综述：基于乳液系统的益生菌封装技术及益生菌与疏水性生物活性物质的共封装方法

《Food Chemistry》：Encapsulation of probiotics and co-encapsulation of probiotic-hydrophobic bioactives based on emulsion systems

本文综述乳液基微胶囊化技术在益生菌保护中的应用，分析其形成机制、热稳定性、消化耐受性及与疏水活性成分的协同增效作用，探讨材料选择、界面组织与结构稳定性对递送系统性能的影响，为开发高效稳定的益生菌递送系统提供理论指导。

　　

张迈克|孟贵贤|李航|吴振|陈波|曾晓群|潘道东|杜启伟

中国农业产品质量与安全生物化学威胁管理国家重点实验室，宁波大学，中国宁波

摘要

微胶囊技术是一种广泛应用的策略，用于保护益生菌，这有助于提高其在运输过程中的存活率并实现靶向释放。在各种技术中，基于乳液的方法因其简单性和可扩展性而被广泛采用。此外，研究表明，将益生菌与疏水性生物活性化合物共同封装在乳液中可以通过协同作用增强其稳定性和活性。本文讨论了基于乳液的益生菌微胶囊的形成和特性，以及它们在提高耐热性、耐冻性、储存稳定性和消化耐受性方面的机制。同时，还强调了益生菌与疏水性生物活性化合物共同输送时的协同效应，这可能有助于维持其在体内的生物活性，并潜在地支持健康相关功能。

引言

益生菌是有益的活微生物，它们在体内定植，通过代谢和产生酸及细菌素来积极影响健康。这些物质有助于改变身体特定区域的菌群组成。建议每日摄入6log至7log CFU/g的益生菌（Nezamdoost-Sani等人，2023年）。益生菌可以：(1)通过与有害细菌竞争资源及肠道结合位点、创造酸性肠道环境以及生成有益代谢物来治愈感染性腹泻和其他疾病；(2)调节免疫系统并治疗炎症性肠道疾病；(3)通过调节免疫系统和改变神经递质来减轻抑郁症患者的心理症状和胃肠道症状；(4)形成肠道屏障以抵御有害病原微生物的入侵，促进肠道微生物群的平衡（Bu等人，2025年）。只有当足够数量的活性益生菌成功定植于人体时，它们才能发挥效果。然而，益生菌在各种食品加工过程中容易受到物理化学条件（温度、pH值、湿度、光线、氧气和过渡金属离子）的影响而失去活性。此外，人体口腔中的溶菌酶以及胃酸、胆盐、酶和其他胃肠道因素的影响也会对益生菌构成威胁，大大降低其生物利用度。因此，保持益生菌在食物和整个胃肠道系统中的稳定性和活性至关重要。

微胶囊技术是一种有效的保护益生菌的方法，可以在运输过程中保持其活性。其原理是将菌株封装在一层或多层保护材料中，从而保护菌株免受有害环境的影响。益生菌的粒径通常在1μm到10μm之间，因此应使用适当大小的封装材料。益生菌微胶囊的大小对其生物利用度有显著影响：过大的颗粒会导致释放缓慢，并可能产生粗糙的感觉，从而改变食物的感官体验。因此，选择合适的壁材进行益生菌封装非常重要。常用的封装材料包括碳水化合物（如海藻酸钠、壳聚糖和寡糖）和蛋白质（如明胶、大豆分离蛋白和乳清蛋白）（Chen等人，2024年）。例如，海藻酸钠具有多孔结构，可能导致益生菌细菌过早释放（Zhao等人，2024年）。

目前，微胶囊的制备方法包括挤出、喷雾干燥、冷冻干燥和乳化等。挤出法简单且经济，能确保益生菌的高存活率，但生成的微胶囊颗粒较大，通常在0.5至3mm之间（Krasaekoopt等人，2003年）。这种较大的颗粒会在食品中产生颗粒感，且生产时间较长，不太适合工业应用。喷雾干燥过程简单且操作可行，生成的微胶囊颗粒均匀且较小，通常小于100μm。然而，干燥过程中的高温（入口温度可达170°C，出口温度可达105°C，Desmond等人，2002年）会损害益生菌并严重影响其储存活性。冷冻干燥可以产生稳定的产品，但设备成本较高，且表面常出现裂纹。因此，乳化法因其众多优点而被频繁使用：操作简便、节省时间、反应条件温和、对设备要求低且适用于大规模生产。此外，该方法生成的益生菌微胶囊含有大量活性细菌。除了封装益生菌外，乳液系统还常用于封装疏水性活性物质，以提高其在食品和药品中的分散性和生物利用度。目前，将益生菌与疏水性活性物质共同封装受到了广泛关注，因为这两种成分的协同作用可以增强其稳定性与活性。

尽管基于乳液的封装策略在提高益生菌稳定性方面受到了广泛关注，但仍存在一些常被忽视的缺点。乳化过程中的机械剪切和高能量均质化会导致氧气掺入，而油相通常比水相具有更高的氧气溶解度。因此，基于乳液的封装系统并不一定是低氧环境，在某些配方条件下，敏感的生物活性物质可能会发生氧化降解。此外，水-油界面区域可能成为过渡金属离子与不饱和脂质之间催化反应的场所，进一步加速脂质氧化（Keramat等人，2022年）。乳化过程中的机械应力也可能影响益生菌的完整性，尤其是在界面结构稳定之前。储存过程中可能出现的结构不稳定（如凝聚、分层或相分离）也会导致封装益生菌的过早暴露。因此，基于乳液的封装性能与材料选择、界面组织和结构稳定性密切相关，而非乳液系统本身的固有特性。这些因素在不同乳液系统中普遍适用，因为氧气掺入和机械应力主要受加工强度和配方条件的影响，而非乳液类型本身。在设计不佳的情况下，系统引入的应力可能会部分抵消预期的保护效果。

本文首先概述了基于乳液的封装策略，包括Pickering乳液、多层乳液和高内相乳液，讨论了它们的制备原理、粒径控制、界面结构和封装效率。然后分析了这些乳液在冷冻、加热、胃肠道条件和长期储存下的结构变化，强调了它们的耐冻性、热稳定性、消化耐受性和储存稳定性。最后，总结了将益生菌与疏水性生物活性物质共同封装的功能结果，并讨论了相关的健康益处，为未来设计更高效可靠的基于乳液的输送系统提供了指导。

乳液的定义和分类

乳液是由两种或更多不相容液体组成的不稳定系统。在简单的乳液中，一种物质（分散相）以液滴的形式分布在另一种物质（连续相）中；根据分散相的不同，乳液可分为油包水（O/W）和水包油（W/O）类型（Bernaschina等人，2024年）。这两种类型的乳液都可以在不利环境中（如胃酸）帮助益生菌，提高其存活率（Quintana等人，2021年）。

Pickering乳液

乳液是一种不稳定的系统，其中一种液体的液滴分散在另一种不相容的液体中，这一过程由表面活性剂促进。当这些系统由有机或无机固体颗粒而不是表面活性剂稳定时，称为Pickering乳液。图3示意性地总结了这些乳液系统的形成机制。该图展示了Pickering乳液、高内相乳液（HIPEs）和多层乳液的结构发展路径。

将益生菌与疏水性生物活性成分共同封装在乳液中

疏水性活性物质是一类不溶于水但溶于脂质的化合物。它们的亲脂性使其能够穿透细胞膜并参与关键的细胞生理过程。它们不仅可以为人体提供必需物质，还具有预防、缓解甚至在某些情况下治疗特定疾病的能力。然而，如何提高其生物可利用性一直是一个值得关注的问题。

乳液微胶囊的挑战与未来前景

尽管基于乳液的封装技术在益生菌输送方面显示出潜力，但一些实际问题阻碍了其更广泛的工业应用。从技术角度来看，脂质相的高成本和乳化过程的能耗使得大规模生产变得困难。在放大生产过程中，同时保持液滴大小、封装效率和界面稳定性仍然是一个挑战。此外，微胶囊的长期稳定性往往有限。

结论

本文总结了基于乳液的益生菌封装策略，强调了不同系统的形成机制、性质和保护作用。通过调整颗粒浓度、pH值、离子强度、油相体积分数和层组成等因素，可以提高稳定性、实现靶向释放，并改善益生菌在食品加工和胃肠道条件下的存活率。与疏水性生物活性物质的共同封装

<_cRediT作者贡献声明> 张迈克：撰写初稿、可视化处理、方法设计。 孟贵贤：实验研究、数据分析。 李航：结果验证、软件操作。 吴振：项目监督、行政管理工作。 陈波：资源协调。 曾晓群：撰写与编辑、项目监督。 潘道东：项目监督、行政管理工作。 杜启伟：撰写与编辑、资金筹集、概念构思。 <未引用的参考文献> <利益冲突声明> < /> <致谢> <本研究得到了国家自然科学基金（32301976）、浙江省自然科学基金（lms25c200008）、宁波市自然科学基金（2024 j164）和2024年宁波市 yongjiang 人才引进计划（2024>BioGDP.com制作。