综述：食品级水凝胶包封益生菌与新一代益生元的靶向合生元递送进展

《Food Hydrocolloids for Health》：Advances in Food-Grade Hydrogel Encapsulation of Probiotics with Next-Generation Prebiotics for Targeted Synbiotic Delivery

本综述系统阐述了食品级水凝胶包封技术结合新一代益生元（如多酚、非消化性碳水化合物）在靶向递送合生元系统中的应用进展。重点探讨了天然与复合水凝胶对益生菌的保护机制（如抗氧、耐酸、维持高存活率>90%），并提出了基于靶点释放触发机制的材料设计与交联策略决策框架，为开发可规模化、多功能合生元水凝胶提供理论支持。

　　

水凝胶包封技术概述

封装技术通过物理或化学方法将活性物质（核心材料）包裹于另一物质（壁材）中，形成纳米、微米或毫米级颗粒。该技术广泛应用于食品工业，用于稳定成分（如蛋白质、维生素）、掩蔽不良风味、调控释放（如益生菌、生物活性化合物）以及整合不相容组分。水凝胶作为三维网络结构，以水为连续相，能够吸收大量水分而不溶解，因其生物相容性、可降解性和亲水性成为益生菌包封的理想载体。

益生菌与新一代益生菌（NGPs）

益生菌被定义为“活微生物，当摄入足够量时，可赋予宿主健康益处”。传统益生菌主要包括乳杆菌属（Lacticaseibacillus）和双歧杆菌属（Bifidobacterium），而新一代益生菌（NGPs）如Akkermansia muciniphila、Faecalibacterium prausnitzii等，旨在治疗特定疾病（如肠道疾病、代谢综合征），但需严格的安全性和功能验证。

水凝胶作为益生菌递送系统

水凝胶可分为天然、合成和杂化类型。天然聚合物（如藻酸盐、壳聚糖、明胶）因其无毒、营养价值和生物相容性而备受青睐。复合水凝胶（如蛋白质-多糖组合）通过增强机械强度和流变稳定性，提供更好的保护。封装效率可达90%以上，并在模拟消化中显著提高细胞存活率。

水凝胶结构组分选择

蛋白质（如乳清蛋白、大豆蛋白）和多糖（如藻酸盐、果胶）是常用材料。它们的组合可通过共价或非共价交联（如离子相互作用、酶交联）形成更紧密的网络，改善封装效率和稳定性。特别是，多糖能保护蛋白质免受酶解和酸性降解，增强益生菌的结肠靶向递送。

益生菌在复合水凝胶中的包封

研究显示，复合系统（如藻酸盐-明胶、大豆蛋白-果胶）能有效提高益生菌在加工、储存和消化过程中的存活率。对于益生酵母（如Saccharomyces boulardii），藻酸盐是主要壁材，但复合系统（如乳清蛋白-藻酸盐）也展现出高封装效率和延迟释放特性。

益生元概念及其在水凝胶中的整合

益生元是“被宿主微生物选择性利用并赋予健康益处的底物”。传统益生元（如菊粉、低聚果糖）和新一代益生元（如多酚、非消化性碳水化合物）可整合入水凝胶，形成合生元系统。这些系统不仅提供结构保护，还通过代谢支持增强益生菌功能。

果聚糖类益生元

菊粉和低聚果糖是传统益生元，能刺激有益菌生长。在包封系统中，菊粉与蛋白质组合可提高封装效率和稳定性。其他果聚糖如龙舌兰果聚糖（agavins）也显示出类似效果，改善益生菌的热稳定性和消化存活率。

新一代益生元：非消化性碳水化合物

木寡糖（XOS）、低聚半乳糖（GOS）和果胶寡糖（POS）作为新一代益生元，与蛋白质结合时可增强益生菌的抗逆性和储存稳定性。果胶及其衍生物（如POS）因其抗酶解性和结肠发酵特性，常用于结肠靶向递送系统。

新一代益生元：非碳水化合物植物化合物

多酚（如单宁酸、没食子酸）具有抗氧化、抗炎和益生元潜力。它们通过调节肠道菌群组成和增强短链脂肪酸生产来促进健康。在水凝胶中，适量多酚（0.04-0.9% w/v）可提高益生菌存活率和封装效率，但高浓度可能抑制细胞生长。

结论与未来方向

水凝胶包封技术结合新一代益生元为益生菌递送提供了高效、多功能的解决方案。未来研究应聚焦于体内验证、标准化消化模型和食品级交联剂的评估，以确保合生元系统的功能性、安全性和消费者接受度。跨学科合作将推动这一领域向科学严谨、营养优势和实际应用方向发展。