《Food Hydrocolloids》：Carrageenan based hydrogel systems with artificial compartment for probiotics microcapsules and tannic acid to preserve perishable food
编辑推荐：
•人工隔室防止了乳乳杆菌与单宁酸的直接接触。•LWSHP和单宁酸通过氢键增强了水凝胶（TLPC）结构。•TLPC对多种细菌和真菌表现出高抗菌活性。•TLPC可延长鲜切苹果、土豆和冷鲜鸡肉的保质期。引言食品浪费和损失一直是追求粮食安全的主要挑战。据联合国粮食及农业组织统计，供应
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人工隔室防止了乳乳杆菌与单宁酸的直接接触。
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LWSHP和单宁酸通过氢键增强了水凝胶（TLPC）结构。
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TLPC对多种细菌和真菌表现出高抗菌活性。
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TLPC可延长鲜切苹果、土豆和冷鲜鸡肉的保质期。
引言
食品浪费和损失一直是追求粮食安全的主要挑战。据联合国粮食及农业组织统计，供应链上约有三分之一的食品每年被浪费（M. N. Li等，2026）。易腐食品在储存、运输和销售过程中，其品质受到微生物活动和内源生理反应的威胁（Q. Wu等，2026；Zeng等，2025）。在此背景下，开发合适的包装系统以最大限度减少损失至关重要。然而，传统的石油基塑料包装仅设计用于防止外部污染或方便携带（L. Y. Li等，2026），这些塑料在自然环境中难以降解，给环境带来巨大负担（S. H. Wu等，2026）。因此，迫切需要开发先进的包装材料，在保护易腐食品品质的同时不对环境造成潜在危害。针对这些挑战，天然聚合物水凝胶展现出了巨大潜力，其由多糖等生物聚合物形成，具有高含水量、孔隙率、生物相容性和可生物降解性等优点（Lu等，2025）。此外，在水凝胶中加入活性成分可增强其在食品保鲜方面的适用性。
乳酸菌可通过分泌有机酸和细菌素等活性代谢物来抑制食品腐败微生物的生长（H. X. Li等，2025），从而有效保持水果（Li等，2020）、蔬菜（Shigematsu等，2018）和肉类（Mozaffarzogh等，2020）的品质。更重要的是，乳酸菌已被视为通常认定为安全的物质（Li等，2020）。水凝胶可作为保护屏障，有效保持乳酸菌的活力，同时其多孔网络允许活性代谢物向外扩散。卡波姆是从红藻红藻纲中提取的硫酸化多糖，主要由α-(1,4)-3,6-脱水-D-半乳糖和β-(1,3)-硫酸化-D-半乳糖单元组成（Premjit等，2024），通常用作食品添加物进行乳化、凝胶化、增稠和稳定（Fan等，2022）。然而，其作为水凝胶载体与乳酸菌之间优异的相容性往往被忽视。具体而言，热诱导冷却是多糖凝胶化的常用方法，而乳酸菌作为活细胞应在系统的冷却阶段加入。卡波姆的凝胶化温度约为37°C（Yang等，2018），这与乳酸菌的最适生存温度一致。此外，其中等粘度允许乳酸菌细胞均匀分散。因此，乳酸菌与卡波姆在构建活性水凝胶材料方面具有高度相容性。遗憾的是，这些成分无法提供足够的抗氧化应激保护（Yang等，2023），而这正是鲜切食品（如鲜切果蔬）储存期间的严峻挑战。
单宁酸是一种天然多酚，因其清除自由基和抑制线粒体电子传递链的双重功能而日益受到食品包装材料中强效抗氧化剂的青睐（Wu等，2025）。它是包装材抗菌缺陷的理想候选者。此外，研究报告指出绿茶提取物可通过调节氧化应激促进益生菌生长（Molan等，2009），这表明加入高抗氧化物质可能增强益生菌的功效。高益生菌活性是确保复合水凝胶整体生物活性的关键，对潜在的食品保鲜应用有重要影响。Yang等（2023）将乳酸菌和蔓越莓提取物共同封装在结冷胶基质中，成功制备了负载活细胞的活性包装，并改善了鲜切土豆和苹果的品质。然而，单宁酸表现出显著的抗菌活性（S. H. Li等，2026），直接接触可能对微生物活力产生不利影响，这在现有研究中被普遍忽视。因此，应保留卡波姆水凝胶系统中单宁酸的益处以改善氧化应激，同时避免其与乳酸菌直接接触。将微胶囊引入水凝胶中形成分隔的隔室是一种可行的策略。海藻酸钠（SA）作为常用的壁材，可通过离子交联制备微胶囊。此外，研究表明，加入乳清蛋白分离物（WPI）可显著提高SA微胶囊的密度并增强其抗压能力（Zhang等，2022）。因此，复合壁材可作为物理屏障，保护内部的乳酸菌并增强复合水凝胶的功能活性（Zhou等，2026）。然而，单宁酸和乳酸菌微胶囊可能影响水凝胶的结构，各组分之间的相互作用尚未得到完全阐明，复合水凝胶在实际应用中的效果仍不明确。
本研究创新性地应用微胶囊将单宁酸与乳乳杆菌（L. lactis）在卡波姆水凝胶中分隔开，旨在增强水凝胶的生物活性。系统研究了负载单宁酸和L. lactis的微胶囊对卡波姆水凝胶结构、理化性质和生物活性的影响。根据食品包装应用要求进行了复合水凝胶的生物相容性研究。分析了水凝胶在易腐食品（鲜切苹果、土豆和鸡胸肉）保鲜中的实际应用。本研究可为益生菌和多酚负载水凝胶在易腐食品保鲜中的应用提供见解。
章节摘要
材料
κ-卡波姆（生化试剂）购自上海源叶生物科技有限公司（中国上海）。WPI（90%）由新疆阜丰生物科技公司提供（中国新疆）。SA（90%）和单宁酸（98%）来源于上海麦克林生化有限公司（中国上海）。其余所有试剂均为分析纯。L. lactis（Jlus 880314）、金黄色葡萄球菌（S. aureus，CICC 10001）、大肠杆菌（E. coli，ATCC O157: H7）、肠伤寒沙门氏菌（S.
LWSHP的表征
在明场下，LWSHP呈现出规则的球形（图2A）。然后随机选取400个颗粒，使用ImageJ分析其粒径分布。如图2B所示，平均粒径为44.8 μm，约70%的颗粒集中在20-60 μm范围内。这表明通过离子交联成功制备了形状和尺寸均匀的凝胶微球。L. lactis活菌的绿色荧光分布
结论
本研究利用微胶囊（LWSHP）在卡波姆水凝胶中创建隔室，防止单宁酸与L. lactis直接接触可能产生的不利影响。成功开发了高效安全的活性食品包装材料（TLPC）。单宁酸形成丰富的氢键交联卡波姆网络并降低了其亲水性。LWSHP通过表面氢键与水凝胶基质相互作用并提供物理
CRediT作者贡献声明
毛烁：撰写—原稿、项目管理、方法论、调查研究、数据整理。李辉：方法论。韩平：调查研究。王温哲：形式分析。李明辉：方法论。卢程文：撰写—审阅与编辑、监督、方法论、概念构思。张铁华：监督、概念构思
未引用参考文献
Cheng等，2025；Li等，2025；Li等，2026；Li等，2026；Li等，2026；Wu等，2026。
利益冲突声明
作者声明不存在任何已知的竞争性财务利益或个人关系，这些关系可能影响本文所报告工作的客观性。
利益冲突声明
? 作者声明不存在任何已知的竞争性财务利益或个人关系，这些关系可能影响本文所报告工作的客观性。
致谢
本研究由吉林省教育厅科学研究项目（JJKH20262197BS）和吉林大学博士研究生科研创新能力提升计划（2025KC061）资助。
毛烁|李明辉|王温哲|韩平|李辉|张铁华|卢程文
