一种利用金属有机骨架封装益生菌的方法

本发明涉及益生菌，具体地说，涉及一种利用金属有机骨架封装益生菌的方法。

背景技术：

1、益生菌(probiotics)为有益的活性微生物，能够在人体胃肠道产生多种天然抑菌物质，维持人体胃肠道菌群平衡并改善身体状态。含益生菌的食品及各种乳制品因其营养健康和功能深受消费者欢迎。但益生菌对环境耐受性较差，难以直接在食品和奶制品中应用。目前市面上的益生菌相关产品多为丸剂、片剂、晶球、胶囊以及低温产品，而在常温液体食品以及奶制品中鲜有应用。主要原因除了游离益生菌在巴杀条件下存活率低外，常温液体食品以及奶制品中的高水活度严重影响益生菌在货架期内的活性。面对这些挑战，对益生菌进行包覆和封装之后再加入常温产品中是有效的解决方案。目前益生菌包覆方面有关专利主要为喷雾包覆封装，主要采用蛋白凝胶层和疏水层交替包覆益生菌，不仅步骤繁琐，而且多层(3层以上)包覆，过程中难以控制粒径，最终包覆封装益生菌粒径大(数百微米至数毫米)，产生明显颗粒感，这也是包覆益生菌目前未在常温液体食品和奶制品中应用的关键技术难点(目前未见有粒径小于100微米的包覆益生菌成功应用于产品中的报道)。开发新的食品、医药领域许可应用的包覆技术对推动包覆益生菌的工业化应用具有重要意义。尽管一些研究表明生物蛋白、聚多巴胺、硅胶、石墨烯等生物制剂和新材料有望用于益生菌的包覆，但总体而言造价昂贵、传统无机材料又存在生物相容性不足以及在食品和医药行业的安全性问题，存在诸多局限。

2、金属有机骨架(metal organic framework，mof)由金属离子或金属簇与多官能团的有机配体，通过配位自组装形成的具有周期性三维网络结构的多孔性晶体材料，作为一种新兴的材料，具有结构和粒径可调，可设计强等优点，在益生菌包覆领域具有重要开发应用前景。对金属离子和有机配体自组装进行理性调控形成纳米多孔mof，进而使用这些纳米尺度的保护性外壳将活细胞包裹起来外壳提供物理屏障，可增强细胞对不利环境的耐受性。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种利用金属有机骨架封装益生菌的方法。

2、本发明构思如下：提供一种具有生物相容性的fe3+和有机配体(富马酸、富马酸钠或富马酸/富马酸钠混合液)在常温水相体系自组装形成的mof对单细胞益生菌包覆/封装的方法，即用mof纳米壳层对单细胞益生菌进行封装，封装的单细胞益生菌尺寸在1μm左右。利用mof的多孔性，在封装过程或冻干过程中加入一些营养基质，可保持菌体在长期储存过程中的营养需求。在此基础上，进一步通过喷雾干燥引入外部壁材对mof封装益生菌进行单层或多层包覆，形成的包覆益生菌粒径在20μm以内，添加到奶粉、酸奶制品中对口感没有任何影响。

3、为了实现本发明目的，第一方面，本发明提供一种利用金属有机骨架封装益生菌的方法，在常温水相体系中，将金属离子和有机配体与益生菌接触，使金属离子与有机配体直接在益生菌表面进行原位自组装，从而实现对益生菌的封装；或者，先将金属离子和有机配体进行自组装形成多孔性晶体材料后再与益生菌接触，对益生菌进行封装。

4、进一步地，所述金属离子可以是fe3+；所述有机配体可以是富马酸溶液、富马酸钠溶液，或者富马酸与富马酸钠的混合液。

5、进一步地，所述fe3+为水溶性铁盐，浓度为0.1～5mm，优选fecl3、fe2(so4)3、fe(no3)3中的一种或多种。

6、优选地，所述有机配体的浓度为0.1～5mm。

7、前述的方法，对益生菌封装后进行冻干，得到封装益生菌，尺寸为1μm左右。

8、进一步地，封装或冻干过程中，可加入用于维持益生菌活性的营养物质。

9、所述营养物质可选自单宁酸、海藻糖、乳糖、乳清蛋白或谷氨酸钠等中的一种或多种。

10、前述的方法，通过喷雾干燥引入壁材对所述封装益生菌进行单层或多层包覆。

11、进一步地，所述壁材可选自海藻糖、乳糖、乳清蛋白、三油酸甘油酯、单油酸甘油酯、双油酸甘油酯、三豆蔻酸甘油酯、双豆蔻酸甘油酯、单豆蔻酸甘油酯、三月桂酸甘油酯、双月桂酸甘油酯、单月酸甘油酯等中的一种或多种。

12、本发明中，所述益生菌包括但不限于副干酪乳杆菌、凝结芽孢杆菌、双歧杆菌、大肠杆菌、鼠李糖乳杆菌lgg等中的一种或多种。

13、第二方面，本发明提供按照所述方法制备的益生菌产品。

14、优选地，所述益生菌产品的粒径在20μm以内。

15、第三方面，本发明提供所述益生菌产品的以下任一应用：

16、1)用于食品(如乳制品)领域；

17、2)用于饲料领域；

18、3)用于畜禽及水产养殖。

19、借由上述技术方案，本发明至少具有下列优点及有益效果：

20、本发明提供一种金属有机骨架(mof)对益生菌单细胞进行原位封装的方法。所述金属有机骨架(mof)金属离子为fe3+，有机配体为富马酸、富马酸钠或富马酸/富马酸钠混合液。将金属离子与有机配体直接在益生菌单细胞表面进行原位自组装，从而实现对益生菌的单细胞封装；也可先将金属离子和有机配体进行自组装形成mof后再对益生菌进行封装。利用mof的多孔性，在封装过程或冻干过程中加入一些营养基质，可保持菌体在长期储存过程中的营养需求。在此基础上，进一步通过一次或多次喷雾干燥引入外部壁材对mof封装益生菌进行单层或多层包覆，最终形成的包覆益生菌粒径在20μm以内，在酸奶、奶粉以及乳酸饮料制品等多种产品中具有重要应用前景。

21、本发明中，通过配位自组装形成的纳米外壳将益生菌与外部环境有效隔离，显著提升了益生菌对热以及其它不利环境的耐受性，同时，利用配位自组装材料的多孔性，在多孔mof中可基于菌体对不同营养基质的需求理性加入营养物质使得菌体在长期储存过程能保持较高的活性。制备工艺简单，易规模放大，具有很好的工业化推广应用前景。

技术特征：

1.一种利用金属有机骨架封装益生菌的方法，其特征在于，在常温水相体系中，将金属离子和有机配体与益生菌接触，使金属离子与有机配体直接在益生菌表面进行原位自组装，从而实现对益生菌的封装；或者，先将金属离子和有机配体进行自组装形成多孔性晶体材料后再与益生菌接触，对益生菌进行封装。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述金属离子为fe3+；所述有机配体为富马酸溶液、富马酸钠溶液，或者富马酸与富马酸钠的混合液。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述fe3+为水溶性铁盐，浓度为0.1～5mm，优选fecl3、fe2(so4)3、fe(no3)3中的一种或多种；

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，对益生菌封装后进行冻干，得到封装益生菌；

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述营养物质选自单宁酸、海藻糖、乳糖、乳清蛋白或谷氨酸钠中的一种或多种。

6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，通过喷雾干燥引入壁材对所述封装益生菌进行单层或多层包覆。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述壁材选自海藻糖、乳糖、乳清蛋白、三油酸甘油酯、单油酸甘油酯、双油酸甘油酯、三豆蔻酸甘油酯、双豆蔻酸甘油酯、单豆蔻酸甘油酯、三月桂酸甘油酯、双月桂酸甘油酯、单月酸甘油酯中的一种或多种。

8.根据权利要求1-7任一项所述的方法，其特征在于，所述益生菌选自副干酪乳杆菌、凝结芽孢杆菌、双歧杆菌、大肠杆菌、鼠李糖乳杆菌lgg中的一种或多种。

9.按照权利要求1-8任一项所述方法制备的益生菌产品；

10.权利要求9所述益生菌产品的以下任一应用：

技术总结本发明提供一种利用金属有机骨架封装益生菌的方法，在常温水相体系中，使金属离子与有机配体直接在益生菌表面进行原位自组装，从而实现对益生菌的封装；或者，先将金属离子和有机配体进行自组装形成多孔性晶体材料后再与益生菌接触，对益生菌进行封装。通过配位自组装形成的纳米外壳将益生菌与外部环境有效隔离，显著提升了益生菌对热以及其它不利环境的耐受性，同时利用配位自组装材料的多孔性，在多孔MOF中可基于菌体对不同营养基质的需求理性加入营养物质使得菌体在长期储存过程能保持较高的活性。制备工艺简单，易规模放大，应用前景广阔。技术研发人员：杜伟,杜卓洋,邹志强,戴玲妹受保护的技术使用者：清华大学技术研发日：技术公布日：2024/9/9