改善益生菌粉剂质量的辅料组合物

奚彧，王婧，董权锋，郭佳欣，迮晓雷

汤臣倍健股份有限公司科技中心（广州 510663）

人体胃肠道是益生菌定植并发挥作用的主要场所，益生菌在肠道微环境中进行代谢活动，密切地影响人体免疫调节[1]。肠道微生物不仅可以作为天然屏障维持肠上皮的完整性，防止病原微生物入侵，还通过调节肠道黏膜分泌抗体作用于肠道免疫系统，进一步影响天然免疫和获得性免疫。若肠道菌群改变，则易打破免疫平衡而导致疾病。越来越多的试验证据表明，肠道微生物不仅影响人体肠道本身功能，还通过调控人的免疫系统，从不同角度和层面影响人的健康[2]。

现在市场中比较多的益生菌剂型为粉剂，主要出现在食品中的液体奶、发酵乳、蛋白粉等，其优势在于容易获得，但稳定性不好保障且过程要求冷链运输，损耗大费用高[3]。益生菌粉剂产品凭借其袋包工艺成熟、消费者接受程度高等优势成为市面上益生菌产品的主要剂型。然而，一方面由于生产条件的限制，产品水分活度难以控制使成品水分活度偏高，导致货架期内产品中益生菌稳定性差、存活率低[4]。另一方面，辅料搭配的不合理使得终端产品在口服时出现粘牙、发热结团、细粉多服用不方便或糖醇过多甜度太高等不理想效果。此外，粉剂产品细粉率高会产生生产过程中装量偏差大、袋包密封性差等工艺顺应性不良的问题。为了克服上述现有技术的不足，通过研发一种新型辅料组合，系统性地对合适的辅料进行筛选，从优化口感和溶解性的方向，考虑引入糖醇作为矫味剂，提高粉剂产品的溶解性和口味，同时优选糊精类辅料作为分散剂，保证体系口味的同时达到降低粉剂水分活度、实现整体改善现有益生菌粉剂产品质量的目的。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

1.1.1 材料

赤藓糖醇（河南豫鑫糖醇有限公司）；麦芽糖醇（山东福田药业有限公司）；木糖醇（山东福田药业有限公司）；山梨糖醇（山东绿健生物技术有限公司）；乳糖醇，Danisco USA Inc（丹尼斯克）；异麦芽酮糖醇（BENEO-PALATINIT GMBH）；抗性糊精，艾地盟生物科技（天津）有限公司；麦芽糊精（保龄宝生物股份有限公司）。

试验菌株见表1。

表1 试验菌株

1.1.2 设备与设备

LHSZ150整粒湿法混合制粒机、FZ60沸腾制粒机、HZD1200自动提升料斗混合机（300 L料斗），浙江迦南科技股份有限公司；IR-35快速水分活度测定仪、ME203E天平，梅特勒-托利多仪器（上海）有限公司；AWLab水分活度仪（Novasina AG）。

1.2 试验方法

矫味剂筛选→分散剂筛选→流动性研究→生产顺应性研究→成品袋包验证→稳定性考察

1.2.1 矫味剂的筛选

将水分活度仪、天平和待检辅料提前放置于温度25 ℃、空气相对湿度30%～40%的实验室中平衡1～2 h。根据水分活度测试仪的操作说明，严格按照相同的检验步骤，做3个平行取平均值，尽可能减少试验误差，确保检测数据的准确性。

口感测试配方设计，是基于统计学中的试验设计法（Design of Experiment，DOE）。从产品端消费者的代表性考虑，品评员男性3人，女性3人，年龄从25岁～40岁。按照感官评价标准对矫味剂进行甜度、口感、溶解性打分，打分标准如表2所示。品评员需独立评分，互不干扰，为了确保评价结果的准确性，对打分结果分别统计，取平均值，四舍五入保留整数。

表2 感官评价标准

1.2.2 分散剂的筛选

粉剂产品中，矫味剂选定后，需要筛选合适的分散剂用于填充，分散剂的筛选直接影响产品的口感和工艺。因此优选抗性糊精、麦芽糊精等成熟辅料作为本品良好的填充剂及分散剂选择种类。主要是对理化性质和口感进行筛选。

理化性质评定以常规感官测评的方法，从颜色、性状、溶解性和流动性四个维度进行判定，在粉剂产品中，分散剂的常用物料抗性糊精和麦芽糊精的颜色呈淡黄色到白色，性状均为粉末，对整体成品的影响比较小，因此需要评估分散剂的溶解性和流动性两个指标来进行筛选。

溶解性指标测评：水溶性测试配方设计，是基于统计学中的试验设计法（Design of Experiment，DOE）。按照感官评价标准对加入分散剂后的产品水溶性（1 g配方粉末±30 mL温水）和口腔溶解性（1 g配方粉末即食）进行打分，打分标准如表3所示。品评员需独立评分，互不干扰，为了确保评价结果的准确性，对打分结果分别统计，取平均值，四舍五入保留整数。

表3 感官评价标准

流动性指标测评：流动性的测试，主要利用倾斜法对分散剂的休止角进行检测。将分散剂粉体装入长方形容器，将其缓慢倾斜，当倾斜到粉体流动时，测量长方形容器和水平面的夹角即为分散剂的休止角。休止角是粒子在粉体堆积层的自由斜面上滑动时所受重力和粒子间摩擦力达到平衡而处于静止状态下测得的，因此休止角越小，摩擦力越小，流动性则越好。采用休止角对粉体的流动性进行定性说明时，通常参考卡尔流动性指数法的标准。一般认为休止角不超过30°时流动性好，不超过40°时可以满足生产过程中流动性的需求，当休止角超过50°时，粉体流动性较差，不适于生产过程的操作[5]。根据以上结论，优选休止角更小的配方。

组合配比口感筛选：矫味剂与分散剂的组合物配比筛选。根据表4的配方进行样品配制，进行水分活度和口感方面的感官测评，口感的感官标准参考表2标准进行评分。

表4 矫味剂与抗性糊精以及麦芽糊精不同配比组合单位：g

1.2.3 袋包装量验证

按配方量称取原料，置于混合机中，混合至物料色泽质地均匀后，得到混合物，置于造粒机中，喷浆造粒后获得的就是辅料组合物。调整好设备进行分装，净重量控制在平均每袋1.0 g，袋包收率要在95%以上，每30 min检查一次装量差异和外观。

在同一生产环境、同一混合设备、同一袋包机的情况下，得到3组益生菌粉剂组合，并考察其制备粉剂过程的工艺顺应性（如密封性、装量差异、回收率）、水分活度、乳酸菌含量、口感，在加速3个月稳定性考察后对其水分活度进行检测。

1.2.4 不同含量乳酸菌粉的粉剂工艺顺应性和稳定性考察

为验证辅料体系的稳定性并且可以适用于不同的配方组合，设计不同含量的乳酸菌粉剂进行稳定性考察。通过控制赤藓糖醇、麦芽糖醇、抗性糊精、乳酸菌粉的用量，得到乳酸菌粉剂和1个市售成熟速溶体系粉剂配方，配方见表5。在同一生产环境、同一混合设备、同一袋包机的情况下，得到3组益生菌粉剂组合，并考察其制备粉剂过程的工艺顺应性（如密封性、装量差异、回收率）、水分活度、乳酸菌含量，在37 ℃，70%湿度的培养箱中加速3个月稳定性考察后对其水分活度进行检测，做3个平行取平均值，尽可能减少实验误差，确保检测数据的准确性。

表5 配方信息

2 结果与分析

2.1 确定矫味剂的使用—赤藓糖醇、麦芽糖醇、木糖醇、山梨糖醇、乳糖醇和异麦芽酮糖醇的水分活度及口感评分

不同糖醇的水分活度平均值和感官评分的结果见表6。

表6 矫味剂水分活度和感官评价结果

根据考察结果优选水分活度低和感官评分达标的糖醇进行进一步的筛选。由表6结果可以看出，赤藓糖醇、麦芽糖醇在感官和水分活度方面表现优秀，同时，由于木糖醇的水分活度也比较低，也纳入矫味剂的进一步筛选中。根据品评员的反馈，单一糖醇的味道比较奇怪，均存在不足，如：赤藓糖醇后味相对绵长，喉咙的甜感留味持久；麦芽糖醇甜味相对较低，但是溶解性和口感相对赤藓糖醇较差；木糖醇品评员反馈在口腔中形成明显的油膜感，甜度和溶解性适中。因此可知单一糖醇制成的产品存在局限口感难以调整，可以复配糖醇来实现口感的优化，补充单一糖醇存在的不足。因此将入选的三种糖醇进行两两等份混合后，与单体糖醇进行水分活度测试和“口腔溶解”指标评分测试，口腔溶解的评分标准遵循表2的口感分级进行打分。评分结果表7显示，赤藓糖醇和麦芽糖醇等比组合的混合物最优，具体表现为水分活度低、口腔溶解速度快。木糖醇与其余糖醇的组合仍然不能掩盖木糖醇带来的油膜感，因此从口感提升角度，淘汰木糖醇及其组合。

表7 不同糖醇单体及其组合物水分活度和口感评分测试结果

2.2 确定分散剂的选择—确认抗性糊精和麦芽糊精的选择和配比

两种分散剂的水分活度平均值、感官评分和流动性休止角的检测结果见表8。

表8 分散剂水分活度和感官评价结果

从以上结果对比来看，麦芽糊精的整体情况会略优于抗性糊精，但整体差异不大。进一步复配矫味剂进行水分活度和感官评价的测评，结果见表9。

表9 矫味剂复配分散剂水分活度和感官评价结果

由表9的测试结果显示，综合水分活度和口腔溶解的测试结果及其评分，试验组3中组合物配比效果最优，表现为水分活度低、口腔溶解快以及冲水溶解时不凝结成团。

2.3 袋包装量验证

按配方量称取赤藓糖醇、麦芽糖醇、抗性糊精，混合至混合物料色泽质地均匀后得到混合物A。将混合物A置于造粒机中，并通过调节喷浆条件，控制粉末造粒的颗粒度大小，得到辅料组合物，上机袋包，在袋包过程中取样进行装量稳定性验证。袋包工艺验证数据见表10和表11。

表10 袋包工艺验证结果

表11 袋包装量控制结果

由上述验证结果可知，该批产品的袋包收率在95%以上，工艺重现性较好，生产过程未出现偏差，且产品的质量均符合要求。证明该产品袋包工艺稳定可行，适合工业化大生产。

2.4 成品配方工艺顺应性和活菌数存活稳定性

由检测结果可知，采用赤藓糖醇+麦芽糖醇+抗性糊精组合应用于不同乳酸菌粉添加量的配方中均有良好的工艺顺应性和水分活度（表12），乳酸菌总数稳定性表现佳（表13）。

表12 不同含量乳酸菌粉的粉剂工艺顺应性结果

表13 不同含量乳酸菌粉的粉剂稳定性考察结果

由上述结果可知，采用赤藓糖醇+麦芽糖醇+抗性糊精组合应用于不同乳酸菌粉添加量的配方中均有良好的乳酸菌稳定性。对比市售产品，该组合物能有效保证水分活度和更优秀的保质期内稳定性，经过工艺验证又确保其具有良好的粉剂袋包工艺顺应性同时又极大改善口感，显著提高粉剂在口腔溶解速度，降低粉末口腔抱团和粘牙感。

3 结论

为克服现有技术的不足，此研究通过系统对比、感官测评和工艺验证提供了一种新型辅料组合物，其有益效果在于通过将抗性糊精、赤藓糖醇和麦芽糖醇按一定比例组合使用，并将组合物通过造粒工艺，制备得到的辅料组合物能有效保证水分活度，同时具有良好的粉剂袋包工艺顺应性。此外在确保工艺顺应性和产品稳定性的同时，该辅料体系能极大改善产品口感，显著提高粉剂在口腔中的溶解速度，降低粉末口腔抱团和粘牙感。该辅料体系对即食型益生菌粉剂产品提供更好的口感体验和更优质的产品质量。