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《Future Foods》：Enhancing the gastrointestinal resilience of the candidate probiotic yeast Lachancea thermotolerans DiSVA322 using a symbiotic bee pollen-alginate formulation

　　

本研究旨在优化共生制剂配方，以增强候选益生酵母Lachancea thermotolerans DiSVA322的胃肠道耐受性。研究人员采用动态模拟模型——DYGIST系统，该系统能够模拟序贯性胃排空、分次肠腔充盈、经透析去除胆汁以及与人源稳定粪便微生物群的共存环境。在游离状态下，该新菌株在回肠阶段初期表现出显著的活力下降，存活率降至15%，至该阶段结束时进一步降至2.3%。然而，即使处于最终2.3%的存活水平，该菌株仍成功满足了治疗性益生菌阈值（107–108）活细胞数的要求，且相较于工业对照菌株酿酒酵母布拉迪变种（Saccharomyces cerevisiae var. boulardii，Codex?），其表现积极，并与固有微生物群表现出共存和兼容性，且不改变其微生物平衡。为克服这一生理易感性，研究人员将细胞固定于0.5%海藻酸钠凝胶珠中，并与不同功能性食品载体（牛奶、酸奶和蜂花粉）联用。虽然酸奶能维持细胞活力，但将蜂花粉作为潜在益生元基质掺入后，则产生了最显著的协同效果。这种配对使DiSVA322的存活率相较于矿泉水处理组提高了258%。显微与化学动力学分析证实，酵母代谢活动驱动花粉粒的进行性分解（由10%提升至23%），促进了抗氧化多酚的靶向释放，从而为酵母细胞建立了保护性微环境。将微囊化技术与蜂花粉相结合，成功弥合了新兴非酿酒酵母益生菌与已商业化的标准菌株之间，在真实的动态人体消化条件下的抗性差距。

### 论文解读文章

**研究背景与科学问题**

随着消费者对功能性食品和膳食补充剂需求的日益增长，益生菌产业已成为全球重要的市场领域。传统上，益生菌概念几乎专属于乳酸菌，然而，益生酵母因其固有的酸耐受性和抗生素耐受性，正成为新的研究前沿。目前，酿酒酵母布拉迪变种（Saccharomyces cerevisiae var. boulardii）是全球唯一被广泛商业化的益生酵母。为突破其垄断格局，研究人员正积极探索从发酵基质和自然生态中分离的新型非酿酒酵母属，其中，Lachancea thermotolerans 因其在食品和饮料发酵中的安全使用记录而备受关注。

评估新型益生菌候选株的临床疗效需大规模人体试验，成本高昂且复杂。因此，需要能复现人体消化道复杂动态环境的体外模拟系统。然而，传统的静态单室模型存在明显局限：它们忽略了动态pH变化、连续酶分泌、分次胃排空和十二指肠序贯充盈等关键生理参数，更无法模拟与人体肠道固有微生物群的生态互作。此外，现有文献强调，益生菌的实际存活率很大程度上取决于其技术配方和共同摄入的食物基质。游离的未受保护酵母细胞在动态胃肠道压力下常出现严重活力下降。因此，迫切需要开发有效的物理保护策略（如微囊化）并结合功能性食品载体，以提升新兴益生酵母的存活能力。

**研究内容与总体结论**

针对上述问题，本研究围绕两个主要目标展开。第一，在新型连续动态体外胃肠道系统（DYnamic in vitro GastroIntestinal SysTem，DYGIST）中，追踪游离形态的候选益生酵母 L. thermotolerans DiSVA322 在模拟人体消化全程（从口腔到回肠）的存活率及其与微生物群的互作行为，并以工业标准菌株 S. cerevisiae var. boulardii Codex?为基准进行对比验证。第二，开发并验证一种潜在的共生制剂技术方案：将海藻酸盐细胞固定化技术与特定功能性食品载体（牛奶、酸奶和蜂花粉）相结合，探究其对酵母细胞活力的协同保护机制。研究最终证实，将微囊化技术与蜂花粉载体结合，在模拟的真实人体消化条件下，能显著提升DiSVA322的存活率，有效缩小其与商业菌株在抗性上的差距，为新型非酿酒酵母益生菌的应用提供了技术基础。

**关键技术与方法概述**

研究人员利用自动化连续动态消化系统DYGIST（Biostat, Sartorius），该系统基于人体肠道微生物生态系统模拟器（Simulator of the Human Intestinal Microbial Ecosystem，SHIME）原理，连接多个发酵罐以序贯模拟口腔咀嚼、胃排空、十二指肠充盈、透析去除胆汁及回肠阶段。消化介质的水/膳食、唾液、胃液、肠液体积比固定为17:11:22:50，并模拟动态pH下降和分次胃排空。菌株包括候选益生酵母L. thermotolerans DiSVA322和工业对照S. cerevisiae var. boulardii Codex?。细胞经0.5%海藻酸钠凝胶珠固定化包埋，并分别与矿泉水、牛奶、酸奶和蜂花粉混合作为摄入载体。人源粪便微生物群取自三名健康捐赠者，经处理后在回肠阶段与消化物混合进行共存性分析。

**研究结果**

**3.1 生物量生产优化**：为获取最高细胞产量，研究人员比较了四种生长培养基。结果显示，改良型胰蛋白胨基础培养基（YTD mod）为两种酵母均提供了最高且具有统计学显著差异的细胞浓度，相比初始接种量增加约1.5至2.0个对数数量级。这归因于胰蛋白胨提供了更优的氨基酸谱和分子氮平衡，有助于快速积累稳健的生物量。因此，后续所有消化试验均采用YTD mod培养基。

**3.2 动态DYGIST模型中游离细胞的命运及微生物群互作**：在模拟消化全程的压力下，商业对照菌株Codex?展现出卓越的抗性，在回肠阶段结束时保持了39%的绝对存活率。相比之下，游离形式的候选益生酵母DiSVA322则表现出更高的敏感性，存活率在十二指肠降至32%，透析后降至21%，最终在回肠阶段结束时显著下降至2.3%（Log 7.00 CFU/mL）。尽管远低于商业标准菌株，但该浓度仍达到了治疗性益生菌的最低阈值要求（107–108 CFU/mL）。在微生物群互作方面，4小时回肠共存期内，固有微生物群在两种酵母存在下均未受到抑制，总厌氧菌、好氧菌、乳杆菌和肠杆菌等均呈现增长趋势，表明DiSVA322能与有益固有菌群和谐共存，无拮抗行为，具备高度生态兼容性。然而，其游离形态仅2.3%的存活率明确凸显了采用保护性递送系统的技术必要性。

**3.3 海藻酸盐固定化和食物载体对酵母敏感性的影响**：为克服生理脆弱性，研究引入微囊化技术。将DiSVA322包埋于0.5%海藻酸钠凝胶珠中，制备过程维持了100%细胞活力。当以矿泉水摄入时，细胞固定化使DiSVA322的存活率相比游离细胞形式实现了17%的绝对提升，证实了物理屏蔽作用的有效性。为强化这一效果，研究将固定化珠粒与不同食物载体联用：牛奶载体意外导致存活率下降14%，可能归因于中性环境下的竞争性物理包埋或激活不足；酸奶载体维持了与矿泉水对照组相当的存活率，推测其粘稠的、部分水解的酪蛋白凝胶基质的物理保护效应以及酸性环境诱导的早期应激预适应可能提供了协同保护；蜂花粉载体则展现出最强的协同效果，使DiSVA322的存活率比矿泉水组显著增加了258%。

**3.4 潜在共生酵母-蜂花粉配对的机理协同**：为阐明蜂花粉与酵母之间的协同机制，研究人员进行了显微和化学动力学监测。光学显微镜评估显示，在无酵母的消化液对照中，花粉粒的生理性破裂比例仅为10%；而当有DiSVA322存在时，花粉破裂加速进展，至第4小时破裂率总计达到23%，呈现可见的膨胀、角质层变形和胞质突起。同步检测到，伴随酵母介导的花粉破裂，胃肠液中的总多酚含量从实验初始到结束呈现显著的进行性积累，而酵母缺失的消化对照组未见此释放现象。该现象表明，酵母代谢在花粉破裂及多酚释放中扮演了积极的酶促角色，推测其细胞壁结合酯酶和β-葡萄糖苷酶负责裂解多酚复合物。释放的自由多酚可能通过细胞壁甘露聚糖吸附在酵母表面，发挥抗氧化屏蔽作用，抑制氧化应激，保护细胞膜完整性，从而显著延长酵母在严重胃肠道压力下的存活期。

**讨论与结论**

本研究通过统一先进的连续动态消化模型与定制化制剂科学，搭建了从实验室筛选到临床验证的桥梁。讨论部分强调，尽管游离态L. thermotolerans DiSVA322在动态模型中表现出生理脆弱性，但通过物理微囊化与蜂花粉生化协同的组合策略，其敏感性得到了有效缓解，显著缩小了与商业菌株之间的基线抗性差距。此外，该候选益生酵母与蜂花粉的潜在共生关系不仅促进了花粉破裂和抗氧化多酚的释放，形成保护性微环境，还与有益固有乳杆菌和谐共存。这使其成为传统益生菌的有力替代品，为开发专门的功能性食品配方和个性化营养治疗方案奠定了基础。需要指出的是，本研究未在相同的固定化框架下进行与商业菌株的直接比较，这一点在原文中亦有说明。

**研究结论翻译**
通过将先进的连续动态消化模型（DYGIST）与定制化制剂科学相结合，本研究有效地建立了从实验室筛选到临床验证之间的桥梁。虽然游离的L. thermotolerans DiSVA322在现实的动态消化道环境中相较于耐受力强的游离商业标准菌株表现出生理脆弱性，但将物理海藻酸盐微囊化与蜂花粉的生化协同作用相结合，能显著减轻其敏感性，大幅缩小了游离状态下观察到的基线抗性差距。尽管未在相同的固定化框架下进行直接比较，但这种潜在共生配对成功提升了这一新型候选益生酵母在严苛胃肠道应激因子作用下的存活率，使之具备与工业益生酵母竞争的优势。此外，这一新兴候选益生酵母与花粉粒的结构破裂及随后抗氧化多酚的释放密切相关，研究人员推测其建立了支持自身胃肠道存活并与有益固有乳杆菌和谐共存的保护性微环境。这代表了传统益生菌的一种极具潜力的替代方案，为专门的功能性食品配方和个性化营养治疗提供了坚实基础。