使用一体化粉体制粒生产线对可可粉进行连续湿法制粒：副干酪乳杆菌负载制剂的制备

《Food and Bioproducts Processing》：Continuous wet granulation of cocoa powder using an integrated powder-to-granule line: Production of L. paracasei-loaded formulation

　　

# 摘要

近年来，功能食品的消耗量不断增加，益生菌产品是最受欢迎的之一。在这项可行性研究中，我们配制了含有副干酪乳杆菌（Lactobacillus paracasei, LBP）的可可粉基颗粒，证明了将活菌整合到固态可可基质中的技术可行性。可可颗粒是使用连续双螺杆湿法制粒生产线生产的。关键参数经过调整以保护益生菌菌株的活性。特别是测试了液固比（L/S比），因为益生菌细胞被整合到制粒液中。此外，干燥温度（60°C）和气流速度（120 L/min）被设定为减少对细菌的热应激，同时脱脂牛奶被添加到制粒液中，以可能增加细菌在配方过程中的稳定性。基于卡氏指数和豪斯纳比值，颗粒表现出良好至优异的流动性能，与商业Nesquik?可可粉相当。此外，颗粒显示出比参考可可粉更窄的粒径分布，这增强了最终配方的处理性能。最终益生菌配方的中位粒径d50达到498.13 ± 13.03 μm，超过了商业基准Nesquik?颗粒（246.51 ± 10.93 μm）。此外，最终颗粒的含水量为3.23%，与商业参考值（Nesquik?，3.69%）相似。最终负载LBP的可可颗粒含有6.38 × 103 CFU/g的活细菌。集成的连续双螺杆湿法制粒生产线显示出适用于连续生产负载LBP的可可颗粒的潜力。

# 引言

如今功能食品的重要性不断增加，因为消耗适当的产品可以支持我们的健康并帮助预防某些疾病（Ghosh等，2019）。功能食品是增值产品，提供了一种替代途径来补充必需营养素、维生素、矿物质、纤维、益生元、益生菌以及可能通过常规饮食摄入不足的其他化合物（Terpou等，2019）。除了基本的营养价值外，功能食品还对一个或多个生理功能产生有益影响，降低疾病发展风险，并改善整体健康状况（Ballini等，2023）。最受欢迎的功能食品之一是益生菌产品，其中含有有益细菌。根据世界卫生组织（WHO）和联合国粮食及农业组织（FAO）的指南，益生菌是在给予足够量时对宿主产生健康益处的一种活的微生物（"Guidelines for the Evaluation of Probiotics in Food," 2002）。肠道微生物群的平衡对于身体的健康功能至关重要，益生菌通过几种机制发挥作用，包括产生抗菌物质、排除竞争性病原体、抑制细菌粘附和调节免疫系统（Altaha等，2018; Maftei等，2024）。各种具有已知益生菌特性的乳杆菌菌株常出现在益生菌产品中，其中副干酪乳杆菌（LBP）尤为突出（Avci等，2025; Possemiers等，2010）。例如，Altaha等人发现LBP菌株DG是一种强大的益生菌候选菌，因为即使在短期食用后也能在肠道中达到90%的检测率（Altaha等，2018）。关于口腔健康，文献证据强调了特定LBP菌株的有效性，这些菌株可分为活益生菌和后生元（热灭活）应用。在活益生菌方面，长期每日摄入含LBP菌株SD1的奶粉显著降低了儿童变形链球菌水平，尤其是高风险儿童的龋齿风险（Teanpaisan等，2015）。相反，其他研究强调了热灭活LBP菌株的后生元潜力。例如，一项使用含有热灭活LBP菌株GMNL-143牙膏的临床试验展示了在平衡口腔微生物群、阻止病原体粘附和显著改善牙龈健康方面的管理牙龈炎的强有力潜力（Lee等，2024）。此外，Guo等人证明活性和热灭活的LBP菌株ET-22在调节小鼠牙菌斑微生物群和抑制S. mutans生物膜方面都有效（Guo等，2023）。虽然这些研究强调特定LBP菌株提供了有前途的益生菌和后生元策略，但这些治疗效果已知具有高度菌株特异性。在建立针对性的健康声称之前，必须解决使用连续双螺杆湿法制粒将活菌成功整合到固态可可基质中的技术挑战。因此，本研究专注于该过程的可行性，建立了一个稳健的技术基础，可用于未来功能应用中特定、充分表征的LBP菌株。

益生菌的活性和有效性受到众多物理、化学和生物因素的影响，这些因素从生产和储存到在体内的活性都影响着细胞（Wendel, 2022）。固态配方对于保持活性可能具有优势，然而，在加工过程中有几个应激因素会影响细菌，包括温度、脱水、复水、渗透应激、剪切力、氧化应激和pH变化（Baral等，2021; Perdana等，2013）。添加各种稳定化辅料可以帮助减少配方过程中的应激。益生菌配方中经常使用的一种稳定剂是脱脂牛奶，它作为一种复杂的介质，因为它含有乳糖、脂肪、酪蛋白、乳清蛋白以及Ca2?等阳离子（Fávaro-Trindade和Grosso，2002; Hirsch等，2021; Lim等，2021）。增强益生菌效能的另一种潜在策略是选择含有促进细菌稳定性成分的食品基质（Possemiers等，2010）。巧克力甚至可可粉都可以作为益生菌的优良载体，可可脂和多酚可以在配方过程中提供物理保护，并为细菌创造有利的微生物环境（Hossain等，2021; Konar等，2016; Lalicic-Petronijevic等，2015; Ricci等，2011）。可可粉作为益生菌细菌的食品基质，对于专门开发给儿童的产品也是一个极好的选择。

热应激主要发生在干燥过程中，温度过高（例如45°C以上）或过低（0°C以下）时，细胞活性会显著降低（Behboudi-Jobbehdar等，2013; Terpou等，2019; Wang等，2026）。因此，益生菌产品的生产是一个高度复杂的过程，固态配方参数的仔细优化，如维持最佳温度、短干燥时间和低压力，可以对细胞稳定性产生积极影响（Behboudi-Jobbehdar等，2013; Perdana等，2013）。最常见的技术包括微胶囊化、喷雾干燥、冷冻干燥和电纺（Fonseca等，2024; Kouamé等，2023; Santos等，2025; ?krlec等，2019; Vivek等，2023）。然而，在这些技术应用后设计易于使用的粉状产品可能具有挑战性。制粒技术是一种有前景的方法，用于改善固态粉末（如流动性差的可可粉）的流动和流变性能（Casian等，2022; Karunanayake等，2025; Vu等，2003）。此外，它可以提供优异的同质性、分散性并防止偏析（Arthur和Rahmanian，2024）。此外，连续双螺杆制粒（TSG）的应用为开发一种能够在温和制造条件下将热敏微生物整合到配方中的工艺提供了可能（Vass等，2023），并且即使在工业规模条件下也可以实施（Fül?p等，2021）。该技术在时间和成本上是有效的，并且可以在不改变设备的情况下实现放大，使其成为多种制药应用的一种有前景的技术（Domokos等，2021; Kumar等，2016; Vercruysse等，2015; Vercruysse等，2012; Záhonyi等，2025）。

虽然已经报道了许多该技术的制药应用，但其在食品行业生产功能食品方面的使用在文献中鲜有描述。尽管工业和文献中都有几种基于连续制粒的生产线（"ConsiGma?," 2025; "Glatt," 2016; "ThermoFisher," 2024），但它们在功能食品生产中的应用并不典型。其中一个原因可能是，由于原料及其性质（如脂质和蛋白质含量）与制药行业常用且众所周知的辅料不同，使得过程更具挑战性。此外，连续TSG尚未在负载活LBP的可可粉基质中展示，并同时评估粉末功能性和加工后即时活性。针对这一空白，本研究提供了一项可行性研究，评估了一条集成的端到端生产线，旨在弥合连续制药制造和功能食品加工之间的差距。另一方面，活菌的敏感性可能要求在工艺参数选择方面采取更加谨慎的态度。特别是当使用常用的双螺杆湿法制粒方法时，工艺参数的选择呈现出额外的挑战，因为液固比（L/S比）强烈影响最终颗粒的质量（Portier等，2021; Seem等，2015）。此外，随后的干燥步骤对细菌的存活可能是关键的，使得在这一阶段仔细优化参数同样重要（Broeckx等，2016; Perdana等，2013）。

本研究旨在评估基于集成的连续双螺杆湿法制粒生产线生产负载LBP的可可颗粒的可行性。本研究的主要目标是研究在测试的实验空间内成功将热敏活菌整合到制粒过程中所需的选择性工艺参数。作为代表性模式生物，选择了副干酪乳杆菌（LBP）分离株，因为相关的L. paracasei菌株已被研究用于口腔健康应用，如支持口腔微生物群平衡和预防龋齿（Guo等，2023; Lee等，2024; Teanpaisan等，2015）。选择该分离株是为了评估制造过程对具有未来功能应用高度相关性的模式生物的影响。虽然将这种口腔健康相关的菌株整合到传统高糖可可基质中可能看似矛盾，但它准确地反映了广泛消费的商业产品，提供了丰富日常饮食品的实用机会。此外，对于这项可行性研究，该组合作为一种模型，用于验证这种食品基质与活菌的制粒过程，建立了稍后可以适应其他配方的技术基础。我们假设，通过开发用于功能食品配方的双螺杆湿法制粒工艺，可以在实现颗粒所需物理性能的同时维持活菌的活性。此外，我们预计该集成技术可以为将活菌配方到食品基质中提供更高效和可放大的替代方案。

# 材料

用于制粒实验的可可粉基基质的组成是通过近似Nesquik?可可粉的公开组成确定的（"Nesquik? website," 2025）。基质应用的组成为75 m/m% 糖粉（Koronás cukor, Budapest, Hungary）、23 m/m% 低脂可可粉（Aro, Budapest, Hungary）、1.07 m/m% 大豆卵磷脂（Life Extension, Florida, USA）、0.41 m/m% 氯化钠（Merck Ltd., Budapest, Hungary）。剩余的0.52%...

# 初步制粒实验

为了尽量减少材料消耗，在将LBP整合到连续制粒过程之前，先在研钵中进行初步安慰剂制粒实验。其目的是确定湿法制粒可可粉基基质的适当L/S比。在研钵中测试了0.5到0.1之间的不同L/S比，以小规模模拟湿法制粒。在较高的L/S比下，基质溶解在水中形成液态糊状物，而在过低的L/S比下...

# 结论

通过这项研究，开发了一个集成的连续制粒途径的概念验证，用于生产可可粉基功能食品配方。集成的连续粉到颗粒生产线被证明适合克服可可粉基混合物不良的流动性能、分散性和疏水性。本研究作为概念验证，证明了连续生产益生菌负载...

# CRediT作者贡献声明

Zsombor Kristóf Nagy: 撰写 – 审阅与编辑、验证、资金获取、概念化。Edina Szabó: 撰写 – 审阅与编辑、监督、方法学、概念化。Mónika Molnár: 撰写 – 审阅与编辑、资源。Viktória Feigl: 撰写 – 审阅与编辑、资源。Judit Szeip: 撰写 – 初稿、可视化、调查。Edit Hirsch: 撰写 – 审阅与编辑、概念化。Eszter Pantea: 调查。Dániel Fekete: 撰写 – 审阅与编辑。

# 写作过程中生成式AI和AI辅助技术的声明

作者声明，在准备手稿期间，人工智能（AI）工具仅用于语言编辑和措辞支持。所有科学概念、研究想法、数据解释都是独立开发的。

作者对所发表文章的内容承担全部责任。

利益冲突声明

作者声明，他们不存在任何已知的竞争性经济利益或个人关系，这些利益或关系可能会对本研究中所报告的工作产生影响。

致谢

本研究得到了文化和创新部EK?P-25-2-BME-192大学研究奖学金项目的支持，该资金来源于国家研究、开发和创新基金。项目编号TKP-9-8/PALY-2021在匈牙利文化和创新部从国家研究、开发和创新基金提供的支持下，按照TKP2021-EGA资助方案实施。本研究在以下人员的支持下实施：Judit Szeip | Edit Hirsch | Eszter Pantea | Dániel Fekete | Mónika Molnár | Viktória Feigl | Zsombor Kristóf Nagy | Edina Szabó，布达佩斯技术与经济大学化学技术与生物工程学院有机化学与技术系，地址：匈牙利布达佩斯H-1111，M?egyetem rkp. 3.号。