《Journal of Food Engineering》：Comparative Study of the Viability of Free and Encapsulated
Lactobacillus acidophilus LA02 under Simulated Gastrointestinal and Food System Conditions
编辑推荐：
本研究系统评估了冻干与喷雾干燥方法、麦芽糊精-阿拉伯胶比例、壁材浓度及绿茶提取物添加对乳酸杆菌酸ophilus微胶囊技术性能及模拟胃肠道存活率的影响。结果表明冻干结合8:2或5:2的麦芽糊精-阿拉伯胶体系可使益生菌存活率超过90%，显著优于喷雾干燥；添加绿茶提取物可进一步改善冻干体系下的肠道存活率。FTIR和SEM分析证实优化配比可提升材料玻璃化转变温度、结构致密性和氧气阻隔性。
马塞利·佩鲁佐洛（Marcieli Peruzzolo）|莉西亚娜·丽塔·萨托雷托（Lisiane Rita Sartoreto）|萨布丽娜·帕万·扎诺尼（Sabrina Pavan Zannoni）|韦利顿·何塞·斯特罗古尔斯基·马格南蒂（Hueliton José Strogulski Magnanti）|安赫莉卡·摩根·安塞尔米尼（Angélica Morgan Anselmini）|贾米勒·泽尼（Jamile Zeni）|乔瓦娜·克里斯蒂娜·切尼（Giovana Cristina Ceni）|罗热里奥·路易斯·坎西安（Rogério Luis Cansian）|杰西亚娜·托尼亚佐·巴克斯（Geciane Toniazzo Backes）
巴西里奥格兰德州埃雷钦（Erechim）URI大学食品工程系，塞特·德·塞特罗波罗大街1621号（Av. Sete de Setembro, 1621），邮编99709-910
摘要
本研究探讨了干燥方法、壁材比例和浓度以及绿茶提取物添加对含有嗜酸乳杆菌（Lactobacillus acidophilus）的微胶囊的技术性能和模拟胃肠道存活率的综合影响。微胶囊通过冷冻干燥和喷雾干燥工艺制备，使用了不同的麦芽糊精与阿拉伯胶比例，并对其活力、产率、包封效率、储存稳定性、结构特性以及在模拟胃肠道条件下的抗性进行了评估。结果表明，冷冻干燥比喷雾干燥更能有效保持益生菌的活力。冷冻干燥后的活菌计数范围为8.23至8.54 log CFU/g，包封效率超过93%；而喷雾干燥样品的活菌计数较低（7.59-8.30 log CFU/g），产率也降低了42-62%，尽管其包封效率仍超过86%。在模拟胃肠道条件下，自由菌的存活率下降了约3.7 log单位，最终存活率约为61%。使用麦芽糊精-阿拉伯胶比例（8:2和5:2）的冷冻干燥配方在整个胃肠道阶段均保持了90%以上的存活率，而喷雾干燥样品的回肠活菌计数较低（4.6–5.7 log CFU/g）。添加绿茶提取物进一步提高了益生菌的存活率，尤其是在优化后的冷冻干燥系统中。傅里叶变换红外光谱和扫描电子显微镜分析支持了结构变化的结果，表明聚合物配方中的玻璃化程度提高，结构缺陷减少，氧气阻隔性能增强。尽管加工后的包封效率仍然较高，但模拟胃肠道环境显著降低了活菌数量，这突显了基质组成在保护益生菌方面的关键作用。
引言
随着人们对促进健康和福祉的食品需求增加，对功能性成分（尤其是益生菌）的研究也日益活跃。这些微生物具有多种健康益处，包括调节肠道微生物群、增强免疫反应和减少胃肠道疾病。然而，为了发挥其积极作用，益生菌在加工、储存和胃肠道传输过程中必须保持足够的细胞活性，这对食品工业来说是一个重要的技术挑战（Afzaal等人，2020；Agriopoulou等人，2023；Xie等人，2025；Koh等人，2022；Reque和Brandelli，2021；Yao等人，2020）。
在食品加工和储存过程中，益生菌会暴露于多种压力因素下，如温度波动、渗透压、氧气和水分。消费后，它们还需承受胃酸环境和肠道中的胆盐。这些不利条件通常会导致细胞活性显著下降，从而影响益生菌产品的效果，并限制其在实际食品中的应用（Murúa-Pagola等人，2021）。
微囊化是一种有效的保护益生菌免受环境和胃肠道压力影响的策略。常用的包封技术包括喷雾干燥和冷冻干燥，因为它们具有可扩展性和与食品级材料的兼容性。微囊化系统的保护效果很大程度上取决于壁材的选择和比例，这些因素决定了包封基质的结构完整性、渗透性、玻璃化转变行为和整体稳定性（Yao等人，2020；Nadali等人，2021）。
麦芽糊精和阿拉伯胶常被用作壁材，因为它们具有互补的功能特性。麦芽糊精有助于形成非晶态玻璃基质，具有较高的玻璃化转变温度，从而降低分子流动性并限制水和离子的扩散；而阿拉伯胶则提供乳化能力、柔韧性和机械强度，有助于形成围绕益生菌细胞的致密保护结构（Nadali等人，2021；Zong等人，2023；Peruzzolo等人，2025）。然而，包封效果高度依赖于这两种成分的平衡，因为任何一种材料过量都可能导致保护效果下降，可能是由于玻璃化不足或形成了脆弱且可渗透的结构（Vivek等人，2023）。
从技术和食品应用的角度来看，虽然更多的壁材可以提高益生菌的保护效果，但过高的包封剂用量可能会影响最终产品的感官品质，限制可加入食品基质中的粉末量，并阻碍达到益生菌活性细胞最低要求。此外，增加壁材的比例会直接影响配方成本，可能限制其工业应用性。近期文献强调了在开发益生菌食品成分时平衡包封效率与感官接受度和经济可行性的重要性（Haro-González和Velásquez-Reyes，2025）。
同时，添加能够增强益生菌稳定性的生物活性化合物也受到了越来越多的关注。绿茶（Camellia sinensis）富含具有抗氧化特性的多酚化合物，先前的研究表明绿茶提取物可能有助于提高益生菌在压力条件下的存活率（Jeong等人，2018；Rifa’i等人，2025）。然而，这些成分与不同包封基质和壁材比例的联合效果尚未得到充分研究（Jeong等人，2018）。
为应对这些挑战并弥合益生菌保护与实际食品应用之间的差距，本研究评估了嗜酸乳杆菌LA02在自由状态和包封状态下的存活率，以及在模拟胃肠道环境和与食品相关的压力条件下的表现，包括pH值、NaCl浓度、蔗糖水平、绿茶提取物浓度和储存温度的变化。益生菌通过乳化后喷雾干燥或冷冻干燥的方式包封，使用了不同的麦芽糊精与阿拉伯胶比例。本研究的创新之处在于综合评估了包封方法、壁材组成和数量，以及在不同食品加工、储存和胃肠道传输相关压力条件下的生物活性绿茶提取物的添加效果，为开发技术上可行的益生菌成分提供了实用见解。
部分内容摘录
接种液制备和活菌计数
本研究使用的嗜酸乳杆菌（LA02）菌株由Probiotical S.p.A.提供，并在-18°C下保存直至使用。接种液制备时，将1克冻干菌株在100毫升MRS培养基（De Man, Rogosa, and Sharpe）中活化，然后在37°C下培养15小时。随后在4°C下以4,670 x g的离心力离心15分钟（MPW – 351R），并用无菌0.85%（w/v）NaCl盐水溶液洗涤两次（Cinetica）。
活菌计数...
包封方法和壁材
表1展示了不同麦芽糊精（M）和阿拉伯胶（A）配方中嗜酸乳杆菌在冷冻干燥和喷雾干燥后的存活率（Log CFU/g）、产率和包封效率。干燥方法对存活率的影响大于壁材组成，这表明了细胞保护的机制不同。
结论
本研究系统评估了干燥方法、麦芽糊精-阿拉伯胶比例、壁材浓度以及绿茶提取物添加对含有嗜酸乳杆菌的微胶囊的技术性能和胃肠道性能的综合影响。在测试的系统中，使用优化聚合物比例（M/A 8:2和5:2）的冷冻干燥方法能够更有效地保持益生菌的活力，提高结构稳定性，并增强其在模拟胃肠道条件下的抗性。
作者贡献声明
杰西亚娜·托尼亚佐·巴克斯（Geciane Toniazzo Backes）：撰写、审稿与编辑、数据可视化、项目监督、资源管理、概念构思。贾米勒·泽尼（Jamile Zeni）：初稿撰写、实验研究。安赫莉卡·摩根·安塞尔米尼（Angélica Morgan Anselmini）：数据分析。罗热里奥·路易斯·坎西安（Rogério Luis Cansian）：撰写、审稿与编辑、项目监督、资源管理。乔瓦娜·克里斯蒂娜·切尼（Giovana Cristina Ceni）：初稿撰写、概念构思。莉西亚娜·丽塔·萨托雷托（Lisiane Rita Sartoreto）：方法设计、实验研究、数据分析。马塞利·佩鲁佐洛（Marcieli Peruzzolo）：
未引用参考文献
Anal和Singh，2007；del Carmen García-Rodríguez和Kacew，2025；Gbassi和Vandamme，2012；GEA Process Engineering A/S，2024。
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的研究结果。
数据通过ANCOVA分析进行调整，以初始菌数为协变量。小写字母表示温度和时间的差异，大写字母表示不同配方之间的差异（Tukey’s HSD，p < 0.05）。M/A 8:2：8%麦芽糊精和2%阿拉伯胶；M/A 5:2：5%麦芽糊精和2%阿拉伯胶。
利益冲突声明
?作者声明以下可能被视为潜在利益冲突的财务利益和个人关系：马塞利·佩鲁佐洛（Marcieli Peruzzolo）、莉西亚娜·丽塔·萨托雷托（Lisiane Rita Sartoreto）、萨布丽娜·帕万·扎诺尼（Sabrina Pavan Zannoni）、韦利顿·何塞·斯特罗古尔斯基·马格南蒂（Hueliton José Strogulski Magnanti）、安赫莉卡·摩根·安塞尔米尼（Angélica Morgan Anselmini）、贾米勒·泽尼（Jamile Zeni）、乔瓦娜·克里斯蒂娜·切尼（Giovana Cristina Ceni）、罗热里奥·路易斯·坎西安（Rogério Luis Cansian）、杰西亚娜·托尼亚佐·巴克斯（Geciane Toniazzo Backes）
致谢
本研究部分由巴西国家科学技术发展委员会（CNPq）、巴西高等教育人员协调机构（CAPES，财务代码001）以及南里奥格兰德州研究支持基金会（FAPERGS）资助。
