互动科普

益生菌是近年来被炒得火热的一个关于健康的名词，但它本身却不是什么新鲜事物。实际上，人们在数千年前就已经开始食用酸奶、奶酪等含有益生菌的食物了。随着研究的深入，越来越多的学者认识到益生菌对人体健康的重要性。1899年，法国巴斯德研究院的学者蒂赛（Tissier）首次从母乳喂养的健康婴幼儿的粪便中分离出一种专性厌氧菌，那就是大名鼎鼎的“双歧杆菌”，它是益生菌的典型代表。在母乳喂养的婴儿肠道内，这种细菌的数量占总菌群的92%以上。它们与人类的许多病理、生理现象密切相关。虽然益生菌被找到了，但要让它们在人体中发挥作用却并不简单。

益生菌的“艰难旅途”

益生菌能够在人体中发挥作用，必须满足以下两个条件：一是富含益生菌的产品在生产、运输和销售过程中，要保证有足够数量的益生菌存活下来；二是产品中的益生菌要顺利通过胃酸的洗礼，到达肠道，并能定植于肠黏膜上。

通常来说，像双歧杆菌这样的益生菌在常温有氧条件下很难长时间存活。因为它们属于厌氧菌，对氧气敏感，在加工、运输和使用时，显得极端脆弱。即使通过了加工运输的考验，有幸进入人体，在强酸性的胃液面前，这些细菌也显得不堪一击。人体中的胃酸具有较强的杀菌作用，所以益生菌活菌数量在胃酸的“考验”下会大幅度下降，只有极少数的幸运儿能顺利到达肠道。

这些不利因素不仅降低了益生菌制品在常温贮存过程中的稳定性，缩短了益生菌制品的保存期，也限制了益生菌的产品形式及其在食品医药等领域的应用。只有解决这些问题才能使益生菌制品更好地发挥作用。

益生菌输送仓

如何解决这些难题呢？最直接的一个思路就是给益生菌加上个外壳，而微胶囊包埋技术是再合适不过的了。

微胶囊（Microcapsules）是近几十年来发展起来的一种用天然的或合成的高分子材料将固体或液体包覆，使之形成微小粒子的技术。与我们平时吃的感冒胶囊比起来，微胶囊的个头小得多，直径一般在几十到几百微米范围内。要知道，我们头发的横截面直径大约是100微米，这样一比，你可以想象这样的小胶囊有多小了吧。

微胶囊技术的应用始于20世纪30年代，当时的美国大西洋海岸渔业公司制成了第一种微胶囊产品，那是一种在液体石蜡中制备的鱼肝油-明胶微胶囊。经过几十年的发展，微胶囊制备技术日益成熟，应用范围也扩展到食品、轻工、医药、农业及生物技术等领域。

图1. 扫描电子显微镜下的微胶囊就像一个个小圆球，跟我们平常接触的胶囊的相貌截然不同。

微胶囊是怎样制成的？

把药物填进一个几十微米大的空壳简直就是不可能的任务。因此，与先做好外壳再把药物填入的常规胶囊制作过程不同，制作微胶囊的过程更像是做一个夹杂了果粒的果冻，用类似果冻明胶的包埋材料将益生菌这样的“果粒”裹起来。

目前常用的是挤压法（Extrusion）与乳化法（Emulsification）。这两种方法都是相对简单迅捷的方法，而且效果也不错，可以将益生菌的存活率提高80%〜95%。

挤压法，顾名思义，就是采用挤压设备将混合了益生菌聚合物溶液滴入交联剂（使微胶囊聚合物固化成型的化学物质）中，经固化交联形成具有一定机械强度的、稳定的水凝胶微球。这个过程有点像“汆丸子”。如果只是在实验室中小量制备，用到的设备工具很简单，一只普通注射器就可以搞定。将聚合物溶液（通常是海藻酸钠）和微生物细胞混合，搅拌均匀，然后用注射器将其滴入固定液中，一段时间后，海藻酸钠分子内部会发生交联，形成网格结构，从而形成海藻酸钙凝胶微球。这时，再通过过滤取出产品就可以了。这个方法所采用的原料—海藻酸钠来源较广，价格低廉，生物相容性好。同时，整个方法的制备条件温和，能保持较高的细胞存活率。

第二种方法—乳化法则要先将原料和固定液混合制成乳化液。关于乳化液的专业描述是，一种液体以极微小液滴均匀地分散在互不相溶的另一种液体中。其实，我们大家几乎都有自制乳化液的经验：吃饺子的时候，要蘸香油和醋，通常是将香油滴到醋里，再快速搅拌，就会发现在醋中形成了很多香油小液滴，这样就是一种简单的乳化液了。

只不过在生产微胶囊过程中，是将水溶性的多聚物（如琼脂糖、结冷胶、海藻酸钠、壳聚糖和明胶等）加入到油中（通常是植物油）。操作时，先将少量益生菌细胞-聚合物溶液加入到大量的植物油中，在搅拌力的作用下，含有细胞的聚合物悬浮液会分散于油相中，形成乳化液。在此之后，我们可以根据聚合物材料各自不同的凝胶性质，通过改变温度或添加交联剂，使乳液中的聚合物悬浮液滴最终固化，在油中形成不溶性的微小胶粒。此项技术已成功用于包埋乳酸菌生产发酵乳。

由于益生菌相对于普通微生物细胞更容易失去活性，因此,在微胶囊材料选择和制备方法上也就有了更高要求。对益生菌的包埋要选择具有良好通透性、胶凝性和生物相容性的天然高分子材料，以尽可能地保持益生菌细胞的活力。同时,在微胶囊的制备方法上应尽量采取快速温和的方法，以减小细胞活力的损失。另外，在制备微胶囊时常用的多数化学交联剂都对细胞的活性有负面影响，选择起来要格外小心。

图2. 制作益生菌微胶囊的两种常用方法

当微胶囊遇上益生菌

将益生菌用微胶囊技术包埋,就如同把益生菌装进了输送仓，可以为它们提供良好的保护。

首先，微胶囊可以创造一个良好的厌氧微环境。作为一个外壳，微胶囊就如同盔甲一样，可以让益生菌在运输过程和使用过程中免受氧气、高温等不利条件的侵袭，降低外界环境对细胞的损伤，同时还能防止被其他有害菌类污染，使得益生菌群被完整地保留下来。

其次，包埋在肠溶性壁材中的益生菌能有效抵御胃液的侵蚀，使尽可能多的活菌体到达肠道。如日本森下仁丹公司制备的微胶囊可一次性输送10亿个活菌安全通过胃酸这一关，直接送进肠道。在达到指定位置后，肠溶性的胶囊外壳就能在肠道定点降解，将包埋的益生菌释放出来，使益生菌在正确的位置扎根落户，生长繁育，起到有益于健康的作用。

再者，微胶囊掩盖了益生菌特有的令人不快的气味。虽然益生菌对人体有好处，但是它们在生长发酵过程中或多或少会产生一些人们难以忍受的气味。如果直接应用于食品，很难被人们接受，这在一定程度上影响了益生菌产品的发展。采用微胶囊技术将其包埋处理，可减少或消除异味。并且，一旦制成了近似球状的微小颗粒，要再利用就方便多了，可以将其添加到液体、果冻及粉末状的各种药品和食品中。

微胶囊技术与微胶囊包埋处理益生菌现已广泛用于多种发酵乳制品的生产，使发酵产品品质更稳定。同时，微胶囊技术给食品与医药领域带来了极大的革新和进步。目前，越来越多的科学工作者正把微胶囊技术应用于更为广泛的领域中。相信随着新型安全、经济高效包埋材料的开发，以及微胶囊技术方法的改善，益生菌将给我们的生活带来更多的惊喜。 

（本文发表于《科学世界》2011年第6期）