超声辅助发酵强化唾液链球菌口服溶解膜：理化特性与益生菌活性研究

《Applied Food Research》：Physicochemical and viability characteristics of Streptococcus salivarius ATCC9222 orally dissolving strips developed via ultrasound-assisted fermentation

本研究针对传统益生菌递送系统稳定性差的问题，开发了基于超声辅助发酵唾液链球菌ATCC 9222豆乳的口服溶解膜(ODS)。结果表明，超声处理显著提升了ODS的机械性能（拉伸强度提高9.0%，断裂伸长率提高10.5%）、降低吸湿性（75%相对湿度下吸湿率降低21.5%）并更好地保持了益生菌活性（模拟唾液暴露后达6.39±0.01 Log10 CFU/mL）。该研究为开发植物基功能性食品提供了创新技术方案。

　　

在现代健康食品领域，益生菌因其调节肠道菌群、增强免疫力等多种健康益处而备受关注。然而，如何让这些活的微生物顺利抵达人体并发挥作用，却是一个不小的挑战。传统的益生菌产品如酸奶、胶囊等，往往面临储存过程中菌群活性下降、口服后胃酸破坏等问题。特别是对于儿童、老年人或吞咽困难的人群，寻找一种既方便食用又能有效保护益生菌的递送方式显得尤为重要。

口服溶解膜(ODS)作为一种新兴的递送系统，像薄薄的水果卷一样，放入口中无需水服即可迅速溶解，不仅使用便捷，还能避免首过效应，提高生物利用度。但将益生菌融入这种薄膜中，并确保其在加工、储存乃至口腔环境中都能保持高活性，仍是科研人员亟待突破的技术瓶颈。

与此同时，非热加工技术如超声波处理，为优化益生菌发酵过程带来了新思路。超声波能够通过空化效应促进微生物生长和代谢，释放更多生物活性物质。那么，将超声波技术与益生菌发酵相结合，再制成口服溶解膜，会不会产生"1+1>2"的效果呢？

来自马来西亚泰莱大学的研究团队就此展开了探索。他们选择了一种天然存在于口腔的益生菌——唾液链球菌(Streptococcus salivarius) ATCC 9222，这种菌株不仅对口腔健康有益，最新研究还发现它可能通过"口-肠轴"影响全身代谢健康。研究人员以豆乳为发酵基质，通过超声波辅助发酵后，将其融入由羟丙基甲基纤维素(HPMC)制成的口服溶解膜中，系统评估了这种新型功能性薄膜的各方面性能。该研究成果发表在《Applied Food Research》上，为开发下一代益生菌产品提供了重要参考。

研究采用了几个关键技术方法：首先通过超声波处理(20 kHz，45%振幅)优化唾液链球菌在豆乳中的发酵过程；然后使用溶液浇铸法制备含冻干益生菌的ODS；通过质构分析仪评估薄膜的机械性能(拉伸强度和断裂伸长率)；利用湿度控制箱测定吸湿行为；采用FTIR光谱分析分子结构变化；并通过体外模拟唾液环境评估益生菌存活率。

3.1. 拉伸强度(TS)

通过质构分析发现，纯HPMC薄膜具有最高的拉伸强度(78.07±0.30 N/mm²)，而添加豆乳蛋白(SPI)后会降低薄膜强度。然而，经过唾液链球菌发酵后，TS值显著提升至61.89±1.78 N/mm²，超声辅助发酵组更是达到67.45±0.68 N/mm²，比传统发酵提高了9.0%。这表明发酵过程中产生的肽类物质起到了天然增塑剂的作用，而超声波进一步促进了蛋白质水解和分子间交联。

3.2. 断裂伸长率(EAB)

在薄膜柔韧性方面，超声辅助发酵表现出最显著的优势，EAB值达到29.18±0.25%，比传统发酵提高了10.5%。研究人员认为，超声波处理使蛋白质结构更加舒展，产生的短链肽能更好地整合到HPMC矩阵中，从而增强了薄膜的弹性。

3.3. 颜色分析

颜色是影响消费者接受度的重要因素。研究发现，超声处理后的薄膜具有更中立协调的色调，亮度值(L)为31.34±0.46，a和b*值更接近零，呈现出柔和的米黄色。这种颜色改善源于超声波促进的蛋白质均匀分散，减少了美拉德反应导致的褐变。

3.4. 水分含量

在水分控制方面，超声辅助发酵的薄膜表现出色，水分含量为13.73±0.34%，显著低于传统发酵组(p<0.01)。这表明超声波处理形成了更致密的分子结构，减少了亲水位点的可用性。

3.5. 吸湿性

在不同湿度条件下(75%和84%相对湿度)，超声处理薄膜的吸湿率最低，分别比对照组降低了21.5%和9.8%。这种优异的防潮性能对于保证产品在储存期间的稳定性至关重要。

3.6. 体外溶出研究

所有薄膜在模拟唾液中的溶解时间均在2-4分钟之间，虽然超声处理组略长(3.35±0.05分钟)，但这种适中的溶解速率反而有利于益生菌在口腔中的滞留和释放，增强定植效果。

3.7. 唾液链球菌ATCC 9222在ODS中的存活率

最令人鼓舞的结果是益生菌存活率数据。超声辅助发酵的薄膜在模拟唾液暴露后，活菌数达到6.39±0.01 Log₁₀ CFU/mL，显著高于未处理组(p<0.05)。这表明超声波处理不仅没有损害菌群活性，反而可能通过激发应激适应反应增强了菌株的抵抗力。

3.8. FTIR分析

傅里叶变换红外光谱(FTIR)从分子层面揭示了超声波的作用机制。超声处理后的薄膜在酰胺I带(1635 cm^-1)和羟基/氨基伸缩振动区(3284 cm^-1)出现特征峰位移，表明蛋白质构象发生改变，氢键相互作用增强，这与改善的机械性能和吸湿行为高度一致。

研究结论与讨论部分指出，超声波辅助发酵技术通过多重机制优化了口服溶解膜的性能：一方面促进豆乳蛋白的酶解生成活性肽，增强薄膜矩阵的连贯性；另一方面改善益生菌的代谢活性，提高环境适应力。这种协同效应使得最终产品不仅具有优异的力学强度和稳定性，还能确保益生菌在递送过程中保持高存活率。

该研究的创新之处在于将物理加工技术(超声波)、生物发酵过程(益生菌)和剂型设计(口服膜)有机结合，为解决益生菌制品面临的存活率低、使用不便等共性难题提供了系统解决方案。特别是选择唾液链球菌这一具有口腔定植特性的菌株，与口服溶解膜的给药方式高度匹配，有利于发挥局部和全身健康效应。

随着消费者对功能性食品需求日益增长，这种集便捷性、稳定性和高效性于一身的益生菌递送平台，具有广阔的产业化前景。未来研究可进一步探索不同菌株与超声参数的优化组合，以及其在特定健康领域(如口腔保健、代谢调节)的应用效果，推动食品工业向精准营养和个性化健康方向创新发展。