基于SA/GE双层膜共封装动物双歧杆菌/XOS的益生元-益生菌协同系统：提升益生菌活性与草莓保鲜应用研究

本研究发现了一种新型双层益生菌保鲜膜（SA/GE–B/X），通过海藻酸钠（SA）内层共封装动物双歧杆菌（B. animalis）与低聚木糖（XOS），外层明胶（GE）提供物理屏障，显著降低氧气渗透率（降39.66%）与水蒸气渗透率（降12%）。该膜在25?℃下维持益生菌存活率达7.36 log CFU·g?1（30天），并将草莓货架期延长至14天（4?℃），同时在模拟消化中提高菌体存活率1.69倍，为食品保鲜与益生菌应用提供创新解决方案。

　　

Section snippets

Raw materials and chemical reagents

海藻酸钠（SA，纯度≥99%）、羧甲基纤维素钠（CMC，纯度≥99%）、明胶（GE，纯度≥99%）和阿拉伯胶（GA，纯度≥99%）购自河南中辰生物科技有限公司。高甲氧基果胶（HMP，纯度≥99%）来自山东齐鲁生物科技有限公司。纯度99.7%的甘油由连云港欣爱食品技术有限公司提供。

动物双歧杆菌菌株（B. animalis，CICC 6165）来自中国工业微生物菌种保藏管理中心。低聚木糖（XOS，纯度95%）由龙力生物科技股份有限公司提供。MRS肉汤培养基和MRS琼脂培养基购自青岛海博生物技术有限公司。所有其他化学品均为分析纯。

Growth curve of B. animalis

为探究XOS是否能有效刺激动物双歧杆菌生长，我们监测了其在无碳源培养基、葡萄糖碳源培养基和XOS碳源培养基中的生长情况，结果如图2(a)所示。在无碳源培养基中，动物双歧杆菌生长缓慢并在6小时后停滞，因为碳源是细胞结构和能量代谢的关键底物。作为一种异养微生物，动物双歧杆菌无法自主合成碳源，导致生长终止。相比之下，在添加葡萄糖或XOS的培养基中，菌体在6小时后进入指数生长期。值得注意的是，XOS组在18小时达到稳定期，菌落数显著高于葡萄糖组（P < 0.05），表明XOS能更有效地促进动物双歧杆菌增殖并延长其稳定期。XOS通过磷酸酮醇酶途径被发酵产生短链脂肪酸，这不仅降低培养基pH，还抑制竞争性微生物生长，从而创造更有利的益生菌生长环境。

Conclusion

我们证明嵌套式双层共生膜相较于单层膜具有更优异的理化性质和益生菌保护能力。SA/GE–B/X双层膜将氧气渗透率（OP）降低39.66%，水蒸气渗透率（WVP）减少12%，增强紫外线吸收（紫外线透射率为40%，而SA膜为78%），并将热分解温度提高14℃。机械性能也得到改善，断裂伸长率增加至54%（原为31%），且拉伸强度未损失。更重要的是，该膜在干燥后益生菌存活数达9.68 log CFU·g?1，在25℃储存30天后仍保持在7.36 log CFU·g?1，显著高于SA–B/X单层膜（4.82 log CFU·g?1）。在草莓保鲜实验中，SA/GE–B/X膜将货架期延长至14天（4℃），并有效抑制霉菌生长（3.55 vs. 5.71 log CFU·g?1）。模拟消化中，外层GE与胃液反应形成保护性凝胶，使益生菌存活率较SA–B/X提高1.69倍。该共生双层膜融合物理保鲜、微生物调控和肠道健康促进功能，为厌氧益生菌在开放包装和微生物驱动型保鲜中的应用提供了实用路径。