DHA乳化辅助凝胶包埋增强益生菌应激耐受性

《Journal of Food Engineering》：DHA emulsion-assisted gel encapsulation enhances probiotic stress resistance

　　

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  创新性地提出了利用对人体有益长链脂肪酸（如二十二碳六烯酸/DHA）填充水凝胶三维网络结构的想法。
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  DHA水包油乳化液可在模拟工业加工条件下提高益生菌的存活率。
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  DHA水包油乳化液可有效填充水凝胶网络中的孔隙。
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  与未改性的传统水凝胶相比，采用DHA乳化液制备的改性水凝胶对包埋益生菌的包埋性能显著提高。
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  与传统水凝胶相比，改性水凝胶在模拟胃肠液中对包埋益生菌的保护作用显著增强。

引言

益生菌菌株能为宿主带来多种健康益处，包括免疫调节、结肠炎治疗和肠道微生物群落调节等（Kazemifard et al., 2026; Yang et al., 2026）。然而，主要挑战在于确保益生菌在到达靶部位时仍保持高存活率，同时避免被胃肠道中的应激因素灭活（Ko et al., 2022）。

当前该领域常用的策略包括乳化、微包埋、凝胶包埋和基因工程（Cook et al., 2012; Dianawati et al., 2016; Gong et al., 2013; Song et al., 2022）。凝胶是通过物理或化学交联机制形成的三维聚合物网络（Klouda and Mikos, 2008; Kuo and Ma, 2001; Lee and Mooney, 2012; Sharma et al., 2024）。为克服单一材料系统的局限性，研究重点转向通过引入互补功能填料来构建复合系统（Gregorich et al., 2023; Li et al., 2022; Williams et al., 2021）。例如，Kerem Veral和Rumeysa Tutar通过将甲基丙烯酸化海藻酸并入聚（乙二醇）二丙烯酸酯凝胶中，显著提高了凝胶的降解稳定性、粘附强度等性能（Veral and Tutar, 2025）。

凝胶独特的三维多孔网络为益生菌递送提供了独特优势，但也面临不可避免的限制。具体来说，包埋的益生菌可能逐渐通过凝胶孔隙逃逸。Wu等人发现，当将枯草芽孢杆菌直接包埋于凝胶中时，泄漏现象十分明显。然而，当先将其嵌入金属-酚类网络后再嵌入凝胶中时，保留率显著提高（Wu et al., 2025）。另一方面，来自胃肠道的小分子和氢离子可穿透凝胶孔隙，进一步降低其保护效果。Yan等人利用大豆蛋白分离物（SPI）和甜菜胶开发了互穿聚合物网络凝胶，发现10% SPI形成的更致密蜂窝结构有效阻止了胃蛋白酶渗透并提高了益生菌存活率（Yan et al., 2021）。因此，确定合适的共包埋物以保护凝胶中的益生菌是一个有前景的策略。

二十二碳六烯酸（DHA）是一种长链omega-3多不饱和脂肪酸，已被证明对人类健康具有积极影响。研究表明，口服DHA可通过促进益生菌生长来调节肠道微生物群落的组成（Zhuang et al., 2021）。基于这些发现，我们假设将DHA制备为水包油乳化液后，可能有效填充凝胶基质的孔隙。如果DHA-ME本身对共给益生菌具有保护作用，这种双重作用策略可能协同提高益生菌口服耐受性。然而，直接添加粗DHA形式存在挑战，如细菌周围分布不均和生物利用度有限等问题。乳化已被证明可显著提高DHA的生物利用度（Abdelhafez et al., 2026），且有多种技术可用于制备水包油乳化液，如高压均质、超声乳化和自发乳化等（Komaiko and McClements, 2016; Wang et al., 2023）。本研究参考Li等人和Muderhwa等人的方法并加以改进，制备了DHA-ME（Li and Li, 2023; Muderhwa et al., 1999）（图S1），并验证了其生物相容性及对益生菌的保护效果。随后将DHA-ME并入明胶-结冷胶凝胶中制备改性凝胶，其中DHA-ME的添加有效填充了凝胶孔隙，显著增强了复合凝胶对益生菌的保护作用（图1）。

节选摘要

材料

长双歧杆菌长双歧亚种BL21（BL21）和短双歧杆菌BBr60（BBr60）均由WeCare益生菌有限公司提供。所有复苏、传代和培养步骤均在无菌MRS培养基中进行，于厌氧工作站（37 ± 0.5°C）内，在由10% CO₂、10% H₂和80% N₂组成的气氛中完成。

实验中使用的DHA由南京师范大学提供（纯度50%，v/v）。明胶购自Roquette Gelatin Co., Ltd.。结冷胶

GG的制备与表征

采用Liu等人（2022）所述方法成功制备了GG（图2A）。SEM结果表明GG具有多孔结构，孔径范围约为50至250 μm（图2B）。

除孔径外，凝胶的溶胀率也关系到包埋物的扩散速率和保护效果。根据图2C所示结果，GG的初始溶胀率高达3150%。尽管略有波动

结论

本研究制备了DHA-ME并评估了其对益生菌的影响。随后将DHA-ME包埋于明胶-结冷胶凝胶中，实现了更小的孔径和更低的水吸收-溶胀比。在测试条件下，改性凝胶相比未改性凝胶表现出更好的益生菌保留和保护性能。这些结果表明，用DHA-ME填充凝胶孔隙可能是增强益生菌递送的一种有前景的方法。

CRediT作者贡献声明

赖瑞鑫：原创性撰写、软件、方法学、形式分析、数据整理。吴悦：软件、形式分析、数据整理。张梦媛：形式分析、概念构思。吕煜城：方法学、形式分析。赵嘉辉：可视化。李奕辰：形式分析。朱建国：项目管理。李亚南：撰写—审阅与编辑、监督、项目管理、调查研究、资金获取。

利益冲突声明

作者声明，他们不存在可能影响本论文所述工作的已知竞争性经济利益或个人关系。

致谢

本研究得到了江苏省农业科技自主创新基金项目（CX（24）1020）的支持。

赖瑞鑫|吴悦|张梦媛|吕煜城|赵嘉辉|李奕辰|朱建国|李亚南