǎn)品的以下任一應(yīng)用：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明提供一種利用金屬有機骨架封裝益生菌的方法，在常溫水相體系中，使金屬離子與有機配體直接在益生菌表面進(jìn)行原位自組裝，從而實現(xiàn)對益生菌的封裝；或者，先將金屬離子和有機配體進(jìn)行自組裝形成多孔性晶體材料后再與益生菌接觸，對益生菌進(jìn)行封裝。通過配位自組裝形成的納米外殼將益生菌與外部環(huán)境有效隔離，顯著提升了益生菌對熱以及其它不利環(huán)境的耐受性，同時利用配位自組裝材料的多孔性，在多孔MOF中可基于菌體對不同營養(yǎng)基質(zhì)的需求理性加入營養(yǎng)物質(zhì)使得菌體在長期儲存過程能保持較高的活性。制備工藝簡單，易規(guī)模放大，應(yīng)用前景廣闊。

技術(shù)研發(fā)人員：杜偉,杜卓洋,鄒志強,戴玲妹
受保護(hù)的技術(shù)使用者：清華大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/9/9