《Food Bioscience》：Mechanistic insights into encapsulation systems enhancing probiotic thermotolerance: A cross-system review
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摘要热处理对维持热处理食品（如巴氏杀菌、超高温处理或烘焙制品）中益生菌的活力构成了重大挑战。包埋技术作为一种减轻热损伤的有前景的策略应运而生，但其保护效果的机制仍有待深入理解。本叙述性、批判性综述考察了益生菌热损伤的机制，包括膜不稳定化、蛋白质变性、水分迁移、渗透压失衡和氧化
摘要
热处理对维持热处理食品（如巴氏杀菌、超高温处理或烘焙制品）中益生菌的活力构成了重大挑战。包埋技术作为一种减轻热损伤的有前景的策略应运而生，但其保护效果的机制仍有待深入理解。本叙述性、批判性综述考察了益生菌热损伤的机制，包括膜不稳定化、蛋白质变性、水分迁移、渗透压失衡和氧化应激。此外，该综述还阐述了包埋如何调节热传递、水分活度和界面稳定性。文章综合并比较了各种包埋系统——如微胶囊、水凝胶、乳液、共轭体系和复合体系——的结构特征和保护途径，突出了它们在热行为和报告的保护效果方面的差异。跨体系比较发现，受限的水分迁移性、加固的基质和界面结构以及潜在改变的热传递途径是改善耐热性的常见特征。然而，其效果因载体结构、益生菌菌株和加热制度而异。工业应用面临加工兼容性、规模化、法规关注和可持续性等挑战。未来研究方向聚焦于标准化评价方法、多组学方法、预测建模以及自适应、清洁标签包埋材料的开发。总体而言，有效的热保护似乎取决于载体微观结构、益生菌菌株和加工条件之间的相互作用，而非仅取决于材料类型，这支持了耐热益生菌递送系统的更合理设计。
引言
由于益生菌在支持肠道功能、调节免疫反应和促进整体生理韧性方面的作用已得到充分证实，其在食品中的应用日益广泛（Chen等，2024；Lan等，2023；Sun等，2025；Zhang等，2024；Zhu等，2025）。随着消费者兴趣超越传统发酵产品，食品工业界一直致力于将活益生菌引入饮料、乳制品替代品、营养配方及其他经过热处理的食品类别（Condurso等，2025；Shu等，2025a；Yuan等，2024）。然而，为确保微生物安全性和实现理想货架期所需的热处理——如巴氏杀菌、高温短时处理、超高温处理和烘焙——会导致益生菌活力快速且往往不可逆地丧失（Anjum等，2022）。即使是中等程度的加热也可触发膜流动性增加、蛋白质变性、胞内水分重新分布和氧化失衡，导致活菌计数急剧下降（Morán等，2025；Zielińska等，2025）。因此，在热处理食品中维持足够的活微生物数量仍然是耐热益生菌产品广泛开发的核心障碍之一。
包埋技术已成为应对这一挑战最具前景的策略，能够通过构建保护性微环境来调节热传递、限制水分迁移、缓冲渗透应激并在热暴露期间稳定细胞-材料界面（Agriopoulou等，2023；Shu等，2025b；Xu等，2024；Yin等，2024）。各种包埋载体——涵盖微胶囊、水凝胶、乳液、共轭体系、复合体系等——已显示出提高益生菌耐热存活率的潜力（Feng等，2026；Shu等，2026）。然而，这些体系在其底层设计原则、热响应及与益生菌的相互作用方面存在显著差异，这表明保护并非通过单一机制实现，而是通过多种微结构特征的策略性排列来实现的。
尽管进展迅速，但当前研究在不同材料和应用场景之间仍然碎片化。许多研究在简化的实验室条件下评估包埋性能，这些条件并不能反映工业加工的挑战，如高剪切混合、pH波动、动态加热曲线或表面活性剂竞争。此外，热保护的作用机制通常在孤立的材料类别中研究，导致无法明确为何某些结构在特定热条件下成功或失败，以及结构行为在加热过程中如何演变。这些差距凸显了需要一种跨体系的综合视角，超越材料分类，转向对包埋结构与热保护之间关系的比较性理解。
因此，本叙述性、批判性综述通过跨体系、机制驱动的视角，综合了包埋保护益生菌免受热损伤的最新进展。文章不仅关注成功的配方，还关注失败或不一致的结果以及可能界定包埋效率极限的配方、菌株特异性和加工条件。通过比较不同包埋结构如何调节水分迁移性、创造疏水性或曲折的热流途径、稳定界面相互作用、维持网络完整性，以及在某些情况下促进生物膜样的保护性微环境，本综述提出了一种基于证据的、定性的"结构-功能-热响应"框架，用于组织在不同包埋体系间报告的重复性关系。本综述进一步将这些机制洞察与工业化可行性、法规可行性、可持续性和加工兼容性的考量相结合。通过这种方法，本综述提供了设计原则和实用指导，用于开发能够在热处理食品中维持益生菌活力的下一代包埋系统，最终支持益生菌在货架稳定和热处理功能性食品应用中的扩展。
章节摘要
文献检索与综述方法
本研究以叙述性、批判性综述的形式开展，并通过结构化文献检索识别与包埋介导的益生菌耐热性改善相关的研究。文献检索主要聚焦于2021年至2026年发表的研究，以捕捉包埋材料、载体架构和热保护策略的最新发展。当早期研究提供了必要的理论基础或
益生菌的热损伤机制
热处理对益生菌细胞施加了一系列复杂的物理化学损伤，这些损伤发生在多个层次——从膜不稳定化到胞内水分重新分布和氧化崩溃（图1）。理解这些机制对于解释包埋如何提供热保护至关重要。本部分整合细胞微生物学与热力学，为设计的机制性基础建立框架
机制框架：包埋材料如何调节热传递
包埋系统增强益生菌耐热性并非仅仅作为被动物理屏障，还可能调节热传递途径以及益生菌细胞周围的物理化学微环境。基于亲水胶体的载体具有独特的结构属性，可影响热导率、水分迁移性、界面行为和微环境稳定性。本部分将当前证据综合为一个基于证据的机制框架，将
微胶囊
基于蛋白质的微胶囊被广泛用于增强益生菌的耐热性，但其效果在很大程度上取决于壁材的物理化学性质。蛋白质之间的差异——如大豆蛋白分离物的较低溶解度——可能影响热传导，这解释了为何某些微胶囊在加热过程中提供更优的存活率（Zhou等，2023）。然而，乳清和大豆蛋白分离物胶囊也报告了相似的结果（Soltani Lak等，2021
跨包埋体系的多因素比较
第5节中讨论的各包埋体系的主要结构特征、潜在优势、主要局限性和热应用考量汇总于表3。这些特征共同为比较不同载体架构对热应力的响应提供了基础，并有助于识别影响其在不同加工条件下适用性的因素。
工业化转化：挑战与机遇
工业成功要求上述机制能够从受控的实验室条件可靠地转化为复杂的加工环境。耐热益生菌的包埋工业化转化不仅涉及机制设计，还涵盖加工兼容性、大规模制造可行性、法规和安全评估、经济和环境可行性、在多样化食品基质中的应用扩展，以及新兴加工
建立标准化耐热性评价框架
推动该领域发展的一个根本性优先事项是建立标准化的耐热性评价方案，以便在不同包埋体系和研究组之间进行有意义的比较。当前研究采用差异很大的加热条件——温度范围从50至90°C，暴露时间从数秒到数小时，测试环境涵盖缓冲液、复原乳、模拟食品基质或模型溶液——使得跨研究比较几乎不可能。标准化的
结论
通过综合多种包埋策略，考察了益生菌的耐热性，强调了载体设计、益生菌特性和热条件如何共同影响热传递行为、水分迁移性和细胞应激响应。综述证据表明，热保护涉及多种相互作用的机制，包括热传递行为调节、水分分布和
CRediT作者贡献声明
李冬泽：方法论、调查研究、形式化分析。赖金辉：撰写—审阅与编辑、调查研究。廖E：撰写—审阅与编辑、形式化分析。徐伟：撰写—审阅与编辑、方法论。徐金龙：撰写—审阅与编辑。袁永开：撰写—审阅与编辑、概念化。吴文敏：撰写—原稿撰写、方法论、调查研究、形式化分析。张黎明：方法论、调查研究、形式化分析。陈瑞：方法论、调查研究、形式
利益冲突声明
本稿件的提交不存在利益冲突，且所有作者均已批准发表本稿件。我谨代表全体合作者声明，本综述未曾发表，且全篇或部分均未在其他地方被考虑发表。所有列出的作者均已批准所附稿件。
吴文敏|张黎明|陈瑞|李冬泽|赖金辉|廖E|徐伟|徐金龙|袁永开
