改善益生菌粉劑質(zhì)量的輔料組合物

奚彧，王婧，董權(quán)鋒，郭佳欣，迮曉雷

湯臣倍健股份有限公司科技中心（廣州 510663）

人體胃腸道是益生菌定植并發(fā)揮作用的主要場(chǎng)所，益生菌在腸道微環(huán)境中進(jìn)行代謝活動(dòng)，密切地影響人體免疫調(diào)節(jié)[1]。腸道微生物不僅可以作為天然屏障維持腸上皮的完整性，防止病原微生物入侵，還通過調(diào)節(jié)腸道黏膜分泌抗體作用于腸道免疫系統(tǒng)，進(jìn)一步影響天然免疫和獲得性免疫。若腸道菌群改變，則易打破免疫平衡而導(dǎo)致疾病。越來越多的試驗(yàn)證據(jù)表明，腸道微生物不僅影響人體腸道本身功能，還通過調(diào)控人的免疫系統(tǒng)，從不同角度和層面影響人的健康[2]。

現(xiàn)在市場(chǎng)中比較多的益生菌劑型為粉劑，主要出現(xiàn)在食品中的液體奶、發(fā)酵乳、蛋白粉等，其優(yōu)勢(shì)在于容易獲得，但穩(wěn)定性不好保障且過程要求冷鏈運(yùn)輸，損耗大費(fèi)用高[3]。益生菌粉劑產(chǎn)品憑借其袋包工藝成熟、消費(fèi)者接受程度高等優(yōu)勢(shì)成為市面上益生菌產(chǎn)品的主要?jiǎng)┬?。然而，一方面由于生產(chǎn)條件的限制，產(chǎn)品水分活度難以控制使成品水分活度偏高，導(dǎo)致貨架期內(nèi)產(chǎn)品中益生菌穩(wěn)定性差、存活率低[4]。另一方面，輔料搭配的不合理使得終端產(chǎn)品在口服時(shí)出現(xiàn)粘牙、發(fā)熱結(jié)團(tuán)、細(xì)粉多服用不方便或糖醇過多甜度太高等不理想效果。此外，粉劑產(chǎn)品細(xì)粉率高會(huì)產(chǎn)生生產(chǎn)過程中裝量偏差大、袋包密封性差等工藝順應(yīng)性不良的問題。為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，通過研發(fā)一種新型輔料組合，系統(tǒng)性地對(duì)合適的輔料進(jìn)行篩選，從優(yōu)化口感和溶解性的方向，考慮引入糖醇作為矯味劑，提高粉劑產(chǎn)品的溶解性和口味，同時(shí)優(yōu)選糊精類輔料作為分散劑，保證體系口味的同時(shí)達(dá)到降低粉劑水分活度、實(shí)現(xiàn)整體改善現(xiàn)有益生菌粉劑產(chǎn)品質(zhì)量的目的。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

1.1.1 材料

赤蘚糖醇（河南豫鑫糖醇有限公司）；麥芽糖醇（山東福田藥業(yè)有限公司）；木糖醇（山東福田藥業(yè)有限公司）；山梨糖醇（山東綠健生物技術(shù)有限公司）；乳糖醇，Danisco USA Inc（丹尼斯克）；異麥芽酮糖醇（BENEO-PALATINIT GMBH）；抗性糊精，艾地盟生物科技（天津）有限公司；麥芽糊精（保齡寶生物股份有限公司）。

試驗(yàn)菌株見表1。

表1 試驗(yàn)菌株

1.1.2 設(shè)備與設(shè)備

LHSZ150整粒濕法混合制粒機(jī)、FZ60沸騰制粒機(jī)、HZD1200自動(dòng)提升料斗混合機(jī)（300 L料斗），浙江迦南科技股份有限公司；IR-35快速水分活度測(cè)定儀、ME203E天平，梅特勒-托利多儀器（上海）有限公司；AWLab水分活度儀（Novasina AG）。

1.2 試驗(yàn)方法

矯味劑篩選→分散劑篩選→流動(dòng)性研究→生產(chǎn)順應(yīng)性研究→成品袋包驗(yàn)證→穩(wěn)定性考察

1.2.1 矯味劑的篩選

將水分活度儀、天平和待檢輔料提前放置于溫度25 ℃、空氣相對(duì)濕度30%～40%的實(shí)驗(yàn)室中平衡1～2 h。根據(jù)水分活度測(cè)試儀的操作說明，嚴(yán)格按照相同的檢驗(yàn)步驟，做3個(gè)平行取平均值，盡可能減少試驗(yàn)誤差，確保檢測(cè)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

口感測(cè)試配方設(shè)計(jì)，是基于統(tǒng)計(jì)學(xué)中的試驗(yàn)設(shè)計(jì)法（Design of Experiment，DOE）。從產(chǎn)品端消費(fèi)者的代表性考慮，品評(píng)員男性3人，女性3人，年齡從25歲～40歲。按照感官評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)矯味劑進(jìn)行甜度、口感、溶解性打分，打分標(biāo)準(zhǔn)如表2所示。品評(píng)員需獨(dú)立評(píng)分，互不干擾，為了確保評(píng)價(jià)結(jié)果的準(zhǔn)確性，對(duì)打分結(jié)果分別統(tǒng)計(jì)，取平均值，四舍五入保留整數(shù)。

表2 感官評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

1.2.2 分散劑的篩選

粉劑產(chǎn)品中，矯味劑選定后，需要篩選合適的分散劑用于填充，分散劑的篩選直接影響產(chǎn)品的口感和工藝。因此優(yōu)選抗性糊精、麥芽糊精等成熟輔料作為本品良好的填充劑及分散劑選擇種類。主要是對(duì)理化性質(zhì)和口感進(jìn)行篩選。

理化性質(zhì)評(píng)定以常規(guī)感官測(cè)評(píng)的方法，從顏色、性狀、溶解性和流動(dòng)性四個(gè)維度進(jìn)行判定，在粉劑產(chǎn)品中，分散劑的常用物料抗性糊精和麥芽糊精的顏色呈淡黃色到白色，性狀均為粉末，對(duì)整體成品的影響比較小，因此需要評(píng)估分散劑的溶解性和流動(dòng)性兩個(gè)指標(biāo)來進(jìn)行篩選。

溶解性指標(biāo)測(cè)評(píng)：水溶性測(cè)試配方設(shè)計(jì)，是基于統(tǒng)計(jì)學(xué)中的試驗(yàn)設(shè)計(jì)法（Design of Experiment，DOE）。按照感官評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)加入分散劑后的產(chǎn)品水溶性（1 g配方粉末±30 mL溫水）和口腔溶解性（1 g配方粉末即食）進(jìn)行打分，打分標(biāo)準(zhǔn)如表3所示。品評(píng)員需獨(dú)立評(píng)分，互不干擾，為了確保評(píng)價(jià)結(jié)果的準(zhǔn)確性，對(duì)打分結(jié)果分別統(tǒng)計(jì)，取平均值，四舍五入保留整數(shù)。

表3 感官評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

流動(dòng)性指標(biāo)測(cè)評(píng)：流動(dòng)性的測(cè)試，主要利用傾斜法對(duì)分散劑的休止角進(jìn)行檢測(cè)。將分散劑粉體裝入長方形容器，將其緩慢傾斜，當(dāng)傾斜到粉體流動(dòng)時(shí)，測(cè)量長方形容器和水平面的夾角即為分散劑的休止角。休止角是粒子在粉體堆積層的自由斜面上滑動(dòng)時(shí)所受重力和粒子間摩擦力達(dá)到平衡而處于靜止?fàn)顟B(tài)下測(cè)得的，因此休止角越小，摩擦力越小，流動(dòng)性則越好。采用休止角對(duì)粉體的流動(dòng)性進(jìn)行定性說明時(shí)，通常參考卡爾流動(dòng)性指數(shù)法的標(biāo)準(zhǔn)。一般認(rèn)為休止角不超過30°時(shí)流動(dòng)性好，不超過40°時(shí)可以滿足生產(chǎn)過程中流動(dòng)性的需求，當(dāng)休止角超過50°時(shí)，粉體流動(dòng)性較差，不適于生產(chǎn)過程的操作[5]。根據(jù)以上結(jié)論，優(yōu)選休止角更小的配方。

組合配比口感篩選：矯味劑與分散劑的組合物配比篩選。根據(jù)表4的配方進(jìn)行樣品配制，進(jìn)行水分活度和口感方面的感官測(cè)評(píng)，口感的感官標(biāo)準(zhǔn)參考表2標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行評(píng)分。

表4 矯味劑與抗性糊精以及麥芽糊精不同配比組合單位：g

1.2.3 袋包裝量驗(yàn)證

按配方量稱取原料，置于混合機(jī)中，混合至物料色澤質(zhì)地均勻后，得到混合物，置于造粒機(jī)中，噴漿造粒后獲得的就是輔料組合物。調(diào)整好設(shè)備進(jìn)行分裝，凈重量控制在平均每袋1.0 g，袋包收率要在95%以上，每30 min檢查一次裝量差異和外觀。

在同一生產(chǎn)環(huán)境、同一混合設(shè)備、同一袋包機(jī)的情況下，得到3組益生菌粉劑組合，并考察其制備粉劑過程的工藝順應(yīng)性（如密封性、裝量差異、回收率）、水分活度、乳酸菌含量、口感，在加速3個(gè)月穩(wěn)定性考察后對(duì)其水分活度進(jìn)行檢測(cè)。

1.2.4 不同含量乳酸菌粉的粉劑工藝順應(yīng)性和穩(wěn)定性考察

為驗(yàn)證輔料體系的穩(wěn)定性并且可以適用于不同的配方組合，設(shè)計(jì)不同含量的乳酸菌粉劑進(jìn)行穩(wěn)定性考察。通過控制赤蘚糖醇、麥芽糖醇、抗性糊精、乳酸菌粉的用量，得到乳酸菌粉劑和1個(gè)市售成熟速溶體系粉劑配方，配方見表5。在同一生產(chǎn)環(huán)境、同一混合設(shè)備、同一袋包機(jī)的情況下，得到3組益生菌粉劑組合，并考察其制備粉劑過程的工藝順應(yīng)性（如密封性、裝量差異、回收率）、水分活度、乳酸菌含量，在37 ℃，70%濕度的培養(yǎng)箱中加速3個(gè)月穩(wěn)定性考察后對(duì)其水分活度進(jìn)行檢測(cè)，做3個(gè)平行取平均值，盡可能減少實(shí)驗(yàn)誤差，確保檢測(cè)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

表5 配方信息

2 結(jié)果與分析

2.1 確定矯味劑的使用—赤蘚糖醇、麥芽糖醇、木糖醇、山梨糖醇、乳糖醇和異麥芽酮糖醇的水分活度及口感評(píng)分

不同糖醇的水分活度平均值和感官評(píng)分的結(jié)果見表6。

表6 矯味劑水分活度和感官評(píng)價(jià)結(jié)果

根據(jù)考察結(jié)果優(yōu)選水分活度低和感官評(píng)分達(dá)標(biāo)的糖醇進(jìn)行進(jìn)一步的篩選。由表6結(jié)果可以看出，赤蘚糖醇、麥芽糖醇在感官和水分活度方面表現(xiàn)優(yōu)秀，同時(shí)，由于木糖醇的水分活度也比較低，也納入矯味劑的進(jìn)一步篩選中。根據(jù)品評(píng)員的反饋，單一糖醇的味道比較奇怪，均存在不足，如：赤蘚糖醇后味相對(duì)綿長，喉嚨的甜感留味持久；麥芽糖醇甜味相對(duì)較低，但是溶解性和口感相對(duì)赤蘚糖醇較差；木糖醇品評(píng)員反饋在口腔中形成明顯的油膜感，甜度和溶解性適中。因此可知單一糖醇制成的產(chǎn)品存在局限口感難以調(diào)整，可以復(fù)配糖醇來實(shí)現(xiàn)口感的優(yōu)化，補(bǔ)充單一糖醇存在的不足。因此將入選的三種糖醇進(jìn)行兩兩等份混合后，與單體糖醇進(jìn)行水分活度測(cè)試和“口腔溶解”指標(biāo)評(píng)分測(cè)試，口腔溶解的評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)遵循表2的口感分級(jí)進(jìn)行打分。評(píng)分結(jié)果表7顯示，赤蘚糖醇和麥芽糖醇等比組合的混合物最優(yōu)，具體表現(xiàn)為水分活度低、口腔溶解速度快。木糖醇與其余糖醇的組合仍然不能掩蓋木糖醇帶來的油膜感，因此從口感提升角度，淘汰木糖醇及其組合。

表7 不同糖醇單體及其組合物水分活度和口感評(píng)分測(cè)試結(jié)果

2.2 確定分散劑的選擇—確認(rèn)抗性糊精和麥芽糊精的選擇和配比

兩種分散劑的水分活度平均值、感官評(píng)分和流動(dòng)性休止角的檢測(cè)結(jié)果見表8。

表8 分散劑水分活度和感官評(píng)價(jià)結(jié)果

從以上結(jié)果對(duì)比來看，麥芽糊精的整體情況會(huì)略優(yōu)于抗性糊精，但整體差異不大。進(jìn)一步復(fù)配矯味劑進(jìn)行水分活度和感官評(píng)價(jià)的測(cè)評(píng)，結(jié)果見表9。

表9 矯味劑復(fù)配分散劑水分活度和感官評(píng)價(jià)結(jié)果

由表9的測(cè)試結(jié)果顯示，綜合水分活度和口腔溶解的測(cè)試結(jié)果及其評(píng)分，試驗(yàn)組3中組合物配比效果最優(yōu)，表現(xiàn)為水分活度低、口腔溶解快以及沖水溶解時(shí)不凝結(jié)成團(tuán)。

2.3 袋包裝量驗(yàn)證

按配方量稱取赤蘚糖醇、麥芽糖醇、抗性糊精，混合至混合物料色澤質(zhì)地均勻后得到混合物A。將混合物A置于造粒機(jī)中，并通過調(diào)節(jié)噴漿條件，控制粉末造粒的顆粒度大小，得到輔料組合物，上機(jī)袋包，在袋包過程中取樣進(jìn)行裝量穩(wěn)定性驗(yàn)證。袋包工藝驗(yàn)證數(shù)據(jù)見表10和表11。

表10 袋包工藝驗(yàn)證結(jié)果

表11 袋包裝量控制結(jié)果

由上述驗(yàn)證結(jié)果可知，該批產(chǎn)品的袋包收率在95%以上，工藝重現(xiàn)性較好，生產(chǎn)過程未出現(xiàn)偏差，且產(chǎn)品的質(zhì)量均符合要求。證明該產(chǎn)品袋包工藝穩(wěn)定可行，適合工業(yè)化大生產(chǎn)。

2.4 成品配方工藝順應(yīng)性和活菌數(shù)存活穩(wěn)定性

由檢測(cè)結(jié)果可知，采用赤蘚糖醇+麥芽糖醇+抗性糊精組合應(yīng)用于不同乳酸菌粉添加量的配方中均有良好的工藝順應(yīng)性和水分活度（表12），乳酸菌總數(shù)穩(wěn)定性表現(xiàn)佳（表13）。

表12 不同含量乳酸菌粉的粉劑工藝順應(yīng)性結(jié)果

表13 不同含量乳酸菌粉的粉劑穩(wěn)定性考察結(jié)果

由上述結(jié)果可知，采用赤蘚糖醇+麥芽糖醇+抗性糊精組合應(yīng)用于不同乳酸菌粉添加量的配方中均有良好的乳酸菌穩(wěn)定性。對(duì)比市售產(chǎn)品，該組合物能有效保證水分活度和更優(yōu)秀的保質(zhì)期內(nèi)穩(wěn)定性，經(jīng)過工藝驗(yàn)證又確保其具有良好的粉劑袋包工藝順應(yīng)性同時(shí)又極大改善口感，顯著提高粉劑在口腔溶解速度，降低粉末口腔抱團(tuán)和粘牙感。

3 結(jié)論

為克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，此研究通過系統(tǒng)對(duì)比、感官測(cè)評(píng)和工藝驗(yàn)證提供了一種新型輔料組合物，其有益效果在于通過將抗性糊精、赤蘚糖醇和麥芽糖醇按一定比例組合使用，并將組合物通過造粒工藝，制備得到的輔料組合物能有效保證水分活度，同時(shí)具有良好的粉劑袋包工藝順應(yīng)性。此外在確保工藝順應(yīng)性和產(chǎn)品穩(wěn)定性的同時(shí)，該輔料體系能極大改善產(chǎn)品口感，顯著提高粉劑在口腔中的溶解速度，降低粉末口腔抱團(tuán)和粘牙感。該輔料體系對(duì)即食型益生菌粉劑產(chǎn)品提供更好的口感體驗(yàn)和更優(yōu)質(zhì)的產(chǎn)品質(zhì)量。