基于壳聚糖稳定水包水乳液的微区室构建及其在植物乳杆菌高密度培养中的应用

本研究创新性利用壳聚糖稳定PEO/MD水包水（W/W）乳液作为微生物培养模板，通过系统优化界面稳定性参数（包括壳聚糖粘度、浓度、离子强度和pH），成功实现植物乳杆菌的高效封装与高密度培养（HCDC），最高活菌数达1.09×109 CFU/mL，为益生菌微反应器开发和功能食品应用提供了新策略。

　　

Highlight

壳聚糖稳定的水包水（W/W）乳液在多样化环境条件下展现出卓越稳定性，即使在最低壳聚糖浓度0.02 wt%下储存7天也未出现相分离。值得注意的是，pH响应型壳聚糖稳定W/W乳液在pH 6.0条件下可保持结构完整性达30天。W/W界面的半透特性支持营养物高效摄取和代谢物交换，成功实现植物乳杆菌在乳液基质中的封装与培养。

Materials

聚乙烯氧化物（PEO）购自上海麦克林生化科技公司。麦芽糊精（MD）由浙江新和成公司提供。不同粘度等级壳聚糖（低、中、高粘度；CAS:9012-76-4）购自阿拉丁试剂。MRS肉汤培养基（pH 6.4）和MRS琼脂（pH 5.7）购自青岛海博生物技术公司。植物乳杆菌CICC 6240由中国工业微生物菌种保藏管理中心提供。冰乙酸及其他试剂均为分析纯。

Phase diagram

采用网格法构建PEO-MD系统的相图以区分内相和外相（图1a）。双节曲线标示了均相区与相分离区的边界。组分浓度低于双节曲线的体系呈现互溶状态，形成热力学稳定的单相体系；反之，浓度高于双节曲线的体系则形成亚稳态，发生相分离并形成乳液。

Conclusions

本研究成功基于聚乙烯氧化物（PEO）和麦芽糊精（MD）构建了水包水（W/W）乳液体系，通过网格法建立了PEO-MD二元相图。基于相图特征筛选两种乳液类型系统研究植物乳杆菌分布规律，重点评估了壳聚糖粘度、浓度、离子强度、pH及培养基浓度对乳液稳定性的影响。结果表明：壳聚糖通过静电稳定机制在酸性环境中形成质子化界面，适配植物乳杆菌的生长需求；含1.0 wt% MRS肉汤的乳液可实现最优培养效果，最高活菌数达1.09×10⁹ CFU/mL。该研究为益生菌保护和高密度微生物培养微反应器开发提供了创新性技术平台。