《Food Chemistry》：Development of a food-compatible dual-coating system based on coordination chemistry and bioadhesion for enhancing the oral delivery performance of probiotics
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•在EcN细胞上依次组装了TA–Ca2+ MPN/丝胶双层包衣。•EcN@TAC@Ser在模拟胃肠消化后仍保持>106 CFU/mL的活菌数。•双层包衣的EcN提高了胁迫耐受性、黏附和肠道留存能力。引言益生菌作为一类活的微生物，在维持肠道稳态和改善宿主健康方面发挥着关键作用。
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在EcN细胞上依次组装了TA–Ca2+ MPN/丝胶双层包衣。
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EcN@TAC@Ser在模拟胃肠消化后仍保持>106 CFU/mL的活菌数。
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双层包衣的EcN提高了胁迫耐受性、黏附和肠道留存能力。
引言
益生菌作为一类活的微生物，在维持肠道稳态和改善宿主健康方面发挥着关键作用。肠道微生物群生态与多种疾病的发病机制密切相关，包括炎症性肠病、代谢综合征和免疫功能失调（Bu等，2025；Jiang等，2022；Wargo，2020）。这推动了益生菌强化型功能性食品的开发，其中确保活性和功能活跃的细胞递送至肠道仍是食品化学与食品技术领域面临的核心挑战（Cao等，2019；Pan等，2022；Praveschotinunt等，2019）。
在各种给药途径中，口服递送仍是将益生菌纳入食品基质的主要且最实用的方法（Liu, Chen, Lin等，2025）。然而，口服递送益生菌的效力受到胃肠道（GIT）中一系列化学和物理化学屏障的限制。胃部强酸环境（pH 1.5–3.5）会引起蛋白质变性和膜损伤，而消化酶则可能进一步破坏细菌细胞。同时，肠腔中的活性氧（ROS）造成氧化应激，肠道物理蠕动加速非黏附细菌的清除。因此，大量益生菌细胞在到达靶部位之前就被灭活，通常导致结肠菌群低于最低治疗阈值（106 CFU/mL）（Sun等，2025；Zhu等，2025）。此外，益生菌对冻干、热应力和氧气暴露等加工和储存条件高度敏感，这些因素可能通过物理损伤和氧化应激导致进一步活力损失（Shu等，2026；Thinkohkaew等，2025）。这些稳定性问题构成了益生菌在功能性食品中工业化应用的主要瓶颈。
使用食品来源的生物材料进行包封已成为应对这些挑战的关键策略。具体而言，用功能材料包衣单个益生菌细胞可以在对食品基质性质影响最小的情况下提供靶向保护（Feng等，2025；Yao等，2020；Zhong等，2025）。在各种包衣材料中，金属-多酚网络（MPNs）通过多酚与金属离子之间的配位相互作用组装而成，引起了广泛关注。由单宁酸（TA）和Ca2+等食品相容性组分形成的MPNs具有pH响应性、粘附特性以及源自其酚类组分的内在抗氧化活性（He等，2025）。这些特性使MPNs有望保护益生菌免受酸性及氧化应激（Gao等，2025；Ma, Liu等，2025；Yu, Chang等，2025）。然而，其依赖配位相互作用的特性可能使单层MPN包衣在强酸胃条件下易解离，限制了持续保护效果（Deng等，2023；Pang等，2026）。此外，单层MPN包衣可能无法完全解决口服益生菌递送过程中遇到的多重屏障，特别是当需要同时具备物理化学保护和合适表面性能时（Chai等，2025；Yang等，2024）。
因此，引入第二层功能层可能将基于MPN的包衣作用从物理化学保护扩展至更广泛的功能。丝胶是一种天然丝蛋白，因其生物相容性、可加工性和丰富的表面化学特性而成为实现上述目的的有吸引力候选材料。其丰富的羟基、氨基和羧基提供了极性和氢键位点，可能有利于与黏液成分的非共价相互作用并促进黏附留存（Yang, Wu等，2025）。此外，据报道丝胶在胃条件下具有抗蛋白酶降解能力，这可能为口服递送提供额外支持。这些特性为将丝胶（Guo等，2022；Zhang, Zhang等，2025）与基于MPN的保护层结合用于双层包衣设计提供了化学基础。其与食品相关应用的相容性及生物相容性也符合口服益生菌递送系统的要求（Guo等，2022）。
为解决上述局限性，我们通过依次在模式益生菌大肠杆菌Nissle 1917（EcN）上组装内层单宁酸-Ca2+（TA-Ca2+）MPN层和外层丝胶层，开发了一种分级双层包衣系统。这种单细胞分级包封设计将两层组织在同一细菌表面，以应对口服递送过程中遇到的不同屏障。内层MPN层旨在增强物理化学保护和抗氧化抗性，而外层丝胶层则用于增强黏液相关黏附和肠道留存。因此，本研究旨在评估EcN@TAC@Ser的形成、保护效果、抗氧化活性、黏附行为和体内肠道留存，从而评估该分级包衣策略在改善口服益生菌递送方面的潜力。
各章节摘要
材料与化学品
本研究所使用的EcN菌株由我们实验室保藏。编码突变绿色荧光蛋白和氨苄青霉素抗性基因的pGFPmut3.1质粒（Cat#V013518）购自纽普乐生物科学有限公司（上海，中国），并通过热激法转化至感受态EcN细胞中。成功转化的EcN菌株仅作为荧光成像和动物实验中选择性计数的可追溯模型菌株使用。质粒图谱见
双层包衣益生菌包封条件的优化
益生菌在调节肠道微生物稳态、调控微生物组成、支持营养代谢和维持免疫稳态方面的作用已被广泛认可（Bu等，2025）。然而，实现高效口服递送仍是一项重大挑战。用食品相容性功能材料包衣单个益生菌细胞已成为改善口服递送性能的一种策略（Guo & Wu，2023）。
双层包衣益生菌的制备
结论
综上所述，我们构建了一种食品相容性双层包衣系统，包括内层单宁酸–Ca2+ MPN层和外层丝胶层，用于益生菌保护。表征结果证实了在温和条件下包衣的形成和依次组装。EcN@TAC@Ser改善了EcN在模拟胃肠消化过程中的存活率，消化后活菌数仍保持在106 CFU/mL以上。冻干、紫外线照射和储存的抗性得到改善
作者贡献声明
冯军：撰写—审校与编辑，撰写—初稿撰写，调查，数据整理，概念构思。严慧佳：撰写—审校与编辑，方法论，调查。程淑真：撰写—审校与编辑，可视化，验证，软件，方法论，调查。王振宇：撰写—审校与编辑，监督，资源，形式化分析。杜明：撰写—审校与编辑，监督，资源，资金获取。
利益冲突声明
作者声明不存在可能影响本文所报告工作的已知竞争性经济利益或个人关系。
致谢
本工作得到国家自然科学基金（项目编号：32472274）资助。
动物实验对象
本研究按照ARRIVE（动物研究：体内实验报告）指南以及以下动物福利和/或报告指南进行：实验动物饲养和使用指南（第8版）和GB/T 35892-2018中国国家标准。
本研究经大连理工大学国家海产品工程研究中心实验动物伦理委员会批准。（批准号：DLPU2024102）
冯军|严慧佳|程淑真|王振宇|杜明
