利用壳聚糖对嗜酸乳杆菌进行纳米包封，作为功能性生物防腐剂，以提高虾酱中益生菌的稳定性

《Food Control》：Chitosan nanoencapsulation of probiotic bacterial strain Lactobacillus acidophilus as a functional biopreservative for enhanced probiotic stability in prawn pickle

　　摘要：通过发酵进行生物保鲜是一种传统的有效方法，它能提升食品的营养价值和感官品质，同时提高其微生物安全性。由于纳米技术具有高效性、生物相容性以及环保特性，其在基于发酵的生物保鲜中的应用受到了广泛关注。本研究评估了以木蓝提取物包覆的嗜酸乳杆菌作为益生菌，在壳聚糖基纳米制剂中的保鲜效果，该制剂被用于虾腌制品中。这种纳米包封技术是基于绿色化学原理开发的，与游离细胞相比，它展现出更强的抗氧化活性（FRAP检测），且总酚类和黄酮类含量也显著更高。在热应力条件下，经过包封的细胞在50°C和75°C下的存活率明显高于游离细胞，在50°C时仅出现约0.3个对数的轻微下降。同样，在4°C下储存28天后，这种纳米制剂也能保持更高的存活率，这表明包覆材料有助于实现细胞逐步释放并提升产品稳定性。当将其应用于虾腌制品中时，与对照组相比，该纳米制剂显著提升了产品的视觉和感官品质，并保持了28天内的稳定性。微生物分析显示，每克产品中仍有1.3×105 CFU的活菌数，证明该制剂能够在复杂的食品环境中有效保存并释放益生菌细胞。总体而言，利用木蓝提取物和壳聚糖对嗜酸乳杆菌进行纳米包封，可得到一种稳定且功能强大的生物保鲜剂。该制剂具有更强的抗氧化活性，能在热应力、储存条件以及胃肠道压力下更好地维持细胞存活，因此有望作为一种新型功能性食品成分得到应用。

引言：在食品工业中，一个重大挑战在于如何在保质期内保持低水分、低水活度产品中益生菌的存活能力。此外，含有益生菌的功能性食品在经过胃肠道后往往会出现大量细胞死亡，这可能导致到保质期结束时，无法达到国际食品法典委员会所建议的每份每日摄入量中的109 CFU菌数。为了解决这些问题，人们提出了若干标准来筛选符合功能和安全要求的益生菌株（Mahmoudi等人，2013年）。益生菌的安全性是首要考虑因素，其需在美国获得公认安全 status（GRAS），或在欧洲获得合格安全推定资格（QPS），同时还要尽量降低抗生素抗性基因的转移风险。为了发挥有益作用，益生菌必须在胃肠道生态系统中存活，并具备黏附于黏膜表面的能力。它们通过产生有机酸、细菌素和其他抗菌化合物来抑制病原微生物，从而有益于宿主健康（Duche等人，2023年）。此外，益生菌还必须适合大规模培养且不会出现基因不稳定现象，能够有效融入食品基质中，同时保持产品的感官品质。其摄入不应带来腹胀或肠道蠕动异常等不良生理反应（Russo等人，2012年）。益生菌还应能够在不发生基因变异的情况下进行大规模培养，这样才能保证其性质稳定，并能顺利应用于口服制剂中（Jin & Xu，2025年；Mendon?a等人，2022年）。存活能力也是一个关键因素，因为益生菌必须能在产品基质内部以及摄入后仍能存活下来，那些能够抵抗酸性和胆汁分泌、并能黏附于肠上皮的菌株具有更强的存活能力。益生菌的感官特性也应保持不变，因为添加益生菌不应影响产品的感官品质（Enck等人，2020年；Sanders等人，2010年）。为了提高其在肠道环境中的持久性，益生菌必须具备黏附于黏膜表面的能力（FAO，2018年）。此外，益生菌还能通过产生酸类、细菌素来抑制有害微生物，同时具备使致癌物质失活的能力，从而有助于调节代谢健康。最后，益生菌还能调节免疫系统，可能增强对病原体的抵抗力，改善食物敏感症的相关症状。

腌制品是印度的传统特色食品，在文化和饮食方面都具有重要意义。它们既可作为独立的调味品，也可作为餐食的配菜，不仅能增添风味，还具有诸多健康益处。由于与益生菌活性相关，腌制品被认为含有可对抗自由基的抗氧化剂，有助于维护消化健康。此外，腌制品还富含铁、维生素、钙和钾等必需营养素，据报道还具有预防溃疡的作用。腌制过程通过抑制食物腐败并保持营养价值，起到了良好的食品保存作用，是合成添加剂的天然替代品（Hasan，2018年）。近年来，功能性益生菌作为一种生物保鲜策略被广泛应用于加工海产品中，用以补充传统的合成添加剂。乳酸菌不仅能够通过产生细菌素和有机酸来防止食物腐败，还能提升食品的营养价值。然而，由于高盐、高酸和高油环境带来的压力，要在加工和储存过程中保持益生菌的存活十分困难。为此，人们开发出了基于生物聚合物的保护方案，如壳聚糖包覆的基质，这类方案能够保护益生菌免受渗透压冲击和水分迁移的影响，从而确保其在整个保质期内的稳定性和存活率（Speranza等人，2021年）。将治疗性制剂从胶囊补充剂或易腐食品转变为日常常见的食品，可使消费者健康护理从被动治疗转变为便捷、主动的日常饮食干预。这一转变有助于减轻与肠道菌群失调、代谢综合征以及系统性免疫力缺陷相关的公共卫生负担。发酵腌制品尤其富含多种生物活性化合物，如硫代葡萄糖苷、β-胡萝卜素、番茄红素、黄酮类化合物和花青素，这些都有益于人类健康。通常与发酵食品相关的乳酸菌能够产生过氧化氢、细菌素、乙醇、二乙酰和有机酸等抗菌物质（Zuo等人，2015年）。由于这些微生物能够在恶劣的胃肠道环境中存活，并能与病原微生物产生拮抗作用，因此它们可作为益生菌发挥重要作用。它们的功能特性使其在开发有益健康的食品方面具有巨大价值。将益生菌纳米包封技术应用于传统的海产品腌制品中，可以形成强大的保护屏障，防止微生物腐败和脂质氧化，从而大幅减少采后损失，同时为合成化学防腐剂提供一种环保的替代方案（Zabot等人，2022年）。在食品工业中，包封技术已成为保护益生菌并提升其稳定性的有效手段。该技术通过将生物活性核心物质包裹在保护性涂层或基质中，实现可控释放，并提高其对环境压力的抵抗能力（Kanwal等人，2021年）。最初应用于工业领域的包封技术，因其能够稳定敏感化合物并赋予其新的功能特性，而在食品领域日益受到重视（Bisceglie，1993年）。尤其是纳米包封技术，它通过将生物活性分子封装在纳米级结构中，使其免受高温、氧化和pH值波动等不良条件的影响，从而进一步增强了益生菌的存活能力，同时还能通过减少水分流失、氧化和微生物腐败来延长食品的保质期（Timilsena等人，2020年）。生物聚合物在包封系统中发挥着重要作用，因为它们具有可生物降解、生物相容性强以及功能多样的特点。生物聚合物来源于多糖、蛋白质和脂质等天然物质，如壳聚糖、海藻酸盐和纤维素，它们独特的结构和理化性质使其非常适合用于食品和制药领域（Pugazhendhi等人，2024年）。与合成聚合物不同，生物聚合物环保且易于降解，能减少对生态环境的负面影响。它们能够形成稳定的包封基质，从而更好地保护和输送功能性食品中的益生菌（Li等人，2025年）。本研究旨在使用壳聚糖和木蓝作为包覆材料，通过纳米包封技术对嗜酸乳杆菌进行包封。随后，研究还在模拟的胃部和肠道环境中评估了这些包封益生菌的稳定性和存活能力。最后，将这些包封后的菌粒加入虾腌制品中，以评估其对产品感官特性的影响，从而探索在传统食品中添加益生菌作为功能性膳食产品的潜力。

试剂与化学品：用于纳米包封制备及其他生物学检测，包括蛋白质分析的所有试剂和化学品均购自Sigma公司。印度Hi-media公司提供了用于微生物分析的培养基（超纯分析级）。所有化学品的纯度都很高，无需进一步纯化即可直接使用。

嗜酸乳杆菌菌株的制备：本研究旨在从金奈Purasawalkam地区购买的牛奶制成的新鲜自制凝乳中分离出益生菌菌株。

嗜酸乳杆菌的分离与鉴定：本研究中使用的益生菌株嗜酸乳杆菌此前已从凝乳中分离出来，并通过形态学、生化试验以及16S rRNA基因测序（相似度为96%）进行了鉴定，详细内容见我们之前的研究（Lavanya & Namasivayam，2026年）。该微生物资源的部分16S rRNA序列已存储在NCBI GenBank数据库中，登录号为PX470079。简而言之，该分离株被确认为革兰氏阳性、过氧化氢酶阴性、不形成孢子的菌株。

未来展望：喷雾干燥和乳化等技术可以提高益生菌的耐受力，有助于实现精准的肠道递送以及功能性生物食品的开发。未来的研究应探讨益生元在纳米结构系统中的相互作用，以及开发有效的生物材料组合以实现肠道递送。大规模纳米包封生产面临着可规模化性、经济可行性和质量控制等方面的挑战。小批量生产的方法也需要相应调整。

结论：纳米技术使得能够在非乳制品基质中对微生物进行纳米包封，从而提高其存活率、稳定性以及对环境压力的抵抗能力。随着人们对益生菌，尤其是乳酸菌株的兴趣日益增加，功能性食品市场也在不断满足人们多样化的健康需求。人们正在利用各种材料以及离子凝胶化技术开发特定的核壳结构，同时注重选择无毒的纳米载体材料。聚合物纳米胶囊发挥着重要作用。

作者贡献说明：Karthick Raja Namasivayam Selvaraj：撰写——审阅与编辑、验证、监督、项目管理、正式分析、概念设计。Dr.M. Lavanya：撰写——初稿撰写、可视化、验证、软件应用、方法设计、正式分析、数据整理。

未引用参考文献：FAO；Lawley和Walker，2012年；FAO/WHO-世界卫生组织，2018年；Hasan al mutawa；Bisceglie，1993年；Lavanya和Namasisvayam，2026b年；FAO/WHO-世界卫生组织，2018年；Karthick Raja Namasivayam等人，2011年；Ahghari等人，2022年；Vijayaram等人，2024年；Terpou等人，2019年。

利益冲突声明：? 作者声明他们没有已知的可能会影响本文所述工作的任何财务利益或个人关系。

M. Lavanya | S. Karthick Raja Namasivayam
印度泰米尔纳德邦金奈市Saveetha学院工程系、Saveetha医学与技术科学研究所（SIMATS），应用研究中心，邮编602105