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全球有超过70%的人口患有不同程度的乳糖不耐症，该病症是由于人体内缺乏乳糖酶（β-Gal）所致。β-Gal制剂和益生菌制剂均可以有效治疗乳糖不耐症，且它们均不会引起食品质量或营养状况的改变，因此上述补充剂法是极有前景的治疗乳糖不耐症方法。然而，补充剂中的β-Gal和益生菌在加工、运输、贮存和摄食过程中均会面临许多不利环境，例如温度变化、冻干处理、极端pH值和各种消化酶，导致β-Gal和益生菌的活性大幅度降低，这将极大地影响这类补充剂的使用效果。

华中农业大学食品科技学院，环境食品学教育部重点实验室的邓紫玙、丁一、梁宏闪*等设计一种益生菌和β-Gal共包埋的递送体系，该体系以SECs为核，Ca-Alg/CMP凝胶为壳，旨在同时提高益生菌和β-Gal的胃肠道、冻干和贮存稳定性；并尝试使用热致凝胶对体系进行二次包裹，旨在进一步提高益生菌和β-Gal的热稳定性。本实验研究核壳结构对益生菌和β-Gal的释放行为、冻干和贮存稳定性的影响，并研究CMP的引入对凝胶壳层形貌、质构和水分分布的影响。最后研究热致凝胶的二次包埋对益生菌和β-Gal热稳定性的影响，并通过热致凝胶的微观结构和流变性能阐明其热稳定机理，以指导体系在实际生产中应用。本研究旨在提供酶和益生菌制剂共包埋的递送体系，其可以应用在医疗食品、功能食品或食品补充剂等领域。

1、口服递送体系的表征

SECs的表征

由图1 SEM图像可知，DSPs和SECs具有相似的表观形貌，但SECs表面上存在的孔洞数量比DSPs表面存在的孔洞数量多，这可能是由于酸解处理进一步去除了附着在孔洞上的蛋白质等物质，从而使更多的孔洞暴露出来。SEM横截面图表明，DSPs内腔中含有胞内物质而SECs内腔干净，证明酸解处理成功去除花粉的胞内物质。

益生菌和β-Gal的共包埋

由SEM图像（图1）可知，负载后大量L.plantarum富集在SECs内部；采用FITC标记β-Gal、CFDA-SE标记L.plantarum，由CLSM图像可知，SLG内观察到杆状益生菌的荧光和绿色荧光背景，进一步证实了L.plantarum和β-Gal 成功封装到SECs中。负载处理后，益生菌负载量达到9.63×109 CFU/g，酶活力保留率达到80.72%。

复合凝胶壳层表征

图2显示，复合凝胶-0可以完全覆盖SECs表面纳米级的小孔和部分覆盖微米级的大孔，而复合凝胶-1、复合凝胶-2和复合凝胶-3均可完全覆盖所有孔洞。

2、体外释放行为

对比研究不同样品在模拟胃肠条件中的释放行为。负载的SECs（即没有形成凝胶的样品）和负载的Ca-Alg（其不含SECs）作为对照组。不同样品的体外释放曲线见图3。

图4显示，在SGF处理后，复合凝胶-0系统只能包裹SECs上的部分孔洞；而复合凝胶-1、复合凝胶-2和复合凝胶-3均包裹SECs上的全部孔洞，表明CMP的引入可以增强系统的抗消化酶性能。SIF处理后，所有样品的壳层都完全溶解，SECs表面孔洞均暴露。此结果与释放研究结果一致，证实该系统可以实现L.plantarum和β-Gal的靶向递送和持续释放。

3、复合凝胶壳层的表征

低场核磁与微观结构分析

由图5a可知，所有样品均为T21信号幅度最大，其次是T22、T2b的信号幅度最小。与AG相比，ACG中T21的信号幅度增加，T22的信号幅度减少；其中ACG-2的T21的信号幅度最大，T22的信号幅度最小；该研究结果表明CMP的引入可以改变凝胶中不同状态的水分分布强度。由图5b可知，所有样品均为S21值最大，其次S22、S2b值最小。与AG相比，ACG中S21值增加，S22值减少；其中ACG-2的S21值最大，S22值最小。S22值降低表明CMP的引入导致ACG对水结合能力增强，更多的自由水转化为不易流动水，表明ACG的凝胶网络状结构比AG更加致密，可以包裹更多的水分子。

由图5c SEM可知，ACG平均孔径小于AG，因此ACG的空间网络状结构比AG更加致密；随着复合凝胶中CMP含量的增加，平均孔径呈现减小趋势，相应凝胶空间网络状结构更加紧凑。此结果与低场核磁测定结果一致。结果表明复合凝胶中CMP含量可以通过影响凝胶中的水分分布情况，调节凝胶壳层的微观结构，这可能归因于CMP的加入不仅可以和Ca2＋通过配位键结合，也可以与Alg 之间形成氢键，从而使聚合物链彼此更加接近，减小了凝胶孔径，形成更致密的空间网络状结构。

硬度与微观结构分析

由图6a可知，不同处理后，所有样品硬度均表现出相同的变化趋势，与未处理的样品相比，经过酸处理后，样品的硬度增加；经过碱处理后，样品的硬度减少。在未处理和酸处理的条件下，ACG-2的硬度均大于AG，且ACG-2和AG均经过酸处理后硬度显著增大；而经过碱处理后，硬度显著减小。由图6b所示，处理后，所有样品的空间网络状结构均表现出相同的变化趋势。与未处理的样品相比，经过酸处理后的样品的空间网络状结构更致密；而经过碱处理的样品观察到相反的趋势。且相比于AG，ACG的空间网络状结构更加致密。

4、贮存稳定性

由表1可知，冻干处理后，纯菌液的菌数损失率达到99.31%，纯酶液的酶活力损失率达到28.32%，而复合凝胶-2体系中菌数损失率为14.37%、酶活力损失率为0.92%。结果表明复合凝胶-2体系可以提高L.plantarum和β-Gal的冻干稳定性，这可能是由于SECs和Ca-Alg/CMP 凝胶之间的协同作用。由图7可知，对于所有样品，随着贮存温度的升高，菌数和酶活力损失率均增大，这归因于益生菌细胞在较高温度下代谢更旺盛和蛋白质在高温下易变性；对于L.plantarum而言，复合凝胶-2体系可以降低其在4 ℃贮存条件下的菌数损失率（P＜0.01）；对于β-Gal而言，复合凝胶-2体系可以降低其在25 ℃贮存条件下的酶活力损失率（P＜0.01）。结果表明核壳结构的引入可以提高该体系中L.plantarum和β-Gal的贮存稳定性。

5、热稳定性

热稳定性表征

如图8所示，总体而言，随着热处理温度的上升，所有样品中的菌数损失率和酶活力损失率均呈现增大的趋势。在45 ℃条件下处理30 min后（图8a），相比于对照组（纯菌液）的菌数损失率（95.20%），MC体系的菌数损失率降低了92%，为3.77%。其他体系的菌数损失率分别为12.11%（复合凝胶-2体系）、7.65%（HPMC体系）、12.78%（蛋清体系）；相比于对照组（纯酶液）的酶活力损失率（8.89%），其他体系除蛋清体系的酶活力损失率均减小，分别为4.51%（复合凝胶-2体系）、1.20%（MC体系）和2.97%（HPMC体系）。在55 ℃条件下处理30 min后（图8b），对照组（纯菌液）的菌数损失率（98.81%）和复合凝胶-2体系的菌数损失率（97.99%）无显著差异，而热致凝胶进行二次包裹后可以降低菌数损失率（P＜0.05）；相比于对照组（纯酶液）的酶活力损失率（25.91%），其他体系除蛋清体系的酶活力损失率均减小，分别为11.39%（复合凝胶-2体系）、2.41%（MC体系）和2.19%（HPMC体系）。在65 ℃条件下处理30 min（图8c）和80 ℃条件下处理1 min（图8d）后，其菌数损失率和酶活力损失率的整体变化趋势与55 ℃条件下处理30 min的变化趋势相同。

热致凝胶的表征

如图9a所示，当应变较小时，所有样品的G’和G”基本保持稳定，直至应变增大到一定程度，所有样品的G’和G”突然下降，这表明样品的结构发生破裂，由线性行为转变到非线性行为。如图9b所示，随着角频率的增加，所有样品的G’和G”值均呈增加趋势，说明所有样品都具有频率依赖性。图9c～f显示，在不同的温度下，MC的G’在所有样品中最大，G’值越大代表了较高的凝胶强度和相应更加致密空间网络状结构，该结果可以解释MC具有最佳热稳定效果的原因。

由图10可知，MC和HPMC凝胶均为空间网络状结构，蛋清表现为层状结构；且MC平均孔径小于HPMC，因此MC的空间网络状结构比HPMC的空间网络状结构更加致密。该结果与黏弹性的测试结果一致。

结论

结果表明，引入CMP可使Ca-Alg/CMP凝胶包裹的负载益生菌及乳糖酶的SECs在胃肠道中表现出更加优异的稳定性：在模拟消化600 min后，活菌数超过107 CFU/mL，酶活力保留率约为62%。相比于纯菌液和纯酶液，该体系可减少冻干和贮存处理后菌数和酶活力损失率（P＜0.05）。最后，利用甲基纤维素对核壳结构进行二次包埋，可提高体系中益生菌和乳糖酶的热稳定性（P＜0.05）。

本文《基于孢粉素微胶囊的共包埋、保护及递送益生菌和乳糖酶的体系》来源于《食品科学》2022年43卷14期183-192页，作者：邓紫玙，丁一，侯欣尧，李斌，梁宏闪。DOI:10.7506/spkx1002-6630-20210701-003。点击下方 阅读原文 即可查看文章相关信息。

修改/编辑：袁艺；责任编辑：张睿梅

图片来源于文章原文及摄图网。

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