乳酸杆菌GG菌毛对其在发酵原位组装蛋白-淀粉混合凝胶中包埋及存活的影响机制研究

本研究开发了一种基于发酵原位的快速包埋技术，通过乳清蛋白(WPI)/改性淀粉混合凝胶封装鼠李糖乳杆菌GG(LGG)，探究菌毛(SpaCBA)在凝胶形成及模拟消化中对细胞存活的保护作用。实验表明：凝胶30分钟内快速成型（pH??1 ~5.5），野生型(WT)经消化后存活率较游离细胞高3 log（P=7×10?4 ），且菌毛依赖的基质滞留显著提升保护效果；含水凝胶室温储存60天仍维持6.69-7.76 log CFU/g活菌数，为低成本益生菌递送提供新策略。

　　

乳酸杆菌GG菌毛对其在发酵原位组装蛋白-淀粉混合凝胶中包埋及存活的影响机制研究

引言
益生菌干预全球健康问题（如儿童营养不良）的疗效依赖于细胞存活率，但现有包埋技术（如喷雾干燥、冷冻干燥）存在高成本或细胞损伤等局限。本研究创新性地利用鼠李糖乳杆菌GG(LGG)的发酵能力，在乳清蛋白(WPI)/改性淀粉混合体系中实现原位凝胶化封装，并首次系统评估菌毛(SpaCBA)在凝胶形成及消化保护中的作用。

材料与方法
实验采用LGG野生型(WT)和菌毛缺失突变株(ΔspaCBA)，以WPI（7.5%）和酸解挤压改性淀粉（20%）为基质，接种10⁹
CFU/mL菌体。通过pH动力学、浊度（OD_515nm
）和流变学监测凝胶过程；共聚焦显微镜观察菌体分布；模拟胃肠消化（pH 3胃液+pH 7.5肠液）评估存活率；不同湿度（25%-75%）下测试室温储存稳定性。

结果与讨论
1. 原位发酵驱动快速凝胶形成
LGG通过代谢改性淀粉释放的葡萄糖产酸，1小时内将pH从5.89降至4.6-4.7，触发WPI（pI~5.5）与带负电改性淀粉的静电复合。凝胶化在30分钟内完成（G’>G”），且WT与ΔspaCBA菌株的动力学参数无差异（pH_??1
~5.5，pH_max
~5.2），表明菌毛不参与凝胶组装。

2. 菌毛调控菌体空间分布
共聚焦成像显示：WT菌均匀分布于凝胶网络，而ΔspaCBA菌聚集于聚合物贫乏区。推测菌毛通过结合WPI（尤其是β-乳球蛋白）将菌体锚定在基质中，而疏水性增强的突变株因缺乏黏附能力发生自聚集。

3. 菌毛依赖性消化保护
模拟消化后，包埋WT菌存活率比游离菌高3 log（P=7×10^?4
），且显著优于包埋ΔspaCBA菌（+0.6 log，P=9×10^?3
）。释放实验证实ΔspaCBA菌在pH 3/7.5下的逸出量是WT的9-15倍，说明菌毛介导的基质滞留是保护关键。这与前人发现SpaCBA菌毛结合乳蛋白提升包埋效率的结论一致。

4. 含水凝胶实现室温稳定储存
在25%-75%湿度下，含水凝胶（89%水分）60天后仍保持6.69-7.76 log CFU/g活菌数，优于多数干燥包埋体系。酸性环境（pH~4.6）可能诱导LGG抗逆表型，如F₀
F₁
-ATPase上调，但需进一步验证。

结论
本研究揭示LGG通过原位发酵自包埋于WPI-淀粉凝胶的机制，首次证明菌毛虽不参与凝胶形成，但通过细菌-基质互作增强消化保护。该技术无需干燥/冷藏，为资源匮乏地区益生菌应用提供可行方案。未来可拓展至其他菌株，并探究发酵代谢物对储存稳定性的影响。