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本研究开发了一种脂质体-菊粉凝胶递送系统，显著提高乳杆菌的包封效率至89%以上，并维持其在酸性环境、氧化应激及模拟胃肠消化条件下的存活率超过6 log cfu/mL。通过氢键和空间位阻作用形成稳定复合结构，释放行为符合零级动力学和Korsmeyer-Peppas模型。
Jing Liu|Nianwen Zhang|Chaofan Guo|Ruilin Luo|Xingwei Wang|Xiaoyu Yin|Jianxin Cao|Xianchao Feng|Xuejiao Wang
昆明理工大学食品科学与工程学院，中国云南省昆明市镜明路727号，邮编650500
摘要
本研究开发了一种脂质体-菊粉凝胶递送系统，以提高鼠李糖乳杆菌的环境稳定性和胃肠道稳定性。随着菊粉凝胶比例从1:1增加到1:3，载有益生菌的系统的包封效率（L-Lip@gel）显著提高，达到约89%（P?P?
引言
益生菌因其对宿主健康的积极影响而受到广泛关注，例如调节肠道微生物群平衡、增强免疫功能以及改善代谢综合征（Cremon等人，2018年）。鼠李糖乳杆菌是一种被广泛研究的益生菌，具有抗炎、抗氧化和增强肠道屏障的作用（Barajas-álvarez等人，2024年）。然而，益生菌的实际应用面临许多挑战，包括对胃酸和胆盐的敏感性以及在加工和储存过程中的活性丧失，这些因素极大地限制了它们的生物利用度和效果。因此，开发有效的递送系统以提高益生菌的稳定性至关重要。
近年来，微胶囊化技术（如乳液、凝胶、固体脂质纳米颗粒和脂质体）已在各个领域得到广泛应用。研究表明，将益生菌封装在微胶囊、乳液或凝胶系统中可以提高其在不利条件下的存活率，并增强其在肠道中的定植和生物利用度。然而，这些封装系统也存在局限性。例如，海藻酸盐-壳聚糖微胶囊存在内容物泄漏和粒径不均匀的问题，导致益生菌释放不稳定和定植效果不佳（Fonteles & Rodrigues，2018年）。此外，乳液的稳定性受成分、渗透压和制备方法的影响，较大的粒径或高油含量可能导致聚集，从而破坏载体结构和靶向递送效果（Huerta-Vera等人，2017年）。机械强度不足的凝胶系统可能在稀释或胃肠道环境中过早释放益生菌，从而降低其活性（Yuan等人，2022年）。
脂质体是由磷脂双层组成的囊泡，具有优异的生物相容性、生物降解性和两亲性，使其成为在胃肠道中保护益生菌的有希望的载体（Liu等人，2020年）。研究表明，脂质体可以有效保护多酚、维生素和益生菌等敏感成分免受胃酸、胆盐和消化酶的降解，从而提高其在胃肠道中的稳定性和生物利用度（Liu, Ye等人，2015年）。然而，脂质体在物理和化学上都不稳定，容易发生聚集、融合和氧化，这可能导致封装内容物的泄漏并限制其长期保护能力（Liu等人，2025年）。为了提高稳定性，研究人员尝试通过聚合物涂层或凝胶化改性来增强脂质体的稳定性。例如，Jaudoin等人（2023年）使用透明质酸修饰脂质体，发现这不仅提高了稳定性，还促进了活性物质的释放时间。Petralito等人（2020年）通过将聚（乙二醇）二甲基丙烯酸酯（PEG-DMA）嵌入脂质体核心，显著增强了脂质体的机械强度和长期稳定性，形成了水凝胶化核心。同样，Hosseini等人（2022年）使用壳聚糖和明胶共同包覆脂质体，提高了益生菌在不利条件下的存活率（>7 log cfu/mL）。然而，这些材料通常成本较高，且在食品应用中的兼容性有限。相反，菊粉是一种天然且低成本的可溶性膳食纤维和益生元，它不仅能够选择性地促进益生菌的生长，还能由于其热可逆的凝胶化特性帮助稳定脂质体结构（Kamel等人，2021年；Xing等人，2024年）。这为构建具有增强稳定性、良好食品兼容性和益生元功能的复合递送系统提供了有希望的策略。在我们之前的研究中，我们成功开发了一种脂质体-菊粉凝胶复合系统（L-Lip@gel），表现出高稳定性和益生菌的存活率，在不利环境条件下表现出有效的保护作用。菊粉通过与脂质体膜的相互作用调节脂质体的稳定性和保护性能。然而，关于L-Lip@gel对益生菌的保护机制的系统研究仍然不足，特别是对其在胃肠道条件、极端加工应力（如冷冻干燥和氧化应激）、不同pH环境以及长期储存下的行为关注较少。因此，深入研究这类复合系统的保护效果及其潜在机制，以及它们对益生菌稳定性和存活率的影响，对于开发高效稳定的益生菌递送技术具有重要意义。
因此，本文使用透射电子显微镜（TEM）、共聚焦激光扫描显微镜（CLSM）、粒径和ζ电位分析、傅里叶变换红外光谱（FTIR）、X射线衍射（XRD）、小角X射线散射（SAXS）和差示扫描量热法（DSC）对L-Lip@gel进行了系统表征。通过平板计数法评估了在长期储存、不同pH值、氧化应激和模拟胃肠道消化条件下封装益生菌的存活情况。自由细胞和未经改性的脂质体（L-Lip）作为对照。此外，通过分析细胞膜完整性和通透性、与肠道黏液相互作用后的流变性质以及体外粘附性能，将进一步阐明脂质体与菊粉之间的氢键如何增强稳定性并促进可控的肠道释放。本研究的结果有望为开发高效稳定的益生菌递送系统提供新的策略，并为提高益生菌在胃肠道中的稳定性提供理论指导，促进相关产品的实际应用，揭示脂质体与菊粉之间的相互作用，从而促进益生菌的多样化利用。
材料
益生菌菌株L. rhamnosus 18,102来自中国昆明理工大学的果蔬加工团队。Triton X-100和胆固醇来自中国北京的Solarbio Technology Co., Ltd.。卵黄磷脂（纯度≥80%）、胃蛋白酶、胰蛋白酶、胆盐和Nile Red（纯度≥95%）来自中国上海的Yuanye Biological Technology Co., Ltd。Nile Blue A（纯度≥98%）购自Aladdin Biochemical
基于储存稳定性的菊粉凝胶添加比例的选择
EE是评估脂质体封装对益生菌存活率保护效果的关键参数。如图1A所示，L-Lip的EE为77%。相比之下，加入菊粉凝胶后，L-Lip@gel的EE显著提高到84.27%–89.22%（P?v/v）时，EE值仍接近89%，表明菊粉这种益生元材料对L. rhamnosus具有天然的亲和力，从而显著提高了其EE（P
结论
本研究成功开发了一种脂质体-菊粉凝胶复合递送系统，实现了L. rhamnosus的有效封装和稳定递送。菊粉凝胶通过氢键和空间阻碍作用稳定了脂质体结构，显著提高了EE（84.27%–89.22%）、环境稳定性和益生菌的存活率。在广泛的pH范围内（>6 log cfu/mL）以及模拟胃肠道消化后，存活的细胞计数得以保持
CRediT作者贡献声明
Jing Liu：写作 – 审稿与编辑，撰写初稿，可视化，概念化。Nianwen Zhang：写作 – 审稿与编辑，撰写初稿，概念化。Chaofan Guo：写作 – 审稿与编辑，软件开发，概念化。Ruilin Luo：写作 – 审稿与编辑。Xingwei Wang：监督，方法学。Xiaoyu Yin：写作 – 审稿与编辑，监督。Jianxin Cao：写作 – 审稿与编辑，监督。Xianchao Feng：验证，监督。
利益冲突声明
作者声明他们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
作者非常感谢云南省基础研究项目（202301BE070001-009）、云南省青年人才支持计划（XDYC-QNRC-2022-0571）和云南省国际科技 commissioner项目（202403AK140005）对这项研究的联合支持。
