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益生菌是活的微生物,当人或动物摄入足够数量的活菌之后,将对其健康产生有益的影响。然而益生菌却非常脆弱,容易受到保存环境影响而失去活性。在益生菌制品的加工处理、运输和销售期如何保持益生菌活性是制约该产业发展的瓶颈。本研究以典型的益生菌鼠李糖乳杆菌Lactobacillus rhamnosus GG (LGG)为研究对象,开发了2种新型微胶囊包埋工艺,显著提高了该菌的保存活性,并对微胶囊提高益生菌保存活性的机理进行了研究,主要研究成果如下：(1)开发了以脱脂乳—虫胶—脂质为壁材的3壳层包覆LGG微胶囊化工艺。菌体先以脱脂乳包埋,再挤压成细线状。将其在20Pa、-40℃真空冷冻干燥48h后,挤压成0.5-1mm颗粒,然后再经过流化床依次包覆虫胶和脂质获得3壳层微胶囊化的LGG。虫胶包覆采用底部喷洒法,喷洒速率4ml/min；脂质包覆采用顶部喷洒法,融化脂质喷洒速率2ml/min。流化床气速110m3/h,进气温度45℃。微胶囊化的LGG样品在25℃、相对湿度70%条件下保存56天后,该3壳层微胶囊化的菌活性为4.3log10(cfu/g),比单纯用脱脂乳包埋的菌活性提高了1.3个log值。(2)开发了以乳清分离蛋白+麦芽糊精+葡萄糖(1：1：1)为壁材的LGG的复合微胶囊包覆工艺。在90℃下,将乳清分离蛋白热处理变性,加入麦芽糊精和葡萄糖制成壁材溶液,将2%的新鲜菌体加入壁材溶液中混匀,将其在20Pa、-40℃真空冷冻干燥48h后,得到微胶囊化的LGG。将该样品在25℃、33%相对湿度下保存35天,其活性仍保持在8.75log10(cfu/g)与不含葡萄糖的普通微胶囊壁材(乳清分离蛋白+麦芽糊精(1：2))相比,存活性提高了3.7个log值。然而这种保存活性被显著提高的现象并没有在70%相对湿度保存条件下观察到。(3)研究了葡萄糖提高LGG保存活性的作用机制。L-葡萄糖与D-葡萄糖为对映异构体,二者理化性质高度相似,实验证明LGG与多数生物一样,不能代谢L-葡萄糖。制备了3种微胶囊壁材即乳清分离蛋白+麦芽糊精+L-葡萄糖；乳清分离蛋白+麦芽糊精+D-葡萄糖和乳清分离蛋白+麦芽糊精(空白)。用这3种壁材微胶囊化的LGG样品在25℃、相对湿度33%条件下保存35天。活性检测结果表明,L-或D-葡萄糖均能提高LGG的保存活性,且两者效果相同。由此推论：尽管L-葡萄糖不能被LGG代谢,但仍然起到提高LGG保存活性的作用,因此,葡萄糖提高LGG保存活性并不是由于它的营养作用,而是由于其物理或化学性质作用；(4)建立了一种检测细胞膜完整性的方法,并用该方法研究了葡萄糖对LGG细胞膜的保护作用。结果显示,在微胶囊壁材中加入葡萄糖成分可有效地提高LGG在真空冷冻干燥过程及在25℃、相对湿度33%保存条件下细胞膜的完整性,此时菌体保存活性也大幅提高。而当样品在相对湿度70%、25℃条件下保存时,葡萄糖的加入并不能有效地保护LGG的细胞膜或提高它的保存活性。数据显示,益生菌细胞膜的完整性与它的干燥保存活性密切相关。表明葡萄糖对益生菌细胞膜具有保护作用,从而提高其保存活性。微胶囊壁材中添加葡萄糖成分后降低了微胶囊壁材的玻璃态转化温度(一般认为不利于益生菌的保存),但葡萄糖对细胞膜的保护作用对益生菌保存活性影响更显著,因此提高了LGG的保存活性(5)采用时间域’H核磁共振谱法对冷冻干燥的微胶囊壁材组分的分子流动性进行了研究,将该数据与LGG保存活性数据相比较,发现微胶囊壁材的分子流动性与微胶囊化的LGG的失活速率呈显著线性相关。核磁共振谱的驰豫时间T2short%所占比例越高,益生菌的保存失活速率越低。样品的水分吸收量与核磁共振谱的驰豫时间T21ong%呈线性相关,较大的T21ong%伴随着LGG较快的失活速率。在微胶囊壁材原料遴选过程中,应选取分子流动性较低、吸水性较低的原料以提高益生菌的保存活性。通过测量样品水分吸收量可以简单地预测微胶囊化益生菌在干燥保存期间的失活速率。这一发现对益生菌微胶囊壁材遴选及其微胶囊化工艺设计有一定的指导意义。综上,本课题开发了2种微胶囊工艺,分别将LGG在特定条件下的保存活性提高了1.3和3.7个log值。研究了葡萄糖提高LGG保存活性的作用机制、葡萄糖对LGG细胞膜的保护作用、以及微胶囊壁材组分的分子流动性与益生菌LGG失活速率的关系,研究发现：a.L-葡萄糖(非代谢糖)的加入可以大幅提高LGG的干燥保存活性,与D-葡萄糖(可代谢糖)具有相同的作用。b.葡萄糖对细胞膜具有保护作用。将葡萄糖加入微胶囊壁材,可提高益生菌在脱水干燥过程及干燥保存期间的细胞膜完整性,进而提高益生菌的保存活性；c.微胶囊壁材的分子流动性与益生菌干燥保存活性密切相关,选取流动性较小(即NMR信号的T2short%所占比例较大)的壁材有利于提高益生菌的保存活性。