[发明专利]聚丙烯酸钠接枝海藻酸钠包埋益生菌微胶囊及其制备方法

说明书

技术领域

 本发明属于益生菌制品制备技术领域，具体是涉及一种聚丙烯酸钠接枝海藻酸钠包埋益生菌微胶囊及其制备方法。

背景技术

当今社会，随着人们生活与工作的压力不断增大，加之环境污染等原因的影响，亚健康人群不断增加。饮用含有益生菌的饮品已经成为人们养生保健的佳选。研究证实：益生菌具有维持肠道生态平衡、防治癌症和提高机体免疫力等功能，其保健效果的发挥与到达肠道的活菌数量密切相关。然而，人体内的胃酸、胆盐和消化酶等均具有杀菌作用（以胃酸的杀菌作用最为显著）。为防止益生菌在体内失活，利用高分子材料（壁材）对益生菌（芯材）进行包埋保护，已经成为研究的热点。

包埋壁材的性质对于益生菌保护作用具有重要的影响。海藻酸钠是使用最为广泛的一种抗胃酸渗入壁材，与钙离子交联条件温和，适合益生菌的包埋。然而，钙离子交联形成的凝胶孔隙过大（5-200 nm），不能有效地阻隔胃酸的渗入。外层涂覆壳聚糖，可通过静电相互作用与内层形成紧密结合，一定程度上缩小孔隙，但所制备微胶囊的机械强度和对益生菌的保护作用仍有待进一步提高。

传统改善方法是增加内层壁材的质量或种类，将海藻酸钠与其他天然高分子材料（如卡拉胶、淀粉等）以不同比例混合使用。然而，天然高分子材料粘度普遍较高，给挤出法制备微胶囊带来困难，且混合体系的稳定性不佳。

也有研究致力于增加外涂层数。例如，涂覆双层壳聚糖或在壳聚糖外层增加羧甲基壳聚糖涂层，专利CN103355656A也公开了在壳聚糖外层增加Eudragit^?涂层（甲基丙烯酸与甲基丙烯酸甲酯的共聚物）等。该法虽然操作简便，但多层涂覆稳定性差，易受外界环境影响，且涂层相对内层较薄（<10 μm，Biomacromolecules, 12 (2011) 2834-2840），阻挡胃酸能力有限。

改善内层壁材结构也是提高益生菌保护作用的一条有效途径，然而致力此方面的研究还较少。Tien等分别使用丁二酸酐或棕榈酰氯对海藻酸钠进行改性，从增加羧基含量和疏水改性两个方向入手，胃酸30 min实验结果显示改性微胶囊中鼠李糖乳杆菌存活数量均较海藻酸钠微胶囊有所提高（Applied biochemistry and biotechnology, 39(2004) 347-354）。但Amine等用棕榈酰化的海藻酸钠包埋长双岐杆菌，胃肠液实验结果显示棕榈酰化海藻酸钠与海藻酸钠相比并无明显优势（Food control, 37 (2014) 193-199）。因此，羧基修饰海藻酸钠有保护益生菌通过胃液的良好潜能。

发明内容

本发明为解决海藻酸钠与钙离子交联形成的凝胶孔隙过大，不能有效阻隔胃酸渗入等问题，从增加海藻酸钠羧基含量入手，致力于内层壁材结构的改造，提供一种聚丙烯酸钠接枝海藻酸钠包埋益生菌微胶囊及其制备方法。

本发明将具有服用安全性的聚丙烯酸钠接枝在海藻酸钠主链上。接枝改性可以在保持海藻酸钠原有物理机械性能的前提下，在材料基体上引入特定的功能性基团（如羧基）。相较于小分子修饰（如丁二酸酐等），接枝法可在更宽的范围内调控羧基在海藻酸钠主链上的分布和含量。羧基含量的增加有利于提高微胶囊对胃酸的缓冲作用；适合的羧基分布可以增加内层壁材与钙离子的交联密度，减小凝胶孔隙，提高微胶囊机械强度。

本发明的技术方案：

一种聚丙烯酸钠接枝海藻酸钠包埋益生菌微胶囊，所述微胶囊以聚丙烯酸钠接枝海藻酸钠（Alg-PAAs）与海藻酸钠（Alg）的复合物为内层壁材，钙离子交联包埋益生菌，外层涂覆壳聚糖而制成。所述微胶囊的粒径为1.2 mm-2.2 mm，益生菌包埋率为90-99%。钙离子可同时交联海藻酸钠和聚丙烯酸钠，形成互贯网络包埋益生菌，提高包埋率。相比于化学交联（如以双丙烯酰胺为交联剂，Journal of chemical sciences, 122 (2010) 651-659），钙离子交联更适合于益生菌的包埋和肠道释放。

所述内层壁材中聚丙烯酸钠接枝海藻酸钠的结构式如下所示：

结构式中：x、y和z是重复单元数，聚丙烯酸钠接枝海藻酸钠的重均分子量为100-500万，被接枝海藻酸钠的重复单元数x与总海藻酸钠的重复单元数（x+y）的比值为1:50-1:5，聚丙烯酸钠的重复单元数z与总海藻酸钠的重复单元数（x+y）的比值为1:1-1:10。

一种聚丙烯酸钠接枝海藻酸钠包埋益生菌微胶囊的制备方法，步骤如下：

第1步、聚丙烯酸钠接枝海藻酸钠的制备：