基于3D食品打印技术的pH敏感型藻酸盐-果胶凝胶系统封装双歧杆菌：提升存活率与靶向释放研究

本研究针对益生菌在胃肠道环境中的低存活率问题，创新性地采用同轴3D食品打印技术构建pH响应型藻酸盐-果胶/淀粉双凝胶递送系统。研究人员通过优化9 wt%淀粉核心与2 wt% Al/P+CaCl2 外壳配方，实现Bifidobacterium bifidum存活率96%，在模拟胃液(pH 1.2)中2小时保护率达83.1%，显著高于未封装组，为功能性食品开发提供新技术路径。

　　

在功能性食品快速发展的今天，益生菌因其调节肠道菌群、增强免疫等功效备受关注。然而这些"健康卫士"面临严峻挑战——强酸性胃环境会消灭大部分口服益生菌，导致其无法到达作用部位。以双歧杆菌(Bifidobacterium bifidum)为例，这种对人体有益的厌氧菌在胃酸中存活率不足20%。传统微胶囊技术虽能提供一定保护，但存在工艺复杂、包埋率低等问题。更棘手的是，现有技术难以实现精准的"时空控制"释放，即既要抵抗胃酸又要确保在肠道有效释放。

美国阿肯色州生物科学研究所的研究团队另辟蹊径，将食品工程与生物技术跨界融合，开发出革命性的同轴3D打印封装系统。通过将益生菌包裹在淀粉核心，外层覆以pH敏感的藻酸盐-果胶(Alginate/Pectin, Al/P)凝胶壳，就像为微生物打造了"防酸装甲车"。该研究发表在《International Journal of Biological Macromolecules》的成果显示，这种智能材料在模拟胃液中2小时保护率达83.1%，而对照组全军覆没；在肠液中释放率达92%，完全满足益生菌制剂10⁹
CFU/g的国际标准。

关键技术包括：1)同轴3D打印构建核壳结构；2)流变学分析优化打印参数；3)冷冻干燥保存技术；4)模拟胃肠液(SGF/SIF)稳定性测试。

【材料与设计】
采用9 wt%预糊化玉米淀粉为核，2 wt% Al/P+CaCl₂
为壳的同轴设计，通过螺旋立方体模型验证结构稳定性。流变测试显示储能模量(G')＞损耗模量(G'')，证实凝胶具有自支撑性。

【存活率分析】
冷冻干燥后活菌数保持10⁹
CFU/g以上，打印过程存活率96%。在pH 1.2模拟胃液中，封装组存活率(83.1%)显著高于未封装组(0%)；肠液(pH 6.8)中两组均＞92%，证明壳层有效抵抗胃酸。

【释放机制】
FTIR和XRD证实Ca²⁺
交联增强凝胶网络。胃液中壳层收缩保护核心，肠液中果胶酶解导致崩解，实现结肠靶向释放。

这项研究突破了益生菌递送的技术瓶颈，其创新性体现在三方面：首先，将3D打印精度提升至微生物封装尺度；其次，利用食品级材料构建"智能"响应系统；最重要的是，首次实现打印过程与封装保护同步完成。该技术可扩展至其他敏感成分的递送，为个性化营养食品开发开辟新途径。团队特别指出，所用藻酸盐、果胶和淀粉本身具有益生元作用，能协同增强益生菌定植效果。未来通过调整凝胶配比，还可实现不同肠段的程序化释放，展现出广阔的产业化前景。