多层包埋结构提升植物乳杆菌热稳定性与贮藏性能的机制研究

针对益生菌在储存环境中易受温湿度等因素影响导致活性下降的问题，研究人员通过转谷氨酰胺酶（TGase）交联酪蛋白/果胶复合物及优化油脂配比（菜籽油/棕榈硬脂），构建多层包埋体系。实验表明，该体系使植物乳杆菌（L. plantarum）在80℃加热5分钟后活菌数达5.33 log CFU/g，显著高于对照组（4.56 log CFU/g），且在37℃/51% RH下15天贮藏稳定性优异。该研究为敏感生物活性成分的高效包埋提供了新策略。

　　

在健康食品市场蓬勃发展的今天，益生菌因其调节肠道菌群、增强免疫等功效备受青睐。然而，这些"娇弱"的微生物在加工和储存过程中面临严峻挑战——高温灭菌、环境湿度、氧气接触都可能导致活菌数断崖式下跌。以植物乳杆菌（Lactobacillus plantarum）为例，尽管其健康效益明确，但传统包埋技术难以兼顾热稳定性和贮藏性能。更棘手的是，过度依赖耐热芽孢杆菌可能带来潜在生物安全风险。如何通过材料创新构建"内外兼修"的保护体系，成为食品工程领域的攻关难点。

来自中国的研究团队在《Journal of Food Engineering》发表的研究给出了创新解决方案。他们巧妙运用转谷氨酰胺酶（Transglutaminase, TGase）的交联特性，将酪蛋白与果胶编织成三维网络结构，再通过菜籽油/棕榈硬脂（Canola oil/Palm stearin）的油脂配比优化，打造出具有梯度保护功能的多层包埋体系。这种"分子盔甲"不仅抵御了80℃高温的冲击，还在加速贮藏实验中展现出优异的防潮性能。

关键技术方法
研究采用三步策略：1）通过生长曲线确定植物乳杆菌最佳培养时间为16小时；2）利用TGase交联酪蛋白/果胶（1h/5h），结合喷雾干燥制备初级包埋粉末；3）引入不同比例油脂（100:0、70:30、50:50）构建二级保护层。所有样品均通过活菌计数（CFU/g）评估热损伤和37℃/51% RH条件下的贮藏稳定性。

研究结果

Optimal incubation time and storage stability of L. plantarum
生长曲线显示16小时为菌体稳定期，喷雾干燥后活菌数达9.68±0.02 log CFU/g。-20℃储存5个月后仍保持9.54±0.07 log CFU/g，证明基础工艺的可靠性。

Thermal resistance enhancement by TGase cross-linking
TGase交联1h和5h的样品在80℃处理5分钟后，活菌数分别为5.33±0.07和5.25±0.17 log CFU/g，显著高于未交联对照组（4.56±0.12 log CFU/g）。电镜显示交联形成的致密网络有效阻隔热传导。

Storage stability under accelerated conditions
在37℃/51% RH的严苛环境中，交联组15天后活菌数仍比对照组高1个数量级。吸湿性测试表明果胶的羟基与酪蛋白的氨基通过TGase交联后，显著降低了水分渗透率。

Oil composition optimization
菜籽油单独包埋时活菌数最高，但添加30%棕榈硬脂的组别展现出更好的高温稳定性，这与油脂熔点和晶体结构相关。

结论与意义
该研究开创性地将酶法交联与脂质改性相结合，构建了"蛋白质-多糖-油脂"三级防护体系：TGase交联的酪蛋白/果胶网络提供分子级屏障，而油脂层则通过物理阻隔实现宏观保护。这种设计使植物乳杆菌在热加工中存活率提升17%，同时解决了益生菌粉末易吸潮结块的技术痛点。更重要的是，方案中采用的食品级原料和温和工艺，完全符合工业化生产的成本与安全要求。

这项成果不仅为益生菌产品的长效保鲜提供了新思路，其模块化设计理念还可拓展至维生素、酶制剂等敏感成分的包埋。正如作者Po-Hsien Li在讨论部分强调的，该技术的核心价值在于"通过材料协同效应实现保护效能的指数级提升"。未来，通过精准调控交联度与油脂固态脂肪含量（SFC），有望开发出适应不同食品加工场景的定制化包埋系统。