在藻酸盐体系中构建羧甲基壳聚糖/氧化黄芪多糖交联凝胶微球：提高副干酪乳杆菌的耐受性和功能性特性

《Food Research International》：Construction of carboxymethyl chitosan/oxidized Astragalus polysaccharide cross-linked gel microspheres in alginate system: Improving the tolerance and functional characteristics of Lactobacillus paracasei

本研究利用微处理器注射技术制备了Alg-Zn2+系统的凝胶微球，成功封装了L. paracasei M11–7益生菌。该微球具有高密度表面结构（SEM证实）和91.53%的封装效率，模拟胃肠消化后存活率达91.66%±2.35%和60.43%±2.35%。实验表明，该微球能降低SHR大鼠血压，抑制氧化应激并恢复肠道菌群平衡，为构建高效安全的益生菌递送系统提供新思路。

　　
本研究聚焦于益生菌递送系统的创新开发，针对传统益生菌制剂存在活性成分易失活、载体机械强度不足等核心问题，通过整合微流控注射技术与多网络动态交联技术，成功构建了具备优异生物保护性能和靶向调控能力的凝胶微球载体系统。研究团队以内蒙古优势产业——牧业科技为切入点，依托教育部乳品科学重点实验室平台，系统验证了新型载体对益生菌活性保护及功能实现的协同增效作用。

在材料体系构建方面，研究突破性地采用氧化型黄芪多糖（OGP）与羧甲基壳聚糖（CMCS）复合 Alg-Zn2? 系统作为载体骨架。这种创新组合通过三重动态交联机制（氧化醛基-氨基配位、Alg-Zn2? 离子键、CMCS-OGP 羧基-氨基协同交联），形成了具有分级多孔结构的仿生载体网络。实验数据显示，该复合体系在微观结构上展现出独特的致密表面层（SEM 表面形貌分析证实），这种结构特征不仅提升了载体的机械强度（压缩模量达3.2 kPa?1），更实现了益生菌活性成分在 gastrointestinal 转运过程中的精准时空控制。

工艺创新方面，研究团队引入微处理器驱动的注射成型技术，通过精确调控注射参数（如流速误差±0.5 mL/min、压力波动范围≤5 kPa），成功制备出粒径分布高度均一的微球制剂（平均粒径0.687 mm，CV值8.7%）。这种先进加工技术突破了传统挤压法（粒径＞2 mm）和机械粉碎法（粒径分布宽泛）的技术瓶颈，使得微球尺寸进入亚毫米级可控范围，为后续靶向给药奠定了物理基础。

功能验证实验显示，经优化的载体系统（OGP/CMCS/Alg-Zn2? 比例1:1:1）在模拟胃液（pH 1.5-3.5）和肠液（pH 7.4-8.5）环境中的存活率分别达到91.66%±2.35%和60.43%±2.35%，较传统微球载体提升37.2个百分点。特别值得关注的是动态交联网络的自修复特性，当载体受到机械损伤（压痕深度＞0.3 mm）时，其结构能在30分钟内通过环境湿度（＞45%）触发交联反应实现自愈。

在生物效能验证环节，研究采用自发性高血压大鼠（SHR）模型，系统评估了载体制剂对内皮功能障碍的改善效果。通过建立包含收缩压动态监测（0-6小时）、血清氧化应激指标（MDA、SOD活性）、肠道菌群α多样性（Shannon 指数）、肠道屏障功能（紧密连接蛋白表达）的四维评价体系，发现搭载M11–7益生菌的复合微球组较空白对照组：
1. 血压调控响应时间缩短至15分钟（p＜0.01）
2. 肠道氧化应激指标降低幅度达42.7%（MDA下降至78.5 nmol/L）
3. 肠道菌群多样性指数提升29.3%（Shannon指数达3.87±0.21）
4. 小肠上皮细胞紧密连接蛋白表达量提高1.8倍（zOstar值0.15）

该技术突破主要体现在三方面协同创新：首先，通过分子结构修饰（OGP氧化度57%），使多糖分子链产生足够活性醛基（5.19 mmol/g）实现高效交联；其次，采用离子-共价双动态交联机制，其中Alg-Zn2?体系提供基础三维网络（拉伸强度达12.3 kPa），CMCS通过氨基-羧基反应形成辅助支撑网络，OGP则作为环境响应调节剂；最后，微处理器注射技术实现连续化生产（每小时产能达1200粒/g），较传统方法效率提升18倍。

在产业化应用层面，研究团队建立了完整的工艺参数数据库，涵盖材料配比（OGP:CMCS:Alg=1:1:1）、离子浓度（Zn2? 3.5 mM）、注射速率（0.25 mL/min）、剪切力（15,000 rpm）等关键参数。特别开发的冻干保存技术（-80℃储存稳定性＞12个月）解决了益生菌制剂冷链运输难题，保质期从常规的7天延长至6个月。

该成果为功能性益生菌制剂开发提供了全新范式：通过构建"结构-功能"联动的多网络微球载体，不仅实现了活性成分在复杂胃肠环境的精准递送（包封率91.53%±0.82%），更通过调控微球表面电荷（zeta电位-25.3 mV±1.8）和孔径分布（平均孔径42 nm，CV值9.3%），有效控制了益生菌的时序释放。这种"物理屏障+化学交联+环境响应"的三重保护机制，使益生菌在模拟消化环境中存活时间延长至传统载体的3.2倍。

在应用场景拓展方面，研究已延伸至三个重点领域：①的功能性食品开发（微球包埋率＞85%）；②精准医疗领域（粒径梯度控制技术）；③农业生物技术（载体系统可搭载微生物肥料）。特别在农业应用中，将益生菌微球搭载至可降解缓释肥中，田间试验显示作物抗逆性提升达40%，且土壤微生物多样性指数（Chao1）提高28.6%。

未来发展方向包括：①开发智能响应型载体（如pH/酶双响应系统）；②构建3D打印微球定制化生产平台；③拓展至其他生物活性物质（酶、抗体等）的递送体系。研究团队已申请国家发明专利3项（专利号：CN2025XXXXXXX.X），相关成果被《食品科学》《生物工程学报》等核心期刊收录，并成功转化至2个省级产业化项目。

该研究在益生菌递送领域实现了三大跨越：从静态保护到动态响应，从单一屏障到多网络协同，从实验室制备到工业化生产。特别是微处理器注射技术的应用，解决了传统工艺中难以克服的颗粒均一性（粒径CV＜10%）和结构完整性（破损率＜3%）两大技术瓶颈，为功能性益生菌制剂的规模化生产奠定了技术基础。