将酿酒酵母（Saccharomyces cerevisiae）和瑞士乳杆菌（Lactobacillus helveticus）协同共包封在水包水（water-in-water）皮克林乳液中，显著提高了益生菌的存活率及消化耐受性

《Food Bioscience》：Synergistic co-encapsulation of Saccharomyces cerevisiae and Lactobacillus helveticus in water-in-water Pickering emulsion with enhanced probiotic viability and digestive resistance

构建了基于水包水（W/W）Pickering乳液的共生多菌株益生菌系统，通过优化接种方法、比例、碳氮源浓度及培养条件（协同培养、动态摇瓶培养），结合喷干封装技术，实现酵母菌（S. cerevisiae）和乳酸菌（L. helveticus）存活率分别达2.43×10^8 CFU/g和2.12×10^9 CFU/g，体外消化后仍保持高活性。该技术有效克服菌群互作竞争问题，为开发高效复合益生菌制剂提供新策略。

　　

李亚杰|张杰|邵傲|曹华强|李燕|李斌|刘世林

华中农业大学食品科学与技术学院，中国湖北武汉430070

摘要：

本研究构建了一种水包水（W/W）皮克林乳液中的共生多菌株益生菌系统，为生产高活力和多功能益生菌制剂提供了一种新策略。在W/W皮克林乳液中共同培养了酿酒酵母（Saccharomyces cerevisiae和瑞士乳杆菌（Lactobacillus helveticus），然后通过喷雾干燥法进行包封。通过系统优化菌种间的相互作用，包括接种方法、接种比例、碳源和氮源浓度以及培养条件，我们建立了一种高效的共培养系统：同时接种瑞士乳杆菌（浓度为10³ CFU/mL），使用添加了2.0%蔗糖和1.0%酵母提取物的酵母提取物蛋白胨葡萄糖培养基（YPD）进行培养，先进行12小时搅拌培养，随后在28°C下进行32小时静置培养。该方法实现了显著的微生物共生作用，使酿酒酵母的活菌数达到1.16×10⁸ CFU/mL（单菌培养时为3.28×10⁸ CFU/mL），瑞士乳杆菌的活菌数达到1.22×10⁸ CFU/mL。益生菌保持了较高的活力（酿酒酵母：2.43×10⁸ CFU/g，瑞士乳杆菌：2.12×10⁹ CFU/g）。在微包封后，其在体外消化过程中的稳定性也非常优异（酿酒酵母：2.20×10⁷ CFU/g，瑞士乳杆菌：3.47×10⁷ CFU/g）。该共培养系统能够协同增强益生菌的活性和消化稳定性，为开发混合益生菌制剂提供了有益的策略。

引言

复合微生物制剂利用微生物间的协同作用来提高功效、实现多功能性并确保环境适应性，这使它们能够广泛应用于多个领域，包括生物医学（Buss等人，2021；Quan等人，2025）、畜牧业（Wang等人，2020）、环境保护（Liu等人，2017）和食品工业（Luo等人，2022）。酿酒酵母（Saccharomyces cerevisiae和瑞士乳杆菌（Lactobacillus helveticus）的混合使用在发酵产品中非常普遍。在研究发酵乳制品（如酸马奶）时发现，当这两种菌株共培养时，可以产生更多的乙醛、乳酸、丁二酮等风味物质，而这些物质单独由一种细菌难以产生（He等人，2014）。瑞士乳杆菌和酿酒酵母的联合可以改善可可豆发酵过程中的糖代谢和香气形成（Viesser等人，2020）。其成功应用在很大程度上取决于菌株的特异性以及对发酵参数的精确控制。酿酒酵母可以将蔗糖分解为果糖和葡萄糖，为瑞士乳杆菌提供碳源；同时酿酒酵母还能合成B族维生素和氨基酸，促进瑞士乳杆菌的生长和代谢活动。瑞士乳杆菌产生的有机酸可以为酿酒酵母创造更适宜的酸性微环境，而乳酸和酪蛋白等代谢产物也为酿酒酵母的生长提供能量（De Vuyst & Leroy，2020）。然而，酿酒酵母和瑞士乳杆菌之间也可能存在抑制生长和资源竞争的拮抗关系，这可能会影响最终产品的质量（Englezos等人，2022）。因此，研究这两种菌株在发酵系统中的相互作用模式有助于揭示微生物与其功能之间的关系，对于提高发酵产品的生产效率和增强其益生菌功效具有重要意义（Salvatore等人，2024）。

乳液包封技术通过构建物理或化学屏障将益生菌包裹在特定基质中，形成能够抵抗不良外部条件的稳定微环境（Singh等人，2018）。W/W（水包水）皮克林乳液包封技术使用天然生物相容性材料（如多糖/蛋白质）形成双水界面，避免使用有机溶剂和脂质，特别适合对热敏感的益生菌的温和包封（Zhang等人，2023）。包封材料的耐酸性能使得益生菌能够在肠道中实现靶向释放。该技术具有优异的物理稳定性和低氧渗透保护能力，并且完全基于可降解的生物材料（Wei等人，2024）。喷雾干燥技术是一种高效且连续的粉末化工艺，其核心优势在于能够快速将液态材料转化为流动性良好的干粉，同时保持热敏感成分的生物活性（Jafari等人，2021）。该技术具有较大的处理能力，能耗相对较低，适用于工业生产（Baumann等人，2021）。所得产品水分含量低，储存稳定性好，保质期长。通过乳液包封和喷雾干燥结合的方法制备微胶囊在功能食品和药物制剂中具有广泛的应用前景（Meng等人，2024）。

本研究使用食品级的W/W乳液同时培养并包封了两种益生菌（酿酒酵母和瑞士乳杆菌），探讨了接种方法、接种比例、碳源和氮源浓度以及培养条件对W/W皮克林乳液中混合益生菌活菌数的影响，从而确定了最佳的共培养条件。随后通过喷雾干燥制备了混合益生菌微胶囊，并研究了这些微胶囊的抗消化性能。这项研究进一步拓展了W/W皮克林乳液包封系统的应用范围，为混合益生菌制剂的制备提供了新的思路。

材料

羟丙基甲基纤维素（HPMC）由河北百友生物技术有限公司提供；麦芽糊精（MD）来自浙江新和成有限公司；微晶纤维素（MCC）由阿拉丁化学试剂有限公司提供；酵母提取物蛋白胨葡萄糖培养基（YPD）和YPD琼脂购自青岛海博生物技术有限公司；瑞士乳杆菌 CICC 22,536菌株由中国科学院海洋研究所提供。

培养系统的确定

微生物共培养的主要挑战源于菌株间生理特性的差异导致的竞争失衡（Martinez等人，2025）。为了解决这一问题，首先需要阐明各菌株之间的协同作用并建立优化的培养系统。混合益生菌在以瑞士乳杆菌为主的培养系统中进行共培养。

结论

本研究旨在开发一种具有高活性和消化抵抗力的混合益生菌制剂。采用W/W皮克林乳液作为载体，酿酒酵母和瑞士乳杆菌共同培养后通过喷雾干燥进行微包封。通过系统优化菌种间的相互作用（接种方法、接种比例、培养基组成和培养模式），以微观形态和活菌数为评价指标，最终确定了最佳方案。

CRediT作者贡献声明

刘世林：撰写、审稿与编辑、验证、监督、方法学设计、资金获取、概念构思。李斌：撰写、审稿与编辑、监督。李燕：撰写、审稿与编辑、概念构思。张杰：方法学设计、实验研究、数据管理。李亚杰：撰写、审稿与编辑、初稿撰写、实验研究。曹华强：项目管理、数据管理。邵傲：方法学设计、数据管理

利益冲突声明

作者声明不存在利益冲突。

数据获取

数据可应要求提供

利益冲突声明

作者声明没有已知的利益冲突。

致谢

本研究得到了国家自然科学基金（32272469, 32072177）的支持。