明胶-异麦芽寡糖结合物用于共包封植物乳杆菌JJBYG12和植物提取物：特性分析、释放行为及储存稳定性研究

《Food Chemistry》：Gelatin-Isomaltooligosaccharide conjugates for co-encapsulation of Lactobacillus plantarum JJBYG12 and plant extract: characterization, release characteristics, and storage stability

Maillard反应制备的凝胶atin-异麦芽低聚糖共轭物GI180通过表面亲脂性增强和共价键形成实现结肠靶向递送，提高益生菌和植物提取物的生物利用度达85%以上，并验证其长期保护性和控释效果。

　　

Mingjie Jia|Min Shi|Zefu Chen|Yihong Bao

中国东北林业大学木材油资源利用国家重点实验室，哈尔滨 150040

摘要

本研究使用明胶（GA）和异麦芽寡糖（IMO）制备了美拉德共轭物（GA-IMO, GI），以提高Lactobacillus plantarum JJBYG12和植物提取物（MPL）的生物利用度，并实现结肠靶向递送。结果表明，当GA和IMO加热180分钟（GI180）时，接枝程度最高。圆二色光谱（CD）和傅里叶变换红外光谱（FTIR）显示发生了糖基化反应，形成了新的共价键并提高了稳定性。此外，有序结构转变为无序结构，增加了表面疏水性。扫描电子显微镜（SEM）显示GI180的结构紧密且起皱。体外消化实验表明，GI180中的JJBYG12、多糖、多酚和黄酮类物质的释放率分别达到了86.99%、85.58%、82.86%和78.91%。FTIR显示GI180增强了其抵抗不良环境的能力。荧光成像、SEM和储存测试也表明GI180具有良好的保护和控释性能。

引言

肠道微生物群是一个活跃而复杂的生态系统，在人类健康、营养吸收和免疫调节中起着重要作用（Gao等人，2025年）。研究表明，结肠相关疾病（CRD）与肠道微生物群的失衡密切相关。结肠中的微生物数量高达10^10–10^12个，包括各种有益细菌，如乳杆菌和双歧杆菌。结肠被认为是提高功能性化合物生物利用度的理想场所（van Deuren等人，2025年）。研究报告指出，结肠微生物群含有大量特定酶，可以将不可消化的碳水化合物（如果胶、异麦芽寡糖等）发酵成短链脂肪酸。这些不可消化的物质不仅能够被结肠微生物群发酵，还充当益生元，促进结肠中益生菌的增殖（Zhang, Jia等人，2025年）。因此，如何结合使用益生元和益生菌来调节肠道微生物群已成为改善CRD和影响宿主健康的关键。

益生菌被定义为在适量摄入时对宿主有益的活微生物（Hill等人，2014年）。近年来，关于益生菌的研究在研究人员中越来越受欢迎。益生菌产品具有多种有益效果，如维持肠道微生物群平衡、改善肠道屏障功能、增加骨密度、抑制病原体和肠道炎症等。研究表明，食品中的益生菌需要达到10^6 CFU/g才能产生健康益处。然而，益生菌在口服后必须经过胃液、胆盐和消化酶等多种不利条件的作用才能到达肠道。这些不利因素会显著减少活益生菌的数量。因此，确保益生菌以大量形式到达肠道并在宿主体内存活和繁殖是必要的。微胶囊包封技术可以有效提高益生菌在消费、加工和储存过程中的存活率，已成为益生菌研究的热点。

微胶囊化技术可以将益生菌或生物活性化合物作为核心材料封装在聚合物壁内，保护核心材料并控制其释放。蛋白质和多糖的组合是最常见的壁材料组合之一，它们的美拉德反应共轭物通常表现出优异的乳化性能、生物相容性和抗氧化活性（Liu等人，2016年）。明胶来自胶原蛋白的部分水解产物，具有优异的水溶性和乳化性能，是一种优良的生物活性载体（Wang, Rao等人，2024年）。异麦芽寡糖（IMO）是糖基化反应中多糖的理想替代品（Zhong等人，2021年）。IMO由α(1→6)和α(1→4)连接的葡萄糖寡聚物组成，无法被消化，只能由结肠微生物群降解，显示出优异的结肠靶向特异性（Villeger等人，2022年）。作为进入肠道的益生元，IMO可以促进益生菌的增殖，并被结肠中的双歧杆菌发酵，改善肠道微生物群的结构（Siang等人，2019年）。最近，人们对益生菌和益生元的共封装产生了浓厚兴趣（Guo等人，2024年）。许多研究表明，如菊粉、异麦芽寡糖、低聚果糖和植物提取物等益生元可以促进益生菌的生长。将益生菌一起封装或使用益生菌构建微胶囊可以增强益生菌抵抗胃肠道的能力并提高其生物利用度。将益生元和益生菌结合作为膳食补充剂可以增强它们的健康益处和价值。Sliva的研究表明，生物活性化合物和益生菌共封装后，瓜拉纳提取物可以刺激益生菌的生长，并在模拟肠道消化后增加益生菌的数量（Silva, Martelli-Tosi等人，2022年）。然而，在之前的研究中，主要关注的是共封装本身，而较少关注其释放部位。先前的研究发现Lactobacillus plantarum JJBYG12和植物提取物（MPL）在体外具有促进益生菌生长和抗氧化活性的作用，但它们在体内的整体作用仍需探索。因此，为了制备一种共封装递送系统，本研究赋予了其结肠靶向释放能力，并探讨了靶向递送和长期保护的机制。

本研究旨在利用GI180实现Lactobacillus plantarum JJBYG12和MPL的结肠靶向递送。我们假设利用GA的酶特异性，可以成功将JJBYG12和MPL递送到结肠，并通过牺牲GA本身和一些生物活性成分来延长储存期。具体来说，通过扫描电子显微镜（SEM）、傅里叶变换红外光谱（FTIR）、圆二色光谱（CD）等技术分析了GA-IMO共轭物的物理和化学性质。通过体外消化实验和FTIR研究了体外消化特性和分子结构变化。最后，通过储存实验探讨了GI对JJBYG12和MPL的长期保护作用。本研究为生物活性成分和益生菌的结肠靶向递送提供了思路。

材料与化学品

明胶（GA）购自Macklin Biochemical Technology Co., Ltd.（中国上海）。异麦芽寡糖（IMO）购自上海Xintai Industrial Co., Ltd.（中国上海）。植物提取物（MPL）购自西安瑞和有限公司（中国西安）。MPL的成分通过液相色谱-质谱法检测，具体成分见补充材料（图S1、表S1、S2和S3）。Lactobacillus plantarum JJBYG12

GA-IMO共轭物的物理和化学性质表征

美拉德反应是一个复杂的过程，DG代表美拉德反应过程中蛋白质的糖基化程度。图2A显示，随着加热时间的延长，DG分别达到了30.55%和28.15%。在最初的180分钟内，美拉德反应迅速发生，蛋白质分子链逐渐展开，暴露出游离氨基酸（Song等人，2024年）。随着反应的进行，游离

结论

在本研究中，Lactobacillus plantarum JJBYG12和植物提取物（MPL）通过GA和IMO之间的美拉德反应形成的共轭物（GA-IMO, GI）进行了共封装。结果表明，美拉德反应提高了GA的表面疏水性和柔韧性，导致GA和IMO之间的共价交联，增强了GA的分子结构，并为JJBYG12和MPL提供了充分的保护。模拟体外胃肠道消化的结果显示

CRediT作者贡献声明

Mingjie Jia：撰写 – 审稿与编辑，撰写 – 原稿，方法学，研究。Min Shi：形式分析，数据管理，概念化。Zefu Chen：撰写 – 原稿，方法学。Yihong Bao：验证，监督，项目管理。

未引用的参考文献

Wang等人，2024

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的可能会影响本文报道工作的财务利益或个人关系。

致谢

本工作得到了中央高校基本科研业务费（2572025AW37）、国家重点研发计划（2022YFD1600500）、黑龙江省重点研发计划（2024ZX10B03）和黑龙江省重点研发计划（2024ZX10B04）的支持。