综述：基于益生元的益生菌递送系统的最新进展：包封技术、保护作用以及对肠道微生物群的调节

《Food Bioscience》：Recent advances in prebiotic-based delivery systems for probiotics: encapsulation, protection, and gut microbiota modulation

益生菌递送系统研究进展：预biotics在保护、调控肠道菌群及协同增效中的作用，金属多酚网络等新型递送平台开发，技术比较与挑战展望。

　　

徐梦梅|秦旭敏|甄洪民|陈潭

教育部北京工商大学老年营养与健康重点实验室；中加食品营养与健康联合实验室（北京），北京工商大学食品与健康学院，中国北京100048

摘要

尽管益生菌具有许多健康益处，但在储存和胃肠道消化过程中容易受到环境因素的影响，导致其活力下降甚至丧失。益生元能够提高益生菌的存活率和稳定性，并通过包封技术在肠道中实现其可控释放。在这篇综述中，我们总结了基于益生元的益生菌递送系统的最新研究进展。文章讨论了既可作为益生元又可作为包封剂的寡糖和多糖。特别介绍了它们的形成、结构、稳定作用以及对肠道微生物群平衡的调节机制。还提出了多种益生元的组合使用以获得协同效应。最后，指出了相关的研究机会、挑战及未来发展方向。

引言

益生菌是活的微生物，当以足够剂量摄入时，可以为宿主带来多种健康益处（Hill等人，2014年）。通常，益生菌以营养补充剂、功能性食品、药品或膳食补充剂的形式口服摄入。它们通过调节肠道微生物群、产生功能性代谢物、诱导细胞因子生成以及预防病原体感染来对宿主产生有益作用。然而，作为调节微生物平衡的关键工具，益生菌由于胃肠道的极端条件（如胃酸侵蚀和胆盐压力）而在存活率和定植效率方面存在局限性。

国际益生菌与益生元科学协会（ISAPP）将益生元定义为“被宿主微生物选择性利用以带来健康益处的底物”（Gibson等人，2017年）。一般来说，木糖寡糖（XOS）、半乳糖寡糖（GOS）和果糖寡糖（FOS）因其能被益生菌快速利用而被视为潜在的益生元（Ashwini等人，2019年；Fei等人，2023年；Khangwal & Shukla，2019年；Yin等人，2022年；Zhao等人，2021年）。同时，越来越多的证据表明，多糖也是改善肠道健康的良好候选物，因为它们具有良好的发酵性，并能特异性地促进某些有益肠道微生物的生长（Makki等人，2018年）。除了作为食品营养素外，益生元还表现出抗炎和抗食物过敏的特性（欧洲食品安全局膳食产品、营养与过敏小组（NDA），2010年；Joshi等人，2018年）。益生元与上皮细胞上的受体结合，促进益生菌产生抗菌肽，从而发挥抗菌作用（图1）。益生元为益生菌提供“食物”，这些食物可以在肠道中被有益细菌分解和吸收。这可以促进有益细菌（如双歧杆菌和乳酸菌）的生长和繁殖，并在大肠中代谢为短链脂肪酸（SCFAs），从而改善宿主的胃肠道健康（Azmi等人，2012年；Zaporozhets等人，2014年）。肠道微生物群常被称为宿主的“第二基因组”，在代谢调节、免疫稳态和疾病防御中起着关键作用。益生菌与益生元的结合（称为“合生元”）已成为功能性食品开发的重要方向，因为它们能够改善肠道菌群平衡、增强免疫力并促进营养吸收。

近年来，益生元已成为益生菌包封研究的热点（Raddatz等人，2020年；Rajam & Anandharamakrishnan，2015年）。研究人员利用寡糖和多糖的物理化学性质（如FOS（Dianawati等人，2016年；Menegazzi等人，2023年）、菊粉（Liu等人，2020年；Okuro等人，2013a年）、海藻酸盐（Almeida等人，2022年；Qiu等人，2021年）和壳聚糖（Anselmo等人，2016年；Zaeim等人，2019年）——包括它们的凝胶化能力、孔结构和pH响应性——采用物理嵌入（喷雾干燥、冷冻干燥）、化学交联（离子凝胶化方法）或复合物化（与蛋白质或脂质混合）等技术来构建益生菌-多糖复合系统。这些系统可以克服加工和储存过程中益生菌失活以及胃肠道内定植困难等问题。此外，益生元还可以被设计成智能响应材料，以实现将益生菌精确递送到特定部位（如结肠炎病变或肿瘤微环境）。例如，Lang等人（Lang等人，2023年）使用化学偶联（木糖/卡培他滨与硬脂酸结合）和薄膜分散法制备了载有卡培他滨的木糖-硬脂酸共轭纳米颗粒。该系统通过促进双歧杆菌等益生菌的增殖并增加SCFAs的产生，从而协同抑制结肠癌。Xie等人（A. Xie等人，2023年）利用改性的益生元β-葡聚糖和金属多酚网络（Fe³⁺-单宁酸）在益生菌表面生成“屏障”，通过静电吸附、螯合作用和氢键相互作用实现这一效果。该系统提高了大肠杆菌Nissle 1917的胃肠道耐受性，延长了其在肠道中的滞留时间（16小时后滞留率为47.54%），通过协同降解代谢物改性β-葡聚糖促进了SCFAs的产生，从而缓解了结肠炎。

最近有一些关于使用多糖复合材料（Gao等人，2025年）、玉米醇溶蛋白（Shu等人，2025年）、Pickering乳液（Haji等人，2022年）和微流控液滴（K. Wang等人，2024年）对益生菌进行包封的综述。然而，据我们所知，关于基于寡糖和多糖的益生元的益生菌递送系统的综合性综述仍然缺乏。因此，本文重点介绍了益生元在益生菌包封、保护和可控释放方面的最新研究进展。首先对益生元碳水化合物及其作为包封剂和肠道调节剂的双重作用进行了分类。接着，讨论了益生元组合的协同效应，然后专门探讨了金属-多酚网络（MPNs）作为先进的递送平台。最后，对相关的益生菌递送技术进行了比较分析，并提出了挑战和未来发展方向。

部分摘录

益生元碳水化合物

益生元主要分为寡糖和多糖。一些典型的益生元包括FOS、GOS、XOS、菊粉、壳聚糖、透明质酸、β-葡聚糖和海藻酸盐，见表1。它们不能被人体消化酶分解。它们的主要调节机制是选择性地促进有益肠道微生物双歧杆菌和乳酸菌的增殖。

益生元复合物

可以将多种益生元结合在一个递送系统中以获得协同效应。最近关于益生元组合用于益生菌递送的研究总结见表2。

益生菌-金属多酚网络（MPNs）

与传统包封材料相比，金属-多酚网络制备简单快速，并具有内在的生物活性和响应刺激的释放能力（L. He等人，2025年）。MPNs是指由金属离子和含有儿茶酚基的多酚分子之间的配位相互作用形成的超分子结构（L. He等人，2025年）。Xie等人（A. Xie等人，2023年）构建了一种改进的基于益生元的“屏障”益生菌

递送技术比较分析

主要的益生菌包封技术包括挤出、乳化、喷雾干燥、冷冻干燥、喷雾冷却、电纺和静电喷雾。每种技术都有其独特的优势、劣势和应用领域。挤出操作简单且成本低廉，但高机械压力可能会损害益生菌。通过挤出法包封的益生菌存活率适中，其存活率取决于包封材料。乳化

挑战与未来发展方向

尽管在益生元包封技术方面取得了显著进展，但仍存在一些挑战：

(i)

在加工和储存过程中，高温、湿度或氧气暴露导致的益生菌损失仍然是一个重大挑战。特别是在胃肠道内，面临的挑战包括胃酸、胆盐和消化酶的影响。基于益生元的递送系统设计应旨在提高益生菌对这些因素的抵抗力。

总结

益生菌容易受到加工、储存和消化道恶劣环境的影响而受损。大量研究表明，益生元寡糖和多糖不仅作为包封剂保护益生菌，还能通过调节肠道菌群结构和增加SCFAs的产生来改善益生菌的功能和宿主健康。本文系统回顾了基于益生元的递送系统的最新研究进展

作者贡献声明

甄洪民：撰写——审稿与编辑。秦旭敏：方法学、研究。陈潭：撰写——审稿与编辑、资金获取、概念构思。徐梦梅：撰写——初稿、软件使用、研究

未引用参考文献

陈等人，2021年；欧洲食品安全局膳食产品、营养与过敏小组，2010年；用于食品成分包封的海藻酸纳米水凝胶，2019年；谭等人，2018年；王等人，2024年；谢等人，2023年；朱等人，2024年；邹等人，2025年。

利益冲突声明

作者声明没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文所述的工作。

致谢

本工作得到了国家重点研发计划（2023YFF1103601）和国家自然科学基金青年学者项目（32101879）的支持。