榅桲籽黏液（QSM）作为冻干及消化过程中培养物生物保护包埋剂的应用评价

《Applied Food Research》：Evaluation of the quince seed mucilage as an encapsulant for bioprotection of cultures during freeze-drying and digestion

　　

确保益生菌微生物在食品加工、贮藏及胃肠转运过程中的存活率仍是食品生产中的一大挑战。包埋与包衣技术被开发用于保护益生菌免受不良条件影响并增强靶向递送。榅桲籽黏液（Quince Seed Mucilage, QSM）是一种植物源、富含多糖的黏液质，具有高溶胀能力、生物相容性及对pH和盐浓度的响应性，使其成为极具前景的保护基质。本研究以两株乳酸细菌（LAB）——植物乳杆菌（Lactobacillus plantarum）MT4680和戊糖片球菌（Pediococcus pentosus）M4336为对象，考察QSM作为具pH响应特性的智能包衣材料在广泛应用的食品加工技术冻干中的潜力。研究人员评估了含QSM单独或联合15%脱脂乳的配方中细胞存活率与粉末特性。最优配方进一步采用INFOGEST消化模型在模拟胃肠条件下评价。QSM在冻干中表现出显著冷冻保护活性，1% QSM联合15%脱脂乳组存活率最高（冻干后立即为94±17%，4℃贮藏1月后为91±14%）。相比之下，单独1% QSM或15%脱脂乳组存活率显著降低，贮藏期间活力下降更明显。在模拟胃肠条件下，含QSM配方提供优越保护，1% QSM组log减少最小为-0.52±0.24，1% QSM+15%脱脂乳组为-0.62±0.14，较未包衣细胞保护倍数超100倍。流变学分析显示QSM呈弱凝胶行为且黏弹性具显著pH依赖性变化，支持其作为智能包衣材料的潜力。这些结果证明QSM在维持益生菌存活与繁殖能力上的有效性，凸显其作为天然、生物相容性包衣材料在功能性食品中应用的潜力。

研究背景方面，功能性食品市场中益生菌占比约82%，但其活细胞在加工、贮藏及胃肠转运中易失活，需10⁶-10⁷ CFU/份的存活量方能起效。传统包埋材料如海藻酸钠、壳聚糖、卡拉胶虽有一定保护力，但单一材料难在全条件下最优，故研究者转向植物源黏液。榅桲籽黏液（QSM）提取自蔷薇科榅桲（Cydonia oblonga）籽，为葡糖醛木聚糖多糖，含甘露糖、木糖、葡萄糖、阿拉伯糖、半乳糖、糖醛酸及蛋白，具pH响应溶胀、弱凝胶及生物相容性，且榅桲籽多为果酱加工业废料，成本优势明显。研究人员由伊朗生物资源中心（IBRC）获戊糖片球菌M4336（IBRC 11045）与植物乳杆菌MT4680（IBRC 11333），经前期降胆固醇筛选确认两株LAB具潜力，据此开展QSM单独及联合15%脱脂乳（RSM）的冻干包衣评价，并在INFOGEST 2.0标准化体外消化模型中验证胃肠保护效果，论文发表于《Applied Food Research》。

关键技术方法上，研究人员以乙醇预处理结合水提、离心、乙醇沉淀、热风干燥制备QSM（得率11.6±1.0%）；采用Christ冻干机三阶段程序（冻结-40℃/15 min、初干-40℃/21 h、终干-10℃/3 h、0.0019 mbar）处理含0%、0.25%、0.5%、1% QSM±15% RSM的菌悬液；以CFU计数与LIVE/DEAD荧光染色（SYTO 9/PI）及共聚焦激光扫描显微镜（CSLM）评存活；以SEM观形态、Mastersizer 3000测粒径、HORIBA SZ100测ζ电位；以Anton Paar 503流变仪做剪切扫描与频率扫描（G′、G″）析pH响应（pH 3.0/7.0/9.0）；以INFOGEST 2.0无食品基质及有机乳基质两组消化实验，用流式细胞术与CFU联用算log₁₀(N/N₀)折减。

研究结果部分，3.1节评价冻干粉末包衣效力与物理品质：3.1.1冻干存活显示1% QSM+15% RSM对戊糖片球菌冻干后94±17%、贮1月91±14%，显著优于单用组，且该配方用于植物乳杆菌达92±10%；3.1.2 SEM见QSM形成连续嵌合基质，联合RSM呈多孔粗糙结构，膜稳与蛋白-多糖互作补强；3.1.3粒径中1% QSM单用12.67±0.12 μm最大，联合组5.5±0.4 μm，盐水组0.92±0.09 μm最小，ζ电位以1% QSM最负（-24.4±1.2 mV）；3.1.4 ζ电位与表面电荷分析指出大粒径主因聚合物缠结与氢键网络而非纯静电排斥；3.1.5 CSLM见联合组细胞于结构网中均匀分布、绿荧主导；3.1.6流变学示QSM为假塑性剪切稀化，pH 3时表观黏度最高，G′>G″呈弱凝胶，联合RSM黏度更高（500 s^-1约45 mPa·s vs 单用10 mPa·s）。3.2节模拟胃肠存活：3.2.1无基质INFOGEST中，肠相末1% QSM组CFU log折减-0.52±0.24、1% QSM+15% RSM组-0.62±0.14，未包衣组达-2.8±0.5，流式计活菌数普遍高于CFU（含VBNC）；3.2.2有机乳基质下，联合包衣组胃相现正log变化（0.47±0.14），肠相仅-0.1±0.04，未包衣乳组肠相-1.36±0.13，证基质与包衣协同。

讨论总结指出，QSM酸性成网紧密、中性松弛的特性契合胃部保护-肠部释放的智能包衣逻辑，RSM以玻璃态形成、优先排斥及膜稳机制补位冷冻保护，二者协同非简单叠加；流式与CFU差揭示VBNC（活的非可培养态）在消化中存续，具益生后置效应。结论部分翻译：本研究探讨QSM作为天然包衣材料在冻干、贮藏及模拟胃肠消化中保护LAB的效力；1% QSM+15%脱脂乳配方冻干后存活94±17%、4℃贮1月91±14%，交叉保护植物乳杆菌92±10%；INFOGEST肠相末QSM组存活最高；流变学证其pH响应弱凝胶行为；QSM可作食品级智能包衣候选，但需优化QSM-蛋白比与工业矩阵验证方宜落地。