通过真空辅助生物吸附法将维生素D3掺入啤酒酵母（Saccharomyces pastorianus）细胞中：与传统方法相比，该方法具有更高的效率和更快的速度

《JOURNAL OF FOOD SCIENCE》：Impregnation of Vitamin D3 in Saccharomyces pastorianus Cells by Vacuum-Assisted Biosorption: High Efficiency and Speed Compared to Conventional Method

维生素D3在真空辅助生物吸附和喷雾干燥处理下，通过质壁分离的酿酒酵母载体实现高效封装。结果显示质壁分离细胞生物吸附效率达96.95%，但干燥过程造成约31%的维生素损失。质壁分离通过降低细胞表面电位（-19.8至-20.0 mV）和增加细胞渗透性，显著提升封装效率。扫描电镜和共聚焦显微镜显示质壁分离处理使细胞壁结构更松散，利于维生素D3的嵌入。红外光谱和差示扫描量热法证实维生素D3与酵母细胞壁成分形成物理结合。稳定性测试表明封装后的维生素D3在60天内保留率分别为31.2%和20.6%，需进一步优化干燥工艺。

　　维生素D?是一种对人体健康至关重要的微量营养素，广泛存在于日常饮食中，但其天然含量通常较低，难以满足人体每日所需。因此，寻找高效的补充方法成为全球公共健康领域的重要课题。近年来，食品强化技术的发展为解决这一问题提供了新的思路，尤其是在利用工业副产品作为生物载体方面，展现出了巨大的潜力。其中，啤酒酵母作为一种常见的工业副产品，因其丰富的生物吸附特性以及低成本、高可用性，成为维生素D?等营养素载体的热门选择。

本研究聚焦于一种创新的维生素D?封装技术，结合了真空辅助生物吸附与喷雾干燥。通过这种方法，研究人员评估了啤酒酵母在维生素D?封装过程中的效率与稳定性。实验中，研究人员对两种类型的酵母进行了处理：一种是未经处理的完整酵母细胞，另一种是经过裂解处理的酵母细胞。裂解过程通过使用高浓度的氯化钠溶液，诱导细胞膜的分离，从而增加细胞壁的通透性。这种处理不仅提高了细胞的渗透能力，还使得维生素D?能够更有效地进入细胞内部，提升了封装效率。

实验结果显示，经过真空辅助生物吸附处理的酵母细胞在维生素D?的封装效率上显著高于完整细胞。具体而言，完整细胞的封装效率为55.09%，而裂解细胞的封装效率达到了96.95%，比完整细胞提高了42%。这一效率的提升可以归因于裂解过程带来的细胞结构变化，使得细胞内部空间扩大，便于维生素的扩散和吸附。同时，裂解处理可能暴露了细胞壁中的更多功能性基团，如羟基、氨基和磷酸基团，这些基团为维生素提供了更多的结合位点，从而增强了其在细胞内的固定能力。

为了进一步验证维生素D?的封装效果，研究人员还对封装后的酵母细胞进行了喷雾干燥处理。喷雾干燥是一种快速、高效的干燥技术，能够将湿性材料迅速转化为干燥的粉末形式。然而，该过程也带来了维生素D?的一定流失，其中完整细胞封装的维生素D?在60天内的保留率为31.2%，而裂解细胞则仅为20.6%。这表明，尽管喷雾干燥有助于提高材料的稳定性和储存性能，但在干燥过程中，部分维生素可能因高温或暴露于空气中而发生降解。因此，未来的优化方向可能包括探索更温和的干燥技术，如低温干燥或冷冻干燥，以减少维生素的损失。

为了全面评估封装后的酵母细胞性能，研究人员对其进行了多种理化特性分析。其中包括水分含量、水分活度、ζ电位、颗粒大小以及微观结构分析。实验结果显示，裂解酵母细胞的ζ电位比完整细胞更为负值，范围在?19.8到?20.0 mV之间，表明其表面带负电荷，增强了细胞之间的静电排斥作用，从而可能提高封装效率。此外，裂解酵母细胞的颗粒大小更小，平均直径为20.04 μm，而完整细胞为30.24 μm。这种变化可能与裂解过程中细胞内部结构的调整有关，有助于维生素的均匀分布和更稳定的封装。

扫描电子显微镜和共聚焦显微镜的分析进一步揭示了酵母细胞在封装过程中的形态变化。完整的酵母细胞在喷雾干燥后显示出一定的收缩和凹陷，而裂解细胞则表现出更明显的细胞壁结构变化。共聚焦显微镜下，裂解细胞的细胞壁显示出更多的碎片化，表明裂解处理对细胞结构产生了显著影响。同时，通过Nile Red和Calcofluor染色，研究人员观察到裂解细胞内部存在更多的脂质结合，这与维生素D?的脂溶性特性相符，说明其更倾向于与细胞内部的脂质结构相互作用。

差示扫描量热法（DSC）和傅里叶变换红外光谱（FTIR）分析进一步验证了裂解处理对酵母细胞结构的影响。DSC结果表明，裂解酵母细胞在封装维生素D?后，其磷脂双分子层的相变温度有所降低，这可能与维生素D?对磷脂结构的扰动有关。FTIR分析则揭示了维生素D?在酵母细胞中的结合情况，裂解细胞中维生素的特征峰强度较完整细胞有所减弱，表明维生素可能更深入地结合到细胞内部结构中。这些结果支持了裂解处理在提高维生素封装效率方面的有效性。

在稳定性测试方面，研究人员评估了封装后的维生素D?在60天内的保留情况。结果显示，完整细胞封装的维生素D?在储存期间的保留率为31.2%，而裂解细胞则为20.6%。这种差异可能与裂解细胞在干燥过程中暴露于外部环境的机会更多有关，导致其封装的维生素更容易发生降解。尽管如此，两种封装方式的维生素保留率均高于其他常见的食品强化技术，表明酵母作为封装载体具有一定的保护能力。

此外，研究人员还探讨了维生素D?在食品中的潜在应用。由于颗粒尺寸较小，封装后的酵母细胞可以方便地添加到食品中，而不会影响其口感或接受度。颗粒大小在5至150 μm之间，符合食品加工中对微粒的常规要求。这一结果为未来将维生素D?封装到食品基质中的可行性提供了依据。

综上所述，本研究展示了一种有效的维生素D?封装方法，该方法结合了真空辅助生物吸附和喷雾干燥技术，利用啤酒酵母作为载体，显著提高了封装效率。尽管喷雾干燥过程导致了一定程度的维生素流失，但裂解处理仍对提高封装稳定性起到了积极作用。该技术不仅有助于提高维生素D?的储存和运输效率，还为食品工业提供了一种可持续的营养强化策略。未来的研究可以进一步探索该技术在不同食品基质中的应用效果，并评估其在人体内的生物利用度，以推动其在实际食品生产中的应用。