综述：植物源副产物用于益生菌封装：组成-微观结构-功能综述

《Food Frontiers》：Plant-Derived Byproducts for Probiotic Encapsulation: A Composition–Microstructure–Function Review

　　

益生菌在食品中的递送受到加工、储存和胃肠道（GI）转运过程中活性损失的限制。封装可能改善益生菌存活率，但其有效性取决于载体基质和周围食品环境。本综述研究了植物源副产物，包括果皮、果渣、压榨饼、果肉残渣和富含纤维的流分，作为益生菌载体系统的功能性共组分。研究人员并不将这些材料视为通用的可持续性添加剂，而是根据其主要组成分数进行分类，包括可溶性多糖、不溶性纤维、抗性淀粉、富含酚类的提取物和含蛋白质的分数。采用组成-微观结构-功能框架来评估副产物组成、加工历史、基质性质和应力条件如何影响益生菌的保留、释放和存活。当有匹配的对照和物理化学或微观结构测量支持时，报告的效果最易于解释。半定量综合表明，副产物效应在储存和GI条件下有所不同。当存活率改善与水分活度、颗粒形态、溶胀、释放行为和结构特征等描述符一起报告时，可以更可靠地进行机制归因。转化仍受限于原料变异性、报告不一致、对照设计有限、监管不确定性、分馏可扩展性以及感官或消费者接受度挑战。总体而言，植物源副产物显示出作为食品级益生菌递送系统候选基质组分的潜力。未来进展需要安全性鉴定、基于规格的材料选择、证据加权性能评估以及在真实食品系统中的验证。

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**1 引言**
益生菌是活的微生物，在足够剂量下对宿主产生健康益处。其在食品中的应用日益增加，但维持消费时和胃肠道（GI）转运过程中的存活率仍是主要挑战。封装可通过将细胞嵌入保护性基质来减少环境和消化应激，其有效性取决于基质的水合行为、pH响应性、机械完整性和释放特性。植物源副产物，包括果皮、果渣、果肉残渣、种子饼和富含纤维的流分，被研究为多功能成分。这些材料含有可溶性多糖、低聚糖、颗粒纤维、抗性淀粉以及共提取的酚类或蛋白质。因此，在益生菌封装中使用这些副产物需要从将其视为通用可持续添加剂转变为评估其具有明确结构功能、局限性和证据需求的可配方材料。现有综述多将副产物作为孤立示例讨论，而非作为一个独立且可调节的设计空间。定量综合仍有限，且基质相关描述符报告不一致。本综述通过组成-微观结构-功能框架组织文献，将副产物不仅按来源分类，还按其主导组成分数的配方相关贡献进行分类，从而将已证实的机制与推断性解释区分开来。

**2 应力驱动型副产物益生菌基质设计**

**2.1 加工、储存和GI暴露下的功能性基质要求**
益生菌存活率受到加工、储存和GI条件累积暴露的影响，而非单一挑战。脱水、热、氧、剪切、酸性pH和胆汁盐均会降低存活率。对于副产物基载体，关键问题不是副产物是否改善存活率，而是其在特定应力条件下提供何种基质功能。保护性基质需在加工过程中管理水分流失、分子迁移率和结构完整性；在储存期间限制水分摄取、氧暴露和玻璃化转变相关塑化；在GI条件下延迟酸和胆汁渗入，同时允许在肠道条件下释放。植物源副产物可能通过组成依赖性基质效应满足这些需求，但具体机制须有相关结构、运输或物理化学描述符支持。不同副产物分数可提供不同基质功能，取决于应力、基础载体和加工条件。因此，应力驱动型设计应将存活结果与副产物分数的基质主导功能及系统测试条件相关联。

**2.2 副产物分数间的机制区分**
组成-微观结构-功能框架根据副产物分数主要修饰的基质域（连续相、分散颗粒相、界面、氧化还原环境或干燥基质相）进行解释。该框架将副产物组成和加工历史与微观结构发展、运输行为、应力响应和益生菌性能结果联系起来。不溶性富含纤维的分数应区别于可溶性基质形成组分，因其通常作为分散结构元素，当颗粒尺寸、表面化学和分散得到控制时，可支持孔隙填充、延长扩散路径、基质增强或界面效应。但粗糙、润湿不佳或分布不均的颗粒可能引入异质性。富含酚类的分数可能影响化学微环境和物理结构，需抗氧化、相互作用或结构测量支持。淀粉、果聚糖和蛋白质分数可根据其是否作为颗粒载体、玻璃形成溶质或界面结构剂进行解释。

**2.3 加工背景作为副产物功能的修饰因子**
封装过程应被视为副产物功能的修饰因子，而非单独的技术类别。同一副产物分数在干燥粉末、离子凝胶珠、乳液基系统、涂层或最终食品基质中的表现可能不同。在干燥配方中，需关注水分控制、玻璃化转变行为和储存存活率；在水凝胶系统中，凝胶完整性、溶胀、释放行为和酸/胆汁耐受性更相关；在乳液基或涂层系统中，界面组织、壳层连续性和食品基质兼容性重要。这种过程依赖性解释有助于在匹配配方背景下进行比较，而非将副产物视为通用保护成分。

**3 载体组成与益生元的作用**
合生元封装中的关键问题是区分释放后的生物学益生元效应与释放前的基质水平功能。释放后，益生元可能支持宿主-微生物群相互作用，而释放前，非消化性低聚糖和纤维可作为基质活性成分，通过改变水合、粘度、水分活度、网络形成和运输行为影响益生菌存活率。植物源副产物通过提供可溶性聚合物、颗粒纤维、抗性淀粉、酚类化合物和蛋白质的异质混合物扩展了这一概念。其贡献应根据化学身份、分子架构、溶解度、电荷、聚合度和与载体基质的兼容性进行解释，而非仅凭“益生元”标签或副产物来源。

**3.1 益生元作为合生元系统中的功能性基质组分**
基于碳水化合物的益生元在链长、分支、电荷、溶解度和颗粒特性上存在差异，影响水合、凝胶形成、运输行为和基质增强。低分子量低聚糖（如FOS、GOS、XOS）可作为水合修饰剂或玻璃形成共溶质，支持脱水耐受性，但也可能增加吸湿性。高分子量组分（如菊粉、抗性淀粉、阿拉伯木聚糖、果胶衍生分数）可贡献于粘度、网络内聚力和运输控制。带电或离子响应性分数（如POS）在 hydrogel 系统中影响溶胀、释放行为和酸/胆汁耐受性。代表性研究显示，菊粉提高了喷雾干燥双乳液粉末的玻璃化转变温度（T_g）并改善了储存和消化存活率；FOS在藻酸盐/结冷胶系统中与干燥后存活率和低水分活度（a_w）相关；POS水凝胶珠与改善的酸/胆汁耐受性及溶胀和释放行为变化相关。多酚不被视为益生元，除非满足ISAPP标准，而是作为氧化还原活性和基质相互作用共组分进行讨论。

**3.2 植物源副产物作为封装系统中的多功能成分**
植物源副产物提供组成多样的可溶性聚合物、不溶性颗粒和共组分。其配方价值取决于主导组成分数、加工历史和与基础载体的兼容性。果胶/POS丰富分数（如苹果渣、柑橘皮）与凝胶形成和溶胀调节相关；不溶性纤维/纤维素丰富分数（如胡萝卜渣、橄榄渣）可能作为颗粒增强剂或界面活性组分；酚类相关多糖分数（如葡萄渣）需剂量和菌株特异性验证。同一副产物流在摩尔质量分布、酯化度、颗粒形态、残留酚类和蛋白质含量上存在变异性，影响凝胶强度、粘弹性、溶胀和释放行为。

**3.2.1 植物源副产物分数作为基质组分的功能角色**
果胶丰富分数因果胶架构影响水合、钙离子（Ca²⁺）交联和凝胶行为而相关。低甲氧基同型半乳糖醛酸（HG）区域可参与Ca²⁺介导的共凝胶化，鼠李糖半乳糖醛酸聚糖I（RG-I）侧链贡献于保水性和干燥行为。半纤维素和粘液丰富分数可能改变复合系统中的水结合和粘度。抗性淀粉和纤维素丰富分数应谨慎解释为颗粒或半结构组分。相关多酚和副产物衍生纳米纤维素也可能修饰基质行为，但需直接测量支持。

**3.2.2 植物源副产物对胶囊结构和应力耐受性的影响**
在多项研究中，植物源副产物被纳入复合益生菌载体，并报告了改善的GI、热或储存耐受性。例如，石榴皮粉与藻酸盐微胶囊中的更高GI和热存活率相关；菠萝蜜内果皮纤维改善了封装效率和GI及冷藏储存稳定性；柚瓤衍生材料与孔隙形成、硬度和释放行为变化相关。可溶性副产物衍生分数影响水合、溶胀和释放行为。富含酚类的提取物表现出配方依赖性效应，机制归因因缺乏氧化、渗透性或结构证据而受限。总体而言，存活结果需结合对照设计和报告的描述符进行解释。

**3.2.3 副产物基系统的半定量证据加权综合**
通过应力类型、副产物分数、对照设计和基质描述符可用性对报告结果进行比较。储存结果方面，对照支持的益处范围从适度到较大对数计数差异。GI结果更异质，因研究使用不同终点。当对照为未封装细胞时，效果较大，但主要反映封装级保护；当与匹配的无副产物基质比较时，差异更适度。富含酚类的系统表现出可变效果。总体而言，可溶性纤维、果胶和低聚糖丰富分数在存活率改善伴随溶胀、孔隙结构、水分活度或凝胶结构描述符时提供更强基质级解释。不溶性纤维和纤维素丰富分数在报告颗粒形态、孔隙率、硬度或释放行为时更可解释。酚类丰富提取物仍不那么一致可归因。

**3.2.4 副产物基微胶囊在食品应用中的性能**
食品应用研究提供转化级证据。在低水分或脂肪连续食品中，某些系统中副产物微胶囊支持益生菌保留，但需考虑产品品质。在较高水分或酸性食品中，结果更配方依赖性。消化阶段结果需谨慎解释，因下游计数可能反映微生物恢复或底物利用。总体而言，食品应用研究支持副产物的潜在用途，但成功转化取决于平衡益生菌保留、食品兼容性、感官质量和对照支持归因。

**3.2.5 副产物基益生菌基质的工业转化与监管准备**
工业转化需要将可变副产物流转化为规格定义的配料。实施取决于监管分类、安全性鉴定、批次标准化、可扩展加工、成本-功能平衡和消费者接受度。监管状态需根据具体副产物分数、加工历史和预期食品用途进行评估。商业可行性取决于副产物分数是否相比已建立载体提供优势。批次标准化是规模化关键，工业规格应结合组成标记和功能质量测试。可扩展性取决于实现功能一致性所需的加工强度。消费者接受度是另一个转化约束，需避免“废物衍生”表述。

**4 未来研究优先事项与未解决的配方问题**
未来工作应转向标准化、对照支持且机制可分辨的配方研究。优先事项包括改进对照设计、建立最低报告标准（包括菌株、初始细胞负荷、封装效率、加工条件、胶囊尺寸分布、形态、溶胀、释放行为、储存条件和阶段分辨率存活计数）、根据基质功能而非植物来源筛选副产物分数、解决改善存活率是否反映可测量的运输或结构变化的关键问题、以及开发预测性配方方法。最后，可扩展验证应转向产品相关食品系统，使用整合终点评估。

**5 结论**
植物源副产物可能为开发更可持续和组成多样的益生菌递送系统提供有用途径，但其配方价值不应仅从植物来源或益生元潜力推断。本综述通过组成-微观结构-功能框架解释性能，其中副产物分数根据其对载体基质、相关应力背景和周围食品系统的报告贡献进行考虑。当前研究支持其作为基质活性共组分的潜在用途，同时强调机制解释中的重要限制。未来进展将依赖于从来源导向的成分选择转向规格导向的配方设计，整合性能评估、监管准备、批次标准化和食品系统验证。