基于虫胶微凝胶的保加利亚乳杆菌ATCC 11842递送系统研究及其在功能性食品中的应用

为解决益生菌Lactobacillus bulgaricus ATCC 11842在模拟消化过程中存活率低的问题，研究人员开发了由虫胶(SL)、玉米醇溶蛋白(ZE)和海藻酸钠(ALG)复合的微凝胶递送系统。通过pH调控的钙离子(Ca2+)交联技术，成功实现42.1-112.6%的包封率，并在21天4°C储存后菌落数降低<2 log CFU/g。该研究为功能性食品中的靶向递送提供了新策略。

　　

在功能性食品领域，益生菌的存活率一直是制约其应用的关键瓶颈。以酸奶发酵主力菌株Lactobacillus bulgaricus ATCC 11842为例，虽然其在食品工业中广泛应用，但面临胃酸环境下的严重失活问题——模拟消化后甚至检测不到存活菌株。传统毫米级胶囊因尺寸限制难以融入食品基质，而冻干、乳化等技术又存在工艺复杂、难以规模化等缺陷。

美国田纳西大学农业研究所（University of Tennessee Institute of Agriculture）的Kriza Faye Calumba和Qixin Zhong团队在《International Journal of Biological Macromolecules》发表的研究，创新性地将食品级虫胶(SL)与玉米醇溶蛋白(ZE)、海藻酸钠(ALG)组合，开发出pH响应型微凝胶递送系统。通过简单可规模化的喷雾-钙交联技术，在pH 3.0-6.0条件下制备出84-354μm的异形微胶囊，成功解决了益生菌递送的多重技术难题。

研究采用三大关键技术：1）ζ电位分析筛选最佳生物聚合物配比；2）pH调控的CaCl₂交联工艺优化；3）模拟胃肠消化模型评估菌株存活率。通过傅里叶变换红外光谱(FTIR)证实微胶囊形成涉及氢键、疏水作用和静电交互三重机制。

【材料特性】
5% SL-2% ZE复合分散液在pH 7.7时呈现-30mV以上的高ζ电位，表明优异的胶体稳定性。FTIR谱图中3500cm^-1处的峰位移证实了SL与ZE间的氢键作用，而1740cm^-1处的酯键特征峰变化揭示了疏水相互作用。

【包封性能】
pH 4.5条件下制备的SL-ZE-ALG三元微胶囊表现最佳，包封效率达95.3%，体积平均粒径为154μm。质量产率与包封效率呈正相关，但不同pH条件间无显著差异。

【益生菌保护】
在模拟消化实验中，仅SL-ZE、SL-ZE-ALG和SL-ALG三种配方在pH 4.5制备的微胶囊能使活菌数保持在5 log CFU/g以上。21天4°C储存实验显示所有配方菌落数下降均<2 log CFU/g，证实微凝胶的长期稳定作用。

该研究突破性地证明：1）SL与ZE的协同作用能增强ALG微凝胶的胃肠屏障功能；2）pH 4.5是最佳凝胶形成条件，既能维持SL的疏水特性又不破坏益生菌活性；3）湿法微胶囊工艺比传统冻干法更利于规模化生产。这些发现为开发"食品友好型"益生菌递送系统提供了新范式，特别适用于需要冷藏保存的发酵乳制品。研究获得的USDA国家食品与农业研究所资助（项目号TEN00568）也体现了其在农业食品领域的重大应用价值。