用于益生菌递送的蛋白质-多糖复合物：分子相互作用、结构调控与递送机制

《Food Bioscience》：Protein-polysaccharide complexes for probiotic delivery: Molecular interactions, structure regulation and delivery mechanisms

　　

将分子相互作用与益生菌递送机制相结合；为载体设计建立结构-功能框架；总结影响包封和益生菌稳定性的关键因素；比较主要递送系统的优势与局限。引言益生菌是指能够通过调节宿主的生物学功能从而为宿主带来健康益处的活微生物（Angelakis等，2013）。目前常用的益生菌菌株共有53种，包括34种乳酸菌、5种双歧杆菌（如短双歧杆菌）、10种芽孢杆菌以及4个其他微生物组（图1(A)）。益生菌通过调节肠道微生物群的组成和代谢活性来发挥健康益处，同时通过下调炎症细胞因子和诱导免疫刺激来调节宿主免疫系统（图1(B)）（Galdeano等，2019；Principi等，2018）。Jia等（2023）发现，肠道微生物群可以通过降低胆固醇水平预防心血管疾病，并通过改善肝脏脂质和整体葡萄糖代谢来缓解糖尿病。Xu等（2023b）通过将益生菌与癌症疫苗联合使用，有效减少了结肠肿瘤的数量，从而最大化了益生菌的疗效。多项临床研究证实，益生菌产品能有效维持特定人群的健康并缓解疾病（Cui等，2026b；Spacova等，2023）。因此，益生菌被广泛应用于各种制剂中，包括富含益生菌的食品、膳食补充剂、药品、活性生物制药产品和营养品（Bu等，2025）。然而，益生菌的活性受加工过程中及胃肠道内恶劣环境因素的不利影响，特别是胃酸和胆盐，导致存活率低，限制了其在功能性食品中的应用（Centurion等，2021）。因此，开发高效的递送系统以保护益生菌免受上消化道恶劣条件的侵害、增强其在转运过程中的活性并确保靶向结肠释放，对其有益效果的发挥至关重要。包封技术因能在胃肠道转运和储存过程中维持益生菌活性而备受关注。近年来，大分子（蛋白质和多糖）已成为增强益生菌在复杂胃肠道条件下存活性最常用的方法之一。然而，仅由单一蛋白质构建的益生菌递送系统除了固有的热不稳定性之外，还存在明显缺陷。在胃肠环境中，蛋白质基质易被胃蛋白酶和胰蛋白酶消化。这种降解会过早地使被包封的益生菌暴露于胆盐和消化酶中，从而减少到达结肠的活菌数量（Jiang等，2022b）。多糖由于能在温和条件下形成水凝胶（Hu等，2017），且具有较高的玻璃化转变温度，适用于喷雾干燥包封（Guo等，2021），因此被广泛应用于益生菌递送系统。载体的玻璃态状态可减缓化学反应，为益生菌提供额外保护。多糖并非仅是被动的结构材料，其理化性质和生物活性可通过益生菌发酵主动调控（Wang等，2024e）。然而，大多数单多糖凝胶表现出较差的机械强度、物理稳定性和包封效率，限制了其在包封和递送中的应用。蛋白质-多糖复合物通过共价或非共价相互作用（如静电相互作用、氢键和疏水效应）形成，可实现成分互补，形成结构优化、功能优化的复合载体（Ke & Li, 2023；McClements, 2006）。首先，蛋白质和多糖都富含多样化和可修饰的功能基团，如-OH、-NH?和-COOH。这些基团为蛋白质、益生菌和多糖之间的相互作用以及递送系统的构建提供了结构基础。此外，由于这些可修饰基团的存在，蛋白质-多糖复合体系作为实现益生菌等生物活性成分高包封效率和靶向修饰的理想材料（Devi等，2017）。如图1(C)所示，作为递运载体的蛋白质-多糖复合体系不仅构建了针对胃肠道应激的多层保护屏障，还可设计响应性结构以实现益生菌的靶向释放。这些体系同时具有优异的生物相容性和生物降解性，使其成为益生菌包封和递送极具前景的平台（Ramos等，2018）。例如，Li等（2024）通过Maillard反应制备了酪蛋白钠-κ-卡拉胶偶联物作为乳化剂。然后，将该乳液与海藻酸-羧甲基壳聚糖水凝胶外壳结合，用于包封鼠李糖乳杆菌LR76以实现肠道靶向递送。所得复合凝胶表现出优异的pH响应性和良好的热稳定性。在体外模拟消化过程中，LR76的释放受凝胶溶胀行为调控，存活率达到90.69±0.04%。此外，Zhang等（2025a）研究了酪蛋白（CS）-结冷胶（GG）乳液对植物乳杆菌CICC 6002包封的影响。研究发现，与仅含CS的乳液相比，CS-GG复合乳液显著提高了植物乳杆菌CICC 6002在储存、巴氏杀菌和模拟消化后的存活率。因此，与单一蛋白质或多糖相比，蛋白质-多糖复合体系具有改善的包封稳定性，更适合益生菌的包封、保护和释放。综上所述，尽管蛋白质-多糖复合物在益生菌递送领域展现出巨大潜力，但现有综述大多关注单一递送系统的应用，对组装机制、影响因素和功能调控的分析有限。为弥补这一空白，本综述全面总结了蛋白质与多糖的相互作用、递送系统的类型以及影响其性能的关键因素。此外，还讨论了这些体系在胃肠道中的功能机制、实际应用和未来挑战。预计本综述将为基于蛋白质-多糖的益生菌递运载体的功能设计提供理论基础和实践参考。章节摘要蛋白质-多糖复合物用于益生菌递送的组装机制蛋白质与多糖之间的相互作用包括非共价键和共价键（Cortés-Morales等，2021）。共价相互作用包括Maillard反应和酶交联。非共价相互作用主要包括静电作用和疏水相互作用、氢键以及空间排斥（Li等，2025b）。蛋白质-多糖复合物结构的形成受大小比、pH值、复合物浓度、质量比等因素影响，基于蛋白质-多糖的益生菌递送系统分类包封在蛋白质-多糖基复合体系中的益生菌可分为多种类型，包括乳液、凝胶、纳米颗粒、纳米脂质体、生物膜、微胶囊和纳米纤维。这些体系对环境因素稳定性、存活率、负载能力和控释能力产生积极影响。蛋白质-多糖体系对益生菌递送的影响因素蛋白质-多糖载体的益生菌递送性能受多种因素影响，包括比例、pH值、浓度、多糖分子量和交联度，这些因素共同决定载体基质的结构和理化性质。蛋白质-多糖复合递送系统在胃肠道中的功能机制蛋白质-多糖复合网络构建的物理屏障是改善益生菌存活率的基本机制。蛋白质与多糖通过相互作用形成的稳定三维网络结构可有效阻碍胃酸、胆盐和消化酶向内部扩散，从而减少外部环境对益生菌细胞膜和细胞内活性物质的损害，基于蛋白质-多糖包封益生菌的应用蛋白质-多糖体系包封的益生菌已广泛应用于功能性食品、口服制剂、保存食品和膳食补充剂中，如图7(A)所示。该领域的研究可大致分为三类：(1)食品功能性，涉及将益生菌递送系统集成到食品基质中，评估益生菌活性保持、感官品质和理化稳定性。(2)临床前治疗证据，基于未来挑战尽管基于蛋白质-多糖的递送系统在提高益生菌稳定性和胃肠道递送方面展现出可观潜力，但在其广泛应用于功能性食品和膳食补充剂之前，仍存在若干挑战。未来研究应关注以下方面，如图7(B)所示。(1)体内验证和临床转化。大多数研究依赖体外模拟消化，而动物模型证据结论蛋白质-多糖复合物作为益生菌包封和递送的载体显示出巨大潜力，这归功于其优异的生物相容性、生物降解性和可调控的理化性质。其递送性能受分子相互作用、配方参数和载体微结构的协同作用控制。近期在乳液、凝胶、纳米颗粒、微胶囊和纳米纤维基系统方面的进展表明，它们在改善益生菌稳定性方面具有实用性CRediT作者贡献声明Yangjing Li：撰写——审阅与编辑。Xinrui Liu：撰写——审阅与编辑、概念化。Jia Liu：撰写——审阅与编辑、可视化。Guanhao Bu：监督、资源、经费获取、概念化。Meiyue Wang：撰写——原稿、可视化、软件、调查、概念化。Muhammad Rashid：撰写——审阅与编辑未引用参考文献Matos-Jr等，2019。利益冲突声明作者声明，他们没有已知可能影响本文所报告工作的竞争性经济利益或个人关系。数据可用性数据将根据要求提供。竞争性利益声明作者声明，他们没有已知可能影响本文所报告工作的竞争性经济利益或个人关系。致谢本工作得到国家自然科学基金（32472289，31871748）、河南工业大学小麦和玉米深加工国家工程研究中心开放课题项目（NL2024008）、河南省自然科学基金（242300421317）、河南工业大学国家自然科学基金培育项目（2024PYJH003）、郑州科技协同创新项目（21ZZXTCX17）的支持Meiyue Wang | Guanhao Bu | Jia Liu | Xinrui Liu | Yangjing Li | Muhammad Tayyab Rashid