综述：基于多糖的微凝胶用于益生菌递送：在设计、制备及功能性食品应用方面的进展

《Trends in Food Science & Technology》：Polysaccharide-Based Microgels for Probiotic Delivery: Advances in Design, Fabrication, and Functional Food Applications

多糖微凝胶通过调控粒径、交联密度及溶胀行为增强益生菌对胃肠刺激的耐受性，其复合网络设计与响应性制备技术可优化递送效率，在乳制品、果蔬汁等食品体系中验证了存活率提升与靶向释放潜力，但性能仍受基质配方影响，未来需建立标准化评估体系并开发规模化制备工艺。

　　

张金如|刘碧琪|谢青刚|王佳月|马莉|杨超|杨新燕|郭玲|苏月|江玉军

教育部乳品科学重点实验室，东北农业大学食品科学学院，哈尔滨，150030，中国

摘要

背景

基于多糖的微凝胶作为益生菌的先进递送系统，因其生物相容性、可调的网络结构以及对胃肠道刺激的响应性而受到越来越多的关注。这些载体可以增强益生菌的稳定性，并有助于减少在加工、储存和胃肠道传输过程中的存活率损失，从而支持其在功能性食品和特殊医疗用途食品中的应用。

范围和方法

本综述涵盖了基于多糖的微凝胶在益生菌递送方面的最新进展，将多糖的选择和改性与微凝胶的结构、制备可行性以及在食品基质中的性能联系起来。研究范围包括用于形成网络的传统和新兴多糖，以及化学改性、交联调控和多组分整合，以提高机械稳定性和可控释放。此外，还探讨了从乳化法和喷雾干燥等可扩展方法到微流控和3D生物打印等精密技术的制备技术，以及电纺、冷冻干燥和冷等离子等辅助处理方法，这些方法可以改善结构控制和系统稳定性。

主要发现和结论

多糖微凝胶通过调节颗粒大小、交联密度和膨胀行为来提高益生菌对胃肠道压力的抵抗力，从而支持其在肠道中的定位递送。混合网络构建和合理的多糖改性增强了微凝胶的完整性，并在保护与可控释放之间取得平衡。在食品应用中，微凝胶在加工和储存过程中提高了益生菌的存活率，同时保持了产品的稳定性和质量，尽管其性能仍取决于微凝胶的配方和食品基质。未来的研究应优先考虑统一的评估方案、可扩展的微凝胶结构制备方法，以及在食品相关条件下的结构-功能导向设计，以支持基于微凝胶的益生菌食品和特殊医疗用途食品的开发。

引言

维持肠道微生物群的平衡对整体健康至关重要，并在慢性疾病的预防和管理中起着关键作用。益生菌被定义为“当以适当剂量给予时，对宿主具有健康益处的活微生物”（Hill等人，2014年）。它们已被广泛用于功能性食品和特殊医疗用途食品（FSMP）中，这些食品是专门为满足具有特定医疗状况患者的营养需求而配制的。这些应用归因于它们在调节肠道微生物组成、增强营养吸收、支持免疫功能以及预防胃肠道疾病和代谢紊乱方面的作用（Spacova等人，2023年）。益生菌通过与病原体竞争并产生抗菌代谢物来调节肠道微生物生态。它们通过刺激黏蛋白分泌和增强紧密连接完整性来加强肠道屏障，从而限制微生物从肠腔进入血液循环。它们还与免疫细胞和细胞因子信号通路相互作用，有助于平衡先天性和适应性免疫反应，并通过胆汁酸转化和调节葡萄糖及脂质稳态来调节宿主代谢（Abdul Manan，2025年）。然而，这些生物功能在很大程度上取决于足够数量的活性益生菌细胞能否到达肠道。在胃肠道传输过程中，益生菌会暴露于多种环境压力下，包括胃酸、胆盐、消化酶和渗透压。这些条件通常会导致显著的存活率损失，从而大大降低它们附着在上皮表面、调节免疫信号和维持代谢调节的能力（Chen等人，2024年）。因此，确保益生菌在加工、储存和消化过程中的存活率仍然是开发有效益生菌食品的核心挑战。

为应对这些挑战，包封已成为保护益生菌功能的关键策略。包封系统可以提供对胃肠道压力的物理保护，帮助在储存期间保持代谢活性，并实现在肠道环境中的定位释放。传统水凝胶具有高生物相容性和强大的保水能力。然而，它们相对较大的颗粒尺寸、松散的聚合物网络以及对释放行为的有限控制，在胃肠道的动态条件下显著降低了其有效性（Li & Gong，2024年）。微凝胶是亚微米到微米范围内的水凝胶颗粒（0.1–100 μm）。与块状水凝胶相比，微凝胶具有更高的表面积与体积比、可调的交联密度和可逆的膨胀行为，从而提高了包封效率和可控释放。与纳米凝胶相比，它们适中的颗粒尺寸提供了更高的负载能力和更大的机械强度，有助于在加工和消化过程中保持益生菌的存活率（Xuan等人，2024年）。总的来说，这些特性使微凝胶成为在复杂胃肠道环境中进行靶向益生菌递送的特别有吸引力的载体。

为了实现有效的基于微凝胶的递送，通常使用天然聚合物作为基质材料。其中，多糖因其出色的生物相容性和丰富的化学修饰位点而在制备功能性微凝胶方面受到了广泛关注。例如海藻酸盐、壳聚糖、卡拉胶和果胶等可以通过离子交联或共价键合形成密集且稳定的凝胶网络。这些网络提供了关键功能，包括抵抗胃酸、控制负载物释放、共包封生物活性物质以及响应刺激的行为（Farjami & Madadlou，2017年）。除了这些广泛使用的材料外，新兴和不太传统的多糖也显示出作为微凝胶基质的潜力。它们有助于提高益生菌的存活率、增强肠道定植和更强的免疫调节作用，因此在这一领域获得了越来越多的认可。与传统合成聚合物相比，后者往往在安全性、结构可调性和功能多样性方面存在局限性，基于多糖的微凝胶提供了可持续的来源、广泛的功能适应性和高精度的性能控制。这些优势不仅提高了益生菌在胃肠道条件下的稳定性并增强了其靶向递送效率，还扩展了功能性食品和FSMP的应用潜力。最终，它们为旨在管理慢性疾病的营养干预和精准医疗策略提供了强有力的技术支持（Chaudhary等人，2025年）。

近年来，各种天然多糖及其衍生物被广泛用于微凝胶的制备，显示出在益生菌递送方面的显著优势。通过将多糖与其他生物聚合物（包括其他多糖、蛋白质或金属离子）复合，可以有效地调节这些系统的功能特性，如负载稳定性、环境响应性和靶向释放。通过对多糖主链进行结构改造，也可以修改这些特性。通过选择适当的壁材料和设计策略，可以采用多种制备方法。经典方法如乳化法和喷雾干燥，以及先进的精密技术如微流控和3D生物打印，可以实现微凝胶的高效生产。此外，电纺、冷冻干燥和冷等离子处理等辅助技术进一步提高了颗粒尺寸的均匀性和整个系统的稳定性。这些改进有助于协调优化材料设计和加工性能。

目前关于基于多糖的微凝胶用于益生菌递送的研究分散在材料化学、加工方法和食品应用领域。这种碎片化使得比较不同系统并得出对食品有用的设计原则变得困难。因此，本综述将多糖的选择和改性与微凝胶的结构、制备可行性以及在食品系统中的性能联系起来。文献检索来自Web of Science、Scopus和PubMed，重点关注过去十年内发表的研究。所包括的研究报告了微凝胶的组成和制备策略，以及至少一个与食品相关的结果，如益生菌的存活率、胃肠道耐受性或释放行为。选定的研究按多糖类型、复合或改性策略、制备技术和应用基质进行了分类。在此基础上，综述总结了壁材料的选择、微凝胶构建策略和代表性的制备方法，并比较了不同食品基质中的性能趋势，指出了当前的局限性和未解决的问题。总体而言，本综述旨在阐明基于多糖的微凝胶中的常见结构-性能模式，加深对益生菌递送的机制理解，并为功能性食品和FSMP的合理微凝胶设计提供信息。

部分摘录

基于多糖的微凝胶的优势

本节概述了各种多糖在微凝胶中的应用，重点关注它们的分子结构、凝胶特性和益生菌递送性能之间的内在关系。目的是突出它们的独特优势，并探索它们作为益生菌包封材料的未来发展潜力。

基于多糖的微凝胶递送系统的设计

单一多糖材料在递送系统设计中存在固有的局限性，包括机械强度低、环境敏感性有限和靶向能力不佳。这些弱点影响了微凝胶的稳定性、释放控制和在胃肠道环境中的微生物定植效率。因此，基于多糖的微凝胶的结构设计已成为提高益生菌递送性能的核心方法。

基于多糖的微凝胶的制备技术

自20世纪中叶以来，微凝胶的制备已经从基本乳化方法发展到微流控和3D打印等先进技术。这些进步提高了对颗粒大小、形状和功能特性的控制，从而扩展了在食品、制药和环境领域的应用。

基于多糖的微凝胶在食品工业中的应用

在食品工业中，基于多糖的微凝胶已成功应用于各种产品中，包括乳制品、水果和蔬菜汁、烘焙食品以及加工肉类。除了提高益生菌的存活率外，这种策略还可以提高感官质量和营养功能，为功能性食品的开发提供了创新的技术解决方案。

结论与展望

基于多糖的微凝胶因其生物相容性、结构多样性和环境响应性而成为益生菌递送的有希望的平台。本综述概述了关键的多糖类型、微凝胶基质的设计策略、制备方法的进步及其在食品系统中的应用。常见的材料如海藻酸盐、壳聚糖和果胶仍被广泛用于递送系统的开发。相比之下，新兴的多糖

未引用的参考文献

Arena等人，2017年；B和R，2024年；Li等人，2023年；Li等人，2016年；Sun等人，2024年；Wang等人，2025年；Wang等人，2024年；Wang等人，2025年。

利益声明

作者声明没有利益冲突。

CRediT作者贡献声明

张金如：概念化、数据管理、调查、方法论、撰写——初稿；刘碧琪：正式分析、方法论、监督、撰写——审阅与编辑；谢青刚：资源、软件、验证；王佳月：正式分析、调查、撰写——初稿；马莉：概念化、数据管理、可视化；杨超：软件、可视化；杨新燕：概念化、方法论、撰写——审阅与编辑；郭玲：项目管理，

竞争利益声明

? 作者声明他们没有已知的竞争财务利益或可能影响本文工作的个人关系。

致谢

资助：本研究由黑龙江省重点研发计划资助：食品加工专项计划（2024ZX10B01）。