电纺PVA/海藻酸钠/纤维素纳米纤维用于益生菌递送：制备工艺、稳定性与体外存活率的突破性研究

本研究针对益生菌在胃肠道环境及高温加工中的存活难题，创新性地采用静电纺丝技术构建PVA/SA/CL（聚乙烯醇/海藻酸钠/羧甲基纤维素）纳米纤维载体。通过优化聚合物比例（R5=50:25:25），实现82.06%的包封率(EE%)，zeta电位达-11.49±0.655 mV，显著提升益生菌在pH 2（存活率从11.01降至5.32 Log CFU/ml）和82℃（94%重量保留率）下的稳定性，为功能性食品和靶向给药系统开发提供新策略。

　　

研究背景与意义
益生菌作为"活的生物制剂"，其健康效益早已被世界卫生组织(WHO)和联合国粮农组织(FAO)认可，但严苛的胃酸环境(pH 2)和高温加工过程常导致活性急剧下降。传统微胶囊技术如喷雾干燥(Spray drying)和乳化(Emulsification)存在使用有机溶剂、高温损伤等缺陷。静电纺丝(Electrospinning)这项非热加工技术因其温和条件、高比表面积和可调控释放特性崭露头角，但如何选择兼具生物相容性与机械强度的载体材料仍是关键挑战。

研究机构与方法
巴基斯坦费萨拉巴德政府大学(Food Safety & Biotechnology Laboratory, Government College University Faisalabad)的研究团队创新性地将聚乙烯醇(PVA)的成膜性、海藻酸钠(SA)的pH响应性和羧甲基纤维素(CL)的机械稳定性相结合，采用多参数优化策略：通过纳米蜘蛛设备(Elmarco NS Lab)在80 kV电压、12 cm接收距离下制备纳米纤维，系统评估了5种聚合物比例(R₁-R₅)的纺丝性能。关键技术包括：扫描电镜(SEM)表征形貌、傅里叶红外光谱(FTIR)分析分子相互作用、热重分析(TGA)测试热稳定性，以及模拟胃肠液(pH 2/7.4)评估益生菌存活率。

研究结果

3.1 包封效率与表面特性
最优配比R₅(PVA:SA:CL=50:25:25)实现82.06%的EE%，显著高于单一CMC体系的42%。Zeta电位-11.49 mV表明纳米纤维带负电，主要源于SA和CL的羧基解离，这种静电排斥作用可防止纤维聚集。

3.3 力学性能突破
负载益生菌的纳米纤维(PSC_L)展现出卓越的机械特性：拉伸强度23.68 MPa比空白组提高8.5%，断裂伸长率34.72%。SEM显示益生菌均匀嵌入纤维网络，无聚集现象，印证了聚合物-微生物的协同增强效应。

3.5 分子相互作用
FTIR谱图中3250 cm^-1处的羟基峰位移证实PVA与SA/CL间形成氢键网络，1750 cm^-1的羰基峰则提示可能存在酯化交联，这种多级结构是稳定性的分子基础。

3.6 胃肠液保护效能
在模拟胃液(pH 2)中，封装益生菌2小时后存活率(5.32 Log CFU/ml)是游离菌的3.8倍；肠液(pH 7.4)环境下3小时存活率仍保持8.69 Log CFU/ml，满足FAO推荐的10⁹ CFU/天摄入标准。

3.7 热稳定性优势
TGA曲线显示材料在82℃时保留94%重量，显著高于单一组分降解温度(PVA 80℃、CMC 70℃)，这种"热缓冲"效应源于三组分间的协同保护。

结论与展望
该研究开创性地构建了PVA/SA/CL三元纳米纤维递送系统，通过分子设计解决了益生菌在加工和消化过程中的存活瓶颈。特别是R₅配比在纺丝性能、机械强度和生物保护性间取得最佳平衡，其82.06%的EE%和pH/温度双重稳定性指标为目前文献报道的领先水平。未来研究可聚焦于：① 开发基于CO₂超临界干燥的温和制备工艺以减少剪切力损伤；② 在酸奶、胶囊等实际食品/药品体系中验证缓释效果；③ 探索纳米纤维-肠道菌群的互作机制。这项发表于《Carbohydrate Polymer Technologies and Applications》的成果，为功能性食品工业化生产和精准营养干预提供了革新性解决方案。