《International Journal of Biological Macromolecules》：Enhanced viability of
Lacticaseibacillus paracasei under storage and gastrointestinal conditions by electrostatic spray drying: Effects of polysaccharide type and concentration
编辑推荐：
微胶囊化乳酸乳球菌K56采用静电喷雾干燥技术，以乳清蛋白 isolate（WPI）和三种多糖（琼脂糖、黄原胶、阿拉伯胶）复合壁材，系统评估了物理特性、结构特征、储存及消化稳定性。结果表明：WPI-CUR组合微胶囊在热处理、储存（12周存活率>88%）和体外消化（>6.4 Log CFU/g）中保护性能最优，氢键与疏水作用主导壁材相互作用。
梁志强|刘晓冰|秦彦波|王玉英|陈凯|张国芳|何健|侯展群|李春|刘立波
教育部乳品科学重点实验室，东北农业大学食品科学学院，哈尔滨，150030，中国
摘要
包封材料对于益生菌微胶囊的储存和胃肠道输送性能至关重要。本研究利用最新开发的静电喷雾干燥技术，研究了用乳清蛋白分离物（WPI）和三种多糖组成的基质包封的Lacticaseibacillus paracasei K56（L. paracasei K56）的物理性质、结构特征、储存性能和消化稳定性。显微观察表明，L. paracasei被成功包封，微胶囊表面光滑且无裂纹。傅里叶变换红外光谱和分子对接结果显示，WPI与多糖之间的主要相互作用是氢键和范德华力。所有微胶囊的包封效率均高于96%，活细胞计数超过9.7 Log CFU/g。与仅含WPI的微胶囊相比，添加三种多糖后，L. paracasei在热处理、储存和体外消化过程中的存活能力得到提升。总体而言，随着壁材中curdlan和阿拉伯胶浓度的增加，L. paracasei的存活率逐渐提高；而pullulan浓度的增加则产生了不利影响。在这些配方中，WPI-curdlan微胶囊的保护效果优于WPI-pullulan和WPI-阿拉伯胶微胶囊。在25°C下储存12周后，存活率超过88%，消化后的活细胞计数超过6.4 Log CFU/g。因此，本研究表明WPI和CUR可作为有效的壁材，在干燥、热处理、储存和消化过程中保护益生菌细胞。
引言
益生菌是活的微生物，适量摄入后能对宿主产生多种健康益处，包括改善肠道健康、发挥抗菌作用以及预防和管理疾病[1]。此外，它们可以应用于食品、制药和健康补充剂行业[2]。因此，益生菌受到了研究人员的广泛关注，其全球市场呈现稳步增长趋势[3]。为了发挥有益效果，益生菌产品通常需要含有不少于6 Log CFU/g的活细胞[4]。然而，益生菌对氧气、高温、胃酸和胆盐等环境因素极为敏感。因此，需要开发微胶囊化技术来提高其在加工、运输、储存和消化过程中的存活率[2]、[5]、[6]、[7]。
在各种微胶囊化技术中，喷雾干燥作为一种连续、低成本且高效的粉末制备方法受到了广泛关注。它可延长产品的保质期并降低运输成本[7]、[8]。然而，传统喷雾干燥过程中的高温和快速脱水会损害益生菌的关键成分（如细胞膜和细胞壁），导致干燥和储存期间的存活率降低[9]、[10]、[11]。静电喷雾干燥技术的出现在一定程度上解决了传统喷雾干燥的局限性。其原理与传统喷雾干燥类似，但要求在静电场的作用下使雾化液滴带电。这一过程使液滴内的水分子迁移到液滴表面，而受保护的生物活性成分留在液滴核心，从而在较低温度（<90°C）下实现快速干燥[12]。与冷冻干燥和传统喷雾干燥相比，静电喷雾干燥在干燥和储存过程中都能提高益生菌的存活率[13]、[14]、[15]。
此外，选择合适的保护性壁材对于微胶囊化益生菌的成功开发至关重要。由于乳清蛋白分离物（WPI）具有高营养价值、高消化率和优异的保护性能，因此被广泛用作微胶囊壁材[2]。在喷雾干燥过程中，WPI会暴露其疏水区域并与益生菌的疏水表面结合，从而提高益生菌的存活率[16]。然而，研究表明，仅使用WPI作为壁材的喷雾干燥微胶囊在储存期间的活细胞保留率较低[17]。多糖通常能增强微胶囊的结构稳定性，提高其对胃酸消化的抵抗力，并促进结肠内肠道微生物群的有益作用[6]、[18]。先前的研究显示，向乳清蛋白中添加多糖（如果胶、海藻酸钠、黄原胶或阿拉伯胶）可以提高微胶囊在干燥、储存和消化后的存活率[19]、[20]、[21]。阿拉伯胶（GA）[13]、[19]、[22]、[23]和pullulan（PUL）[24] [25]常被用作喷雾干燥微胶囊中的保护剂。Curdlan（CUR）是一种中性的不溶性胞外微生物多糖，由1,3-β-D-葡聚糖聚合物组成，在55°C–65°C和>80°C下分别形成可逆和不可逆凝胶[26]。它具有耐低pH值和抗胃肠道小肠酶降解的能力，能促进具有益生元活性的有益细菌的生长[27]、[28]。
尽管蛋白质-多糖复合基质已被证明对益生菌包封有积极作用，但据我们所知，尚未有研究探讨静电喷雾干燥与蛋白质-多糖基质结合用于益生菌微胶囊化的应用。本研究采用三种多糖（CUR、PUL和GA）与WPI的混合物作为静电喷雾干燥微胶囊的壁材，以评估其用于Lacticaseibacillus paracasei K56（L. paracasei K56）包封的可行性。首先测量了微胶囊的物理性质，如产率、水分含量、水分活度、吸湿性、润湿性和颜色差异。其次通过扫描电子显微镜（SEM）、傅里叶变换红外光谱（FTIR）、二级结构分析和分子对接技术对其结构进行了表征。最后评估了微胶囊的包封效率（EE）、热稳定性、储存稳定性和胃肠道消化稳定性。
材料
L. paracasei K56由内蒙古乳品技术创新中心（呼和浩特，中国）提供。WPI（纯度>90%）购自上海福新实业有限公司（上海，中国）。CUR购自山东齐迪食品科技有限公司（山东，中国）。PUL购自阿拉丁生化有限公司（北京，中国）。GA购自上海源业生物科技有限公司（上海，中国）。其余试剂均购自北京Solarbio Science &
产率
高产率是降低喷雾干燥过程生产成本和评估配方及工艺条件可行性的重要指标[8]。如表2所示，WPI、WPI-CUR和WPI-GA微胶囊的产率范围为47.41%至52.68%，无显著差异（P > 0.05）。这与Tao等人的研究结果一致（2019），他们报告称添加多糖不会影响微胶囊的产率[23]。然而，产率
结论
本研究采用电喷雾干燥技术成功制备了L. paracasei微胶囊，不同的多糖和WPI混合基质作为包封壁材。总体而言，静电喷雾干燥能够在较低的入口温度（85°C）下生产出水分含量低于5%的微胶囊粉末。FTIR和分子对接分析表明，氢键和疏水相互作用是维持微胶囊稳定性的主要力量
CRediT作者贡献声明
梁志强：撰写 – 审稿与编辑，撰写 – 原稿，可视化，方法学，研究，数据分析。刘晓冰：研究，数据分析。秦彦波：验证，研究。王玉英：验证，方法学。陈凯：验证。张国芳：监督，概念构思。何健：概念构思。侯展群：资源协调。李春：撰写 – 审稿与编辑，监督，资金筹集，概念构思。
利益冲突声明
作者声明无利益冲突。
致谢
本工作得到了内蒙古高层次人才引进项目 [资助编号 2023RC-High Level-3]、乳品技术创新中心 [资助编号 2024-JSGG-011, 2025-JSGG-019]、黑龙江省财政厅 [资助编号 CZKYF2025-1-B014]以及黑龙江省高校协同创新成果项目 [资助编号 LJGXCG 2023-048]的支持。
