酵母细胞壁封装壳聚糖的控释微胶囊构建及其抗金黄色葡萄球菌活性研究

本研究针对抗生素耐药性问题，开发了一种基于益生酵母细胞壁(YCW)的多层微胶囊系统，通过层层自组装技术构建了海藻酸钠-壳聚糖-酵母细胞壁(Alg-Ch-YCW)三重结构，实现了壳聚糖(Ch)在模拟胃肠条件下的靶向递送与控释，显著增强了对食源性金黄色葡萄球菌(S. aureus)的抑制效果，为替代抗生素提供了新型生物防腐策略。

　　

随着抗生素在食品供应链中的广泛使用，抗生素耐药性（AR）问题日益严重，对人类健康构成重大威胁。寻找抗生素的天然替代品成为研究热点，其中益生菌（Probio）、益生元（PRE）和植物源生物活性剂（Phytobiotics）等“益生素”（eubiotics）因其安全性高且能调节肠道菌群平衡而备受关注。尽管乳酸菌（LAB）的益生功能已被广泛报道，但近年来酵母菌的益生特性也逐渐被发掘。酵母及其细胞组分可通过保护肠道微生物组、减少病原体定植等方式改善胃肠道健康。然而，目前关于从发酵豆芽（FSSb）中分离益生酵母（PY）及其细胞壁（YCW）作为控释剂在多层微胶囊中的应用研究仍属空白。

为此，研究人员在《Food Hydrocolloids for Health》上发表了一项研究，旨在筛选具有潜在益生特性的酵母菌株，并利用其细胞壁成分开发一种能实现靶向递送和控释抗菌剂的多层微胶囊系统。该研究首先从自发发酵的豆芽中分离出优势酵母菌株，通过模拟胃肠道（SGI）条件筛选出存活率高的菌株，并进一步评估其抗菌、抗氧化、抗真菌等特性。随后，利用该酵母的细胞壁成分，通过层层自组装（LbL）技术构建了海藻酸钠-壳聚糖-酵母细胞壁（Alg-Ch-YCW）三层微胶囊，用于封装壳聚糖（Ch），以增强其在胃肠环境中的稳定性和控释效果。

研究采用的关键技术包括：从发酵豆芽中分离和筛选优势酵母；通过分子进化分析（基于ITS基因测序和Mega6软件）鉴定菌种；评估酵母的自动聚集、细胞表面疏水性、共聚集能力和抗菌活性；利用高效液相色谱（HPLC）分析抗赭曲霉毒素A（OTA）活性；通过场发射扫描电镜（FESEM）和傅里叶变换红外光谱（FTIR）表征微胶囊的形貌和化学相互作用；以及使用zeta电位分析仪测定微胶囊的表面电荷。

研究结果显示，从发酵豆芽中分离出的两株优势酵母中，ShS01菌株在模拟胃肠道条件下的存活率达82.70%，显著高于另一菌株。该菌株经鉴定为Pichia kudriavzevii，无溶血活性，且表现出良好的自动聚集（93.84%）和细胞表面疏水性（86.45%）。此外，该菌株对金黄色葡萄球菌（S. aureus）的抑制作用最强（88.21%），其共聚集能力与抗菌活性呈正相关。热灭活细胞对S. aureus的抑制率也高达80.62%。抗氧化活性（DPPH清除率）为64.49%，对黄曲霉（A. flavus）和黑曲霉（A. niger）均有一定的抑制效果。抗OTA活性显示，灭活细胞的毒素去除率（17.15%）高于活细胞（13.97%）。体内生物安全性实验表明，饲喂该酵母的肉鸡血液生化参数和肝酶活性均在正常范围内。在感染S. aureus的挑战实验中，活细胞和灭活细胞分别表现出74.39%和89.71%的抑制率。

微胶囊表征方面，FESEM显示单层海藻酸钠（Alg）、双层海藻酸钠-壳聚糖（Alg-Ch）和三层海藻酸钠-壳聚糖-酵母细胞壁（Alg-Ch-YCW）微胶囊的平均直径分别为585μm、638μm和611μm。zeta电位分析表明，Alg微胶囊呈负电（-5.73mV），涂层Ch后转为正电（+14.60mV），而进一步涂层YCW后又恢复负电（-8.99mV），证实了各层间的成功结合。FTIR光谱揭示了Alg与Ch之间通过羧基与氨基的离子键结合，而Ch与YCW之间则通过静电作用和氢键连接，增强了微胶囊的结构稳定性。

抗菌实验显示，在模拟胃（SG）和肠（SI）条件下，三层微胶囊对S. aureus的抑制效果均优于双层微胶囊，表明YCW涂层有效延缓了Ch的释放。释放动力学拟合表明，双层微胶囊符合Higuchi模型（扩散控释），而三层微胶囊更符合零级模型（恒速控释），证明YCW涂层实现了更持续和可控的释放。

该研究成功筛选出一株具有良好益生和抗菌特性的Pichia kudriavzevii酵母，并利用其细胞壁成分构建了一种新型三层微胶囊系统，有效提升了壳聚糖在胃肠环境中的控释性和靶向性。这一策略不仅为替代抗生素提供了绿色解决方案，还为开发基于后生元（postbiotics）的功能性食品和饲料添加剂奠定了理论基础。酵母细胞壁作为天然、可降解的封装材料，在保护活性成分、实现结肠靶向递送方面展现出广阔应用前景，未来需进一步探索其在实际食品体系中的稳定性和规模化生产工艺。