添加于食物和饮料的耐热益生菌及其制备方法与流程

本发明涉及一种健康食品或饮料，其用于将通常经过热处理的食品或饮料中的热敏营养物递送给消费者。更具体地，本发明涉及具有包衣组合物的包埋益生菌，以保护益生菌在工业加工过程中免受高温，同时在随后保证有足够数量的活性益生菌被人体摄入，并在胃肠消化环境中存活。

背景技术：

1、在近年，菌群失调(即微生物群的不平衡)导致微生物组的功能和代谢出现问题，可能导致人类宿主免疫力较低，对感染的易感性较高(xu et al.,2020)，并可能以各种疾病的形式表现。菌群失调最常见于胃肠道，这可能导致一些疾病和病症，包括但不限于胃肠道症状(呕吐、腹泻、腹痛、营养不良等)、克罗恩病、炎症性肠病和ii型糖尿病。

2、然而，这种失调可以通过菌群再生来补救，该过程利用包括益生菌在内的治疗工具来重新建立天然微生物群。世界卫生组织将益生菌定义为“当施用足够量时可以赋予宿主健康上的益处的活性微生物”。因此，益生菌在全球越来越受欢迎，预计益生菌相关产品的销量将在全球持续大幅增长。研究表明，与药丸或片剂相比，大多数人会选择食物和/或饮料作为首选的益生菌摄取形式。然而，丸剂或片剂形式的补充剂是当前市场上占主导地位的益生菌产品。对于老年人和儿童来说，服用这些补充剂一直是一个难题，因为他们可能存在吞咽困难和“药丸疲劳”心理。将益生菌添加到食品中被认为是一种更自然的摄取方式，可以帮助克服将益生菌作为处方或药物的看法。此外，公众健康意识的增强也催生了对多功能健康食品的需求。因此，需要开发新型益生菌食品和饮料来满足这种需求。

3、传统上，益生菌已被掺入乳制品中用于发酵以生产酸奶等食品。发酵剂的最佳生长条件使益生菌能够在此类产品中存活；然而，产品必须冷藏以防止变质导致的保质期缩短。冷藏的需求限制了益生菌产品的种类。近年来，耐储存的功能性食品和饮料行业大幅增长。高温加工在行业中很常见，这限制了益生菌在食品和饮料中的应用，因为益生菌的活性在加工食品的制造过程中容易受到热应激的影响。由于现有技术的限制，将益生菌加入到零食、果汁和谷物棒等食品中只能通过直接混合到成品中来完成，因为这样的加入不会涉及加热从而导致益生菌失活。此外，在饮料中加入益生菌必须始终在密封饮料包装之前的产品热处理过程中进行，以避免交叉污染。因此，含有益生菌的热处理食品和饮料产品有限，益生菌必须在热处理后、食品或饮料冷却后添加。对于烘焙产品等食品来说，这种做法是不方便或不可能的；对于极易受到细菌污染的巴氏灭菌饮料(例如鲜奶或果汁)同样不可行。

4、许多益生菌只在具有活性时表现出它们对健康的益处。因此，益生菌除了需要能够在食品/饮料的制造过程和保质期中生存之外，还应该能够在具有低ph胃酸和消化酶存在的胃肠道环境中生存，然后才能到达小肠并定殖。虽然市面上有许多商业化的益生菌产品，特别是粉末/丸剂形式的补充剂，但大多数在高温食品加工、储存和胃肠环境中就会失去活性。此外，热应激的益生菌对高温特别敏感(hao et al.,2021；gardiner et al.,2000)，并且往往会在通过具有挑战性的胃肠道时失去活性。

5、乳杆菌属和双歧杆菌属是最常用的益生菌属，其耐热温度通常为60℃以下(haoet al.，2021；gardiner et al.，2000)。为了发挥健康益处，建议每克或毫升益生菌的最低剂量为106个菌落形成单位(cfu)。为了解决胃酸带来的挑战，制造商通常在产品中添加过量的益生菌，希望其中一部分能够在热处理和胃肠道中存活下来。然而，这种做法并不符合成本效益；此外，益生菌的保质期不确定，耐高温仍然是制造商面临的挑战。尽管耐热芽孢杆菌已被提议作为乳杆菌的替代品，但芽孢杆菌具有孢子形成特征，由于其毒素和抗生素耐药性，可能会造成公共健康风险。芽孢杆菌对工业消毒过程具有抵抗力而令其难以消除。并且，芽孢杆菌不能很好地在胃肠道定殖(bernardeau et al.2017)。

6、聚合物和蛋白质是用于保护益生菌免受胃酸侵害的制剂中的典型成分。然而，常规制剂在高温加工过程中会发生结构变化，并且在没有肠溶衣的情况下无法提供适当的针对胃酸的保护。迄今为止，还没有具有针对热应激和胃肠道双重保护作用的制剂。

7、例如，ep2648528b1描述了一种组合物和方法，用于改善益生菌在食品中递送时的稳定性和延长保质期，特别是耐氧和耐湿性。该多层制剂含有益生菌和稳定剂/抗氧化剂作为核心，具有至少三层包衣，其中包括疏水性固体脂肪包衣，用于防止水/湿气渗透到核心中，水封包衣作为中间包衣层用于降低表面张力，氧气和湿度密封涂层用于减少湿度和氧气的传输以维持益生菌的活性。但都没有讨论如何保护益生菌免受高温加工的影响。

8、us2004/0175389公开了一种用于在益生菌通过胃和在肠中释放期间保护益生菌的制剂。该制剂为胶囊形式，包含益生菌与单价藻酸盐的无水混合物和肠溶衣。胶囊的外壳在与酸性环境接触时变成凝胶。凝胶提供了防止质子流入胶囊芯的保护屏障。然而，该组合物仅适用于在水分活度非常低的条件下储存的片剂和胶囊，需要充氮处理或真空密封的储存条件；而且并没有与热保护相关的描述。

9、wo 94/00019描述了一种通过在冷却后将活益生菌注射到烘焙产品中来制备含有活微生物的烘焙产品的方法。然而，注射过程需要通过多个针头，成本高、不方便，并且可能会破坏烘焙产品的质地。

10、ep2451300b1描述了一种制备拥有多层外衣的益生菌颗粒的方法，用于将其混合到健康食品中，其中微生物被稳定化以在食品、特别是干燥食品的热处理过程中存活。该颗粒包含益生菌和作为核心吸附益生菌的基质、内油层包衣和由两种不同聚合物组成的两个外层包衣，分别用于抵抗胃肠道上部的消化以及耐热。该制剂以80℃干式加热30或45分钟为例。并无对于益生菌的耐热外层对其耐酸性影响的相关描述。同时，其颗粒的尺寸是否适合加入到食品和饮料中是值得怀疑的。

11、ru2549098c2描述了一种制造益生菌颗粒的方法，以益生菌核心包覆三层外衣，其中包括覆盖益生菌核心的第一内油层、用于抵抗胃肠道上部消化的第一外层和耐高温的第二外层。其中没有提供关于保护益生菌耐高温的外层如何影响热处理益生菌的耐酸性能力的描述或方向。

12、cn111134332a公开了一种采用流化床喷雾造粒法制备益生菌微胶囊的方法，产品作为食品保健行业的膳食补充剂。其中没有提供关于这些外层如何保护益生菌免受高温或胃酸影响的描述或说明。

13、cn102178238b公开了粒径在20至400微米之间的耐热微囊益生菌，经受80至90℃高温3分钟后，活菌数从109至1010cfu/g减少1至1.5个数量级。其中没有提供关于保护益生菌耐高温的保护层如何影响热处理益生菌的耐酸性能力的描述或说明。

14、上述组合均未提供能够在高温加工中有效保护益生菌并抵抗胃肠道胃酸和酶的挑战以使足够数量的活性益生菌到达肠道的混合物。本发明解决了这个问题。

技术实现思路

1、一种耐热耐酸益生菌微球，其尺寸为20至250微米，易掺入随后进行热处理的食品或饮料中。益生菌与益生元的合生制剂核心包括由至少一种糖类形成的芯材，并将益生菌覆盖在芯材之上。耐酸壳层覆盖于合生制剂核心之上，该耐酸壳层包含一种或多种ph响应性聚合物。耐热双层壳位于耐酸层上，耐热双层壳包括内壳层和外壳层，其中内壳层包括耐热脂质体层，外壳层包括耐热二糖或多糖。

2、所述的尺寸为20至250微米的耐热耐酸益生菌微球，其包括粒状合生制剂核心。颗粒状合生制剂核心包括芯材，芯材可以为寡糖和多糖。粒状合生制剂核心还包含益生菌。粒状合生制剂核心还可包含一种或多种粘合剂，包括乳清蛋白和乳蛋白。所述耐热耐酸益生菌微球还包括耐酸壳层，所述耐酸壳层具有一种或多种ph响应性聚合物，所述一种或多种ph响应性聚合物可包括l100和藻酸盐。耐热耐酸益生菌微球还包括耐热双层壳。耐热双层壳具有内层和外层，其中内层包括：一种或多种类异戊二烯稳定的磷脂脂质体。一种或多种类异戊二烯稳定的磷脂脂质体具有选自磷脂酰胆碱和磷脂酰乙醇胺的磷脂。耐热双层壳的内层具有一种或多种类异戊二烯。一种或多种类异戊二烯具有胆固醇和β-胡萝卜素。耐热双层壳的内层还可包含多糖。多糖包括麦芽糊精，而耐热双层壳的外层具有二糖，例如海藻糖。耐热双层壳的外层还可包含一种或多种矿物质，例如滑石粉。

3、所述的耐热耐酸益生菌颗粒可耐受75-90℃的温度5-15分钟。

4、所述的耐热耐酸益生菌颗粒的重量百分比包括50-79.2％的芯材、0.01-0.1％的活性益生菌、1.6-3％的蛋白质、2-6.3％的聚合物、4-7.9％的脂质体、0-1.6％的多糖、0-3.2％的二糖和0-0.3％的矿物质。

5、所述的耐热耐酸益生菌颗粒的重量百分比包括79.2％的芯材、0.01％的活性益生菌、1.6％的蛋白质、6.3％的聚合物、7.9％的脂质体、1.6％的多糖、3.2％的二糖和0.3％的矿物质。

6、所述的耐酸壳层和耐热双层壳具有至少四层。

7、所述的耐热耐酸益生菌颗粒在胃肠道消化后保持活菌数大于106cfu/g。

8、所述的耐热耐酸益生菌颗粒具有与外层偶联的附加防水涂层。

9、所述的耐高温益生菌颗粒耐90℃温度15分钟。

10、所述的附加防水涂层具有6-10％虫胶和甲基丙烯酸二甲氨基乙酯-共聚物epo。

11、所述的耐热耐酸益生菌颗粒可在巴氏灭菌之前加入液体饮料如牛奶和果汁中并进行过热处理。

12、本发明还提供了一种耐高温和耐胃肠消化环境的益生菌颗粒的制备方法，该方法包括:

13、a.通过筛分制备尺寸在10-125微米之间、密度在0.65-0.75g/cm3之间的芯材；

14、b.用益生元和蛋白质制备质地均匀的活性益生菌溶液，通过搅拌混合来增强益生菌的活性和颗粒化；

15、c.通过加热搅拌制备耐酸的ph响应性聚合物；

16、d.将薄膜法制备的前体脂质体搅拌混合，制备稳定的类异戊二烯磷脂脂质体；

17、e.通过搅拌混合制备包含二糖的耐热外层；

18、f.利用流化床将芯材表面包覆益生元和益生菌层，然后包覆耐酸层和耐热双层，制备耐高温益生菌微球。

19、所述的制备益生菌颗粒的方法还包括制备芯材、在芯材表面上包覆益生菌、耐酸保护层和多个耐热保护层。

20、所述的制备益生菌颗粒的方法还包括微球的包埋率大于95％。

21、所述的制备益生菌颗粒的方法还包括达到108-1010cfu/g的活菌数。

22、所述的益生菌颗粒的尺寸在20-250微米范围内，平均尺寸为167微米。

23、所述的制备益生菌颗粒的方法还包括在巴氏灭菌之前将益生菌颗粒加入食品、食品添加剂或液体饮料例如牛奶或果汁中。

24、所述的加入益生菌颗粒的食品还包括经过热处理例如完全烘焙生产过程的干食品，例如糕点和面包。