一种基于微流控技术的发酵前包被益生菌制备方法技术

本发明专利技术公开了一种基于微流控技术的发酵前包被益生菌制备方法。该方法包含微流控通路发酵罐，用于微胶囊的制备和微囊化益生菌的培养。过程包括：第一，包被芯材(微生物细胞)和壁材混合液即水相的配制；第二，乳化体系油相混合液的配制；第三，水相的输送和挤出；第四，包被芯材的圆形微胶囊的形成和固化；第五，包被芯材的微胶囊的培养和分离。通过该方法可以制得直径为100‑600微米的微胶囊，且微胶囊球形度良好。本发明专利技术创新点在于微流控通路控制微胶囊的尺寸，以保持其具有更好地均一性。通过用安装微流控通路的发酵罐制备微胶囊和后期发酵，实现了益生菌微胶囊的规模化生产。本发明专利技术适应于饲料、食品、医药等多个领域微生物微胶囊的制备。

A method of preparation of probiotics by microfluidic technology

【技术实现步骤摘要】
一种基于微流控技术的发酵前包被益生菌制备方法
本专利技术涉及一种基于微流控技术的发酵前包被益生菌制备方法，属于生物

技术介绍
微胶囊技术在保护生物活性分子、组织和细胞以对抗不利环境方面具有工人的良好效果。随着微胶囊技术的发展，其在包被细胞，尤其是微生物细胞的大批量规模化生产方面也取得了长足的发展。目前投入实际生产的发酵前包被益生菌微胶囊的制备方法主要有挤压喷雾法和乳化凝胶化法。而挤压喷雾法在用于生产过程中，单个喷头生产效率低下，很难满足规模化的要求。多个喷头，不但进一步增加了装置的成本和复杂性，而且往往会导致微胶囊的制备过程成膜材料的通路较差，极大影响产品外形(球形度)和得率，且产品粒径不能控制。而且挤压喷雾法在用于包被微生物细胞时，还存在微生物活性损失较大，造成最终产品微生物活性和密度都不高等问题。乳化凝胶化法在某种程度上很好的解决了挤压喷雾法存在的一些问题，如设备复杂，产能低，球型度差，微生物活性损失大等问题，在规模化益生菌发酵前包被领域展露出良好的应用前景。但乳化凝胶化法存在的问题是，微胶囊的粒径很难控制，大小不均一，甚至微胶囊聚团现象严重，导致产品分散性和均匀度不好。且由于微胶囊大小不均一，由于传质问题导致的微胶囊内部微生物生长不均衡现象严重。这些都极大影响了微囊化发酵前包被益生菌最终产品的质量提高和品质保证。本专利技术采用微流控技术，结合了乳化凝胶化法的优点，采用改装后的搅拌桨式发酵罐为生物微胶囊制备设备生产发酵前包被益生菌微胶囊产品。不但解决了挤压喷雾存在的球型度差，产能低，微生物活性损失大等问题，同时也是实现了设备产品采用混合淀粉高温干燥的方法进行干燥，最终得到可以实际应用的多功能生物微胶囊产品。最终产品的良好球型度好、均一粒径和良好单分散性好，进一步提高了产品的品质。是一种很好的面向规模化的高质量发酵前包被微胶囊制备方法。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提供一种基于微流控技术的发酵前包被益生菌制备方法。该方法利用改装后的微生物发酵罐实现了微生物微胶囊的工业化制备，操作简单、材料和设备成本低廉。特别地，通过该方法采用微流控技术使制备的微生物微胶囊形态良好，粒度均一。更适合于高品质微囊化发酵前包被益生菌产品的工业化生产。本专利技术适应于饲料、食品、医药等多个领域微生物微胶囊的制备。为了解决上述技术问题，本专利技术采取的技术方案为：一种基于微流控技术的发酵前包被益生菌制备方法，该方法包括以下步骤：(1)微流控通路及面板发酵罐的装配：在微生物发酵罐中安装微流控通路，微流控通路包括输送泵，流量控制器，可升降主通路和固定分通路等部分。(2)芯材(微生物细胞)和壁材混合液即水相的配制：在微生物发酵系统的补料罐中配制浓度为1.0g/L-2.0g/L的海藻酸钠溶液，按与所述海藻酸钠质量比为1∶1-1.5的比例称取CaCO3，加入至补料罐中，混合均匀，灭菌，然后冷却至35℃-38℃，加入对数生长末期的微生物种子液，至微生物密度为1×106-5×106cfu/ml，充分混匀作为水相。(3)油相混合液的配制：向液体石蜡中加入司盘80，所述司盘80的体积百分含量为0.1％-0.3％，然后按冰醋酸与油相体积比为1∶5000-6000的比例加入冰醋酸作为油相，按照水相与油相的体积比为1∶3-5的比例将油相挤压通过0.22μm的过滤膜加入到发酵罐中。(4)微胶囊的制备：将主通路降至发酵罐中油相液面以下，通过输送泵将水相经主通路和分通路输送至油相之中，油相维持600～800rpm的搅拌速度，将水相完全输入油箱中后，继续搅拌10-20min，使微胶囊进一步固定化，并停止搅拌，再按与水相体积比1∶10-20的比例向反应体系中加入CaCl2溶液，微胶囊缓慢沉降，依次吸走油相和水相，截留微胶囊，并用清水清洗1～2次。(5)微囊化益生菌的培养：将适于微生物生长的培养基加入到发酵罐中，培养微胶囊化后的微生物至微生物细胞充满微胶囊内部80％以上的空间，过滤分离得到湿微胶囊产品。通过干燥得到微囊化发酵前包被益生菌产品。进一步地，为了的到粒度均一可控的微胶囊产品，该方法利用微流控系统控制微胶囊的生产速率及粒径大小和均一性。其中微流控系统包括：输送泵，流量控制器，可升降主通路和固定分通路等部分组成。进一步的，该方法所采用油相包含有液体石蜡、司盘80和冰醋酸。这样的配比方案，使得水相在进入油相后即可形成固化胶囊，固化胶囊容易沉积到发酵罐体底部，这样既保证了微胶囊的形态和本身的牢固性，又不影响后面水相形成微胶囊的过程，避免了微胶囊之间的粘连和聚集。进一步地，该方法还包括利用流化床干燥湿微胶囊产品从而获得干的微胶囊产品。所述流化床干燥的条件为：按质量百分比为5％-10％的量向微胶囊湿产品中加入淀粉，搅拌均匀，40℃干燥4小时。采取上述方法不但能使微胶囊在干燥过程中保持良好的单分散性，成本便宜，而且40℃的干燥条件充分保证了微胶囊内部微生物的活性，和最终产品的良好色泽。本专利技术基于微流控技术，结合乳化凝胶化原理对微生物进行微胶囊包被。其优势表现在：①本专利技术微生物微胶囊的制备基于基于微流控技术，能够更好的控制微胶囊粒径的大小和均匀度，比现有挤压喷雾法和乳化凝胶化法的发酵前包被具有更好的球形度和单分散性；②包被属于发酵前包被，通过包彼后的培养，使菌体可继续在微胶囊微环境下增殖，细胞密度大小可控；微胶囊粒度均一，不同微胶囊之间，传质一致，因此微生物生长一致化程度更高，微囊化产品的微生物密度均匀；③将微囊化微生物发酵并干燥后，转变成一种稳定的细粉颗粒，在更好的保护了微生物活性的同时，改变了其存在的形态，产品具有良好的流动性和分散性，和微生物活性；④微生物存在于微胶囊形成的独立微环境中，可与配伍禁忌的各种成分在同一产品中隔开。附图说明图1微流控结构示意图图2微流控技术的发酵前包被益生菌制备生产示意图。图31000升发酵罐生产的微囊化酵母菌示意图。图41000升发酵罐生产的酵母菌微胶囊粒径分布图图51000升发酵罐生产的微囊化乳酸菌示意图。图61000升发酵罐生产的乳酸菌微胶囊粒径分布图图7微流控技术、挤压喷雾和乳化凝胶化制备的发酵前包被益生菌产品外观形态对比图8微流控技术、挤压喷雾和乳化凝胶化制备的发酵前包被益生菌产品粒径分布具体实施方式下面结合具体实施例，进一步阐述本专利技术。但这些实施例仅限于说明本专利技术而不用于限制本专利技术的保护范围。以下实施例中的实验方法如无特别说明均为常规方法。以下实施例中所用材料、试剂等如无特别说明均可从商业途径得到。实施例1：1000升发酵罐生产酵母菌微胶囊1、种子液的制备：将保存的酵母菌菌种接种在YPD培养基中，30±1℃，摇瓶培养8-10小时，至酵母菌生长至对数生长末期，停止培养备用。2、芯材(微生物细胞)和壁材混合液即水相的配制：在微生物发酵系统的补料罐中加入60L水，称取120g食品级海藻酸钠，加入到补料罐中，搅拌至全部溶解，配成浓度为2.0g/L的海藻酸钠溶液。按与所用海藻酸钠质量比为1∶1.5的比例称取180gCaCO3，加入至补料罐中，混合均匀，115℃蒸汽灭菌25min，冷却至38℃左右，加入对数生长未期的微生物种子液，至106cfu/ml左右密度，再次充分混匀作为水相。3、油相混合液的配制：向300L液体石本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于微流控技术的发酵前包被益生菌制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：(1)微流控通路及面板发酵罐的装配：在微生物发酵罐中安装微流控通路及面板，微流控通路和面板包括输送泵，流量控制器，可升降主通路，固定分通路等部分；(2)芯材(微生物细胞)和壁材混合液即水相的配制：在微生物发酵系统的补料罐中配制浓度为1.0g/L‑2.0g/L的海藻酸钠溶液，按与所述海藻酸钠质量比为1∶1‑1.5的比例称取CaCO3，加入至补料罐中，混合均匀，灭菌，然后冷却至35℃‑38℃，加入对数生长末期的微生物种子液，至微生物密度为1×10

【技术特征摘要】
1.一种基于微流控技术的发酵前包被益生菌制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：(1)微流控通路及面板发酵罐的装配：在微生物发酵罐中安装微流控通路及面板，微流控通路和面板包括输送泵，流量控制器，可升降主通路，固定分通路等部分；(2)芯材(微生物细胞)和壁材混合液即水相的配制：在微生物发酵系统的补料罐中配制浓度为1.0g/L-2.0g/L的海藻酸钠溶液，按与所述海藻酸钠质量比为1∶1-1.5的比例称取CaCO3，加入至补料罐中，混合均匀，灭菌，然后冷却至35℃-38℃，加入对数生长末期的微生物种子液，至微生物密度为1×106-5×106cfu/ml，充分混匀作为水相；(3)油相混合液的配制：向液体石蜡中加入司盘80，所述司盘80的体积百分含量为0.1％-0.3％，然后按冰醋酸与油相体积比为1∶5000-6000的比例加入冰醋酸作为油相，按照水相与油相的体积比为1∶3-5的比例将油相挤压通过0.22μm的过滤膜加入到发酵罐中；(4)微胶囊的制备：将主通路降至发酵罐中油相液面以下，通过输送泵将水相经主通路和分通路输送至油相之中，油相维持600～80...

【专利技术属性】
技术研发人员：贠婷婷，
申请(专利权)人：贠婷婷，
类型：发明
国别省市：北京,11