《Food Hydrocolloids》：TGase-Induced WPI-GA Microgels for Stabilized HIPEs and Encapsulation Probiotics with Enhanced Thermal Stability and Gastrointestinal Survival
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益生菌递送系统研究中，利用转谷氨酰胺酶（TGase）交联乳清蛋白 isolate（WPI）与阿拉伯胶（GA）制备微凝胶，将其作为高内相乳液（HIPEs）稳定剂包埋乳杆菌（L. reuteri）。实验表明微凝胶增强HIPEs流变性和稳定性，使乳杆菌在模拟胃消化后存活率提升至5.1×10^8 CFU/mL，显著优于传统WPI基体系。
尹雅欣|邹颖楠|谭钦平|李德阳|郑晓娇|潘道东|涂茂林
中国浙江省农产品质量与安全国家重点实验室、浙江省食品微生物学与营养健康重点实验室、中马农产品加工与营养联合研究实验室、宁波大学食品科学与工程学院，宁波315211
摘要
益生菌在调节肠道微生物群和增强免疫功能方面表现出显著效果。然而，其敏感性严重限制了其应用范围。本研究利用转谷氨酰胺酶（TGase）对乳清蛋白分离物和阿拉伯胶进行酶促交联，制备出微凝胶颗粒，并将其用作高内相乳液（HIPEs）的稳定剂，用于封装罗伊氏乳杆菌（Lactobacillus reuteri DSM17938）。SDS-PAGE分析证实了TGase诱导的聚合反应，形成了高分子量聚合物。这种共价交联改变了微凝胶的结构，从而显著改善了其性能。粒径和流变学结果表明，HIPEs具有优异的粘弹性和稳定性。通过研究WPI-GA浓度和油体积分数的影响，发现封装在HIPEs中的罗伊氏乳杆菌具有出色的热稳定性和对模拟胃肠道消化的耐受性。经过模拟胃消化后，益生菌的活菌数从7.6 Lg CFU/mL下降到3.0 Lg CFU/mL；而4%微凝胶稳定的HIPEs中的益生菌活菌数仍保持在5.1 Lg CFU/mL。这些结果表明，蛋白质-多糖微凝胶稳定的HIPEs能更有效地保护益生菌。这些发现为开发稳定的益生菌递送系统提供了有益的指导。
引言
益生菌具有多种健康益处，包括调节肠道微生物群（Wang等人，2025年）、缓解炎症性肠病（Jakubczyk等人，2020年）以及降低胆固醇水平（Wang等人，2018年）。由于这些益处，研究人员和工业界在许多乳制品和发酵食品中添加了益生菌。然而，益生菌的敏感性限制了其在食品中的应用效果。水凝胶和微囊化技术已被广泛用于益生菌的递送，并在保护益生菌活性方面取得了显著成功。与此同时，基于乳液的系统因其结构可调性和制备简便性而受到越来越多的关注。特别是乳液中的油水（O/W）结构使得益生菌可以封装在油相中，从而减少在食品加工和储存过程中暴露于潮湿环境的风险，降低益生菌失活的风险。
高内相乳液（HIPEs）的内相体积分数大于74%，为益生菌提供独特的保护优势。Su等人（2018年）使用乳清蛋白分离物（WPI）稳定的HIPEs封装了植物乳杆菌（Lactobacillus plantarum），提高了其热稳定性。然而，虽然基于WPI的HIPEs具有良好的乳化能力和稳定效果，但WPI单独使用时在热或消化条件下通常表现出有限的界面吸附性和结构完整性。为了克服这些限制，蛋白质-多糖杂化系统因能够增强界面膜强度和稳定性而受到关注（Donald，2008年）。乳清蛋白分离物（WPI）和阿拉伯胶（GA）形成的复合物结合了蛋白质的强成膜能力和多糖的静电稳定性，从而提高了乳液的乳化和保护性能（Kan等人，2023年）。Du等人（2025年）开发了由蛋白质-多糖复合物稳定的益生菌负载HIPEs，并观察到罗伊氏乳杆菌在模拟胃肠道消化过程中的肠道耐受性增强。这些结果展示了HIPEs作为益生菌保护递送系统的潜力。
研究表明，将复合物转化为微凝胶颗粒可以提供额外的刚性和空间稳定性。微凝胶是由交联聚合物网络组成的微米级颗粒，具有灵活的结构和优异的稳定性，可作为Pickering型稳定剂，形成高度稳定的HIPEs（Lefroy等人，2021年）。转谷氨酰胺酶（TGase）是一种催化谷氨酰胺和赖氨酸残基之间共价键形成的交联酶，能够增强WPI-GA微凝胶的聚合物网络，进一步提高其结构稳定性（Gaspar & de Góes-Favoni，2015年；Nogueira等人，2019年）。
最近的研究通过使用具有可调界面特性的新型颗粒稳定剂推动了Pickering乳液的发展。例如，设计了功能性纳米结构和混合材料来提高Pickering系统的稳定性和响应性（Li等人，2025年；Li等人，2024年；Wu等人，2025年）。这些工作展示了先进Pickering稳定剂在生物活性化合物封装和递送方面的潜力。然而，大多数研究集中在无机纳米颗粒、合成聚合物或非生物相容性材料上，这限制了它们在食品系统中的直接应用。相比之下，基于酶交联的生物聚合物微凝胶作为可持续的食品级Pickering稳定剂的发展仍相对较少。
本研究旨在开发TGase交联的WPI-GA微凝胶，作为高效的益生菌负载HIPEs的Pickering稳定剂。系统研究了不同TGase浓度对微凝胶结构、乳化性能和益生菌封装的影响。最后，评估了封装在这些HIPEs中的益生菌的储存稳定性、热稳定性和体外消化活性。本研究为设计具有潜在应用价值的酶交联蛋白质-多糖微凝胶提供了一种新策略。
材料
阿拉伯胶和乳清蛋白分离物（S27484，纯度>80%）购自上海源业生物技术有限公司（中国上海）。转谷氨酰胺酶（活性：1000 U/g）由Solarbio科技有限公司（中国北京）提供。精炼大豆油（Golden Dragon Fish品牌）从中国宁波的当地超市采购，未经过其他处理。罗伊氏乳杆菌购自上海保育生物技术有限公司（中国上海）。胃蛋白酶...
粒径和粒径分布分析
转谷氨酰胺酶（TGase）催化赖氨酸的ε-氨基与谷氨酰胺残基的γ-羧基之间的交联反应，促进分子内和分子间的键合，形成蛋白质二聚体、三聚体和更高阶聚合物（图1A）（Zhang等人，2015年）。虽然分子内交联主要提高了蛋白质的结构稳定性，但不显著改变其整体大小，但分子间交联促进了更大聚合物的形成...
结论
本研究成功使用WPI和GA作为乳化剂制备了封装罗伊氏乳杆菌的O/W HIPEs。系统研究了TGase诱导的修饰对WPI-GA微凝胶颗粒结构和功能特性的影响。结果表明，TGase促进了WPI和GA之间的交联，形成了聚集体。油相体积分数为74-84%、微凝胶浓度为1.0-4.0%的HIPEs表现出理想的稳定性...
作者贡献声明
郑晓娇：软件处理、数据分析。李德阳：软件处理、数据分析。谭钦平：撰写、审稿与编辑。邹颖楠：软件处理、数据分析。尹雅欣：撰写、初稿编写、可视化处理、数据分析。涂茂林：数据验证、监督、资源协调。潘道东：监督
未引用参考文献
Liu等人，2024年。
利益冲突声明
作者声明他们没有已知的利益冲突或个人关系可能影响本文的研究结果。
利益冲突声明
作者声明他们没有已知的利益冲突或个人关系可能影响本文的研究结果。
致谢
本工作得到了2022年宁波永江人才引进计划（青年人才子项目，2022A-158-G）的支持。
