综述：益生菌包封材料与口服递送：机制、评价指标与转化视角

《Food Research International》：Encapsulation materials and oral delivery of probiotics: mechanisms, evaluation metrics, and translational perspectives

　　

•评论了5种主要益生菌包埋载体，包括其机制与优势。
•比较了不同材料的性能，并明确了当前策略的优缺点。
•揭示了从被动到主动益生菌递送系统的演变。
•提出了下一代递送系统的未来方向与转化路径。

引言

近年来，肠道微生物群落研究已成为健康科学领域的突出焦点，越来越多的关注投向了解肠道菌群在人体健康与疾病中的作用（Brinck等，2025；Centurion等，2021；Kalantar-Zadeh等，2019；Procházková等，2024）。肠道菌群构成了一个复杂多样的微生物生态系统，作为一个隐蔽的"器官"，深刻地影响宿主的健康状况（Palmu等，2021；Schlechte等，2022）。肠道菌群在通过调节宿主信号通路和免疫反应来维持稳态方面发挥着核心作用；反之，菌群失调对健康产生深远影响，其与从糖尿病、肥胖到精神疾病和胃肠道疾病等广泛疾病之间的关联已被大量文献记录（Brinck等，2025）。鉴于此，靶向肠道菌群的干预策略正日益被认可为临床实践中的重要选择（C. Pan等，2025）。早期的干预方法涵盖了从宏观到微观的多种策略：膳食管理作为基础干预手段，旨在通过长期改变饮食习惯来优化菌群环境；益生元疗法通过提供特定营养物质促进有益菌生长，采取更具靶向性的方式；药物诱导则试图通过化学试剂直接改变菌群生态；而粪菌移植创新性地通过引入整个生态系统来重建微生物群落（Z. Li等，2025）。

在各种干预方法中，口服益生菌因其非侵入性、便利性和高患者接受度，成为调节肠道菌群最推荐的方法之一（Anselmo等，2019；Fu等，2021）。这些益生菌被认为可以改善肠道菌群、产生代谢物、吸收致癌物并增强宿主的免疫能力（Péguet-Navarro，2011）。然而，在递送过程中，这些益生菌制剂必须耐受人体消化道中一系列具有免疫活性的物质，如胃酸、肠液和消化酶。为达到预期的治疗效果，菌剂必须克服两大挑战：在生产过程中维持高存活率，并确保足够数量的活菌成功到达肠道（Fan等，2022a）。为应对这些挑战，研究人员开发了各种保护策略以增强细菌在加工和递送过程中的稳定性。例如，在制剂中加入海藻糖、甘油、乳清蛋白或胃蛋白酶等保护剂，可有效减轻环境胁迫造成的损伤。此外，将益生菌包埋于干粉、肠溶胶囊或片剂中，有助于提高其储存稳定性和口服后的存活率（Li等，2019a；Zheng等，2020）。另外，材料科学的进步使各种包埋技术得以广泛应用于活菌的物理保护（Urbanska等，2007）。海藻酸、壳聚糖、纤维素、金属-酚类网络及金属有机框架等材料可用于构建益生菌的"保护屏障"，有效屏蔽外界不利因素，从而增强生物治疗制剂的实际应用潜力（Centurion等，2021；Liu等，2021）。

针对口服益生菌递送中存在的胃酸灭活、肠道释放不精准和定植效率低等挑战，包埋材料的设计与选择已成为研究热点。本综述系统考察了主流包埋系统的机制、进展和功能特征，突出了从传统基质向先进仿生设计的演进趋势。其中最为成熟的材料是多糖。多糖基材料凭借其优异的生物相容性、生物可降解性和温和的凝胶化条件而被广泛使用，通常需要复合修饰来增强胃稳定性并实现结肠靶向释放，但单组分形式存在机械强度不足和高孔隙率等局限。与多糖互补的是蛋白质基载体——尤其是酪蛋白和乳清等乳蛋白，它们具有独特的功能优势（Ghasemi等，2017；Weng等，2023；Yuan & Wang，2025）。乳蛋白作为重要的有机载体，可通过热诱导凝胶化或酶交联形成保护网络，不仅提供物理包埋，还具有营养和黏附特性（W. Li等，2017；B. Wang等，2008b；Yang等，2009）。超越纯有机体系，矿化基包埋是一种受自然生物矿化过程启发的仿生策略（Qin Liu等，2024）。通过在益生菌表面直接形成无机壳（碳酸钙、二氧化硅），该方法创造了致密的"铠甲样"屏障，显著增强了对恶劣胃肠道环境的耐受性（Fan等，2022）。然而，如何在矿化壳的保护效益与其降解动力学及对益生菌释放和活性的潜在影响之间取得平衡，仍是关键研究挑战。更新的且功能更多样化的发展是金属-酚类网络（MPNs）的使用。MPNs通过多酚和金属离子在细胞表面配位驱动自组装形成，将强大的物理保护与内在的生物活性（如抗氧化和抗炎效果）相结合（Cheng等，2016；Yuxin Guo等，2021）。其可调的组成和刺激响应特性使其在靶向治疗应用中颇具前景，但优化涂层特性以维持益生菌代谢活性以及理解其体内长期行为仍需进一步研究。在益生菌递送的前沿是细胞膜模拟材料，它们复制了天然膜的结构和功能。细胞膜模拟材料模拟天然膜结构和功能，具有卓越的生物相容性、免疫逃逸和靶向识别能力，但其制备复杂、批次间变异性和可扩展性制造仍是挑战。总之，每种材料都具有独特而互补的特性，推动该领域向更高度的功能化、精准化和智能化方向发展（图1）。材料科学、微生物学和临床医学的进一步跨学科整合对于推进益生菌递送系统向更高效率、精准度和临床转化方向发展至关重要（Zhou等，2025）。（见图2。）

尽管已有若干综述总结了益生菌微包埋，但其中许多聚焦于传统多糖微珠、加工技术或孤立的生物医学案例。本综述保留了以材料为导向的框架，但进一步强调了跨材料比较，包括保护机制、释放触发条件、菌株依赖性适应性、毒理学考虑以及食品级制造的可行性。这一视角旨在帮助读者识别哪种载体系统更适合特定的益生菌菌株、加工途径和应用场景。

益生菌包埋的系统评价应将体外表征与体内验证分开。体外评估应包括包埋效率或涂覆后存活率、加工后恢复率、颗粒/涂层特性、储存稳定性、模拟胃液和肠液中的存活率、释放行为、胆汁耐受性、代谢恢复、黏膜黏附性以及菌株特异性响应。体内评估应评价胃肠道存活率、肠道滞留或定植、活菌回收率、上皮屏障完整性、组织学、炎症或氧化应激标志物以及菌群变化；对于先进的无机、金属-酚类或膜模拟载体，还应考虑降解、清除以及可能的材料或金属蓄积问题。由于性能强烈依赖于菌株身份和测试条件，跨研究比较应明确报告菌株、初始剂量、暴露条件和单位（Afzaal等，2020；Centurion等，2021）。

各章节摘录

**多糖用于包埋**

多糖是益生菌包埋研究中最为广泛的材料。其优良特性的组合——包括生物相容性、生物可降解性、低成本和广泛可得性——使其成为众多细菌包埋技术的理想候选材料。本节不仅比较单一多糖，还比较基于多糖的复合系统，重点讨论凝胶化机制、包埋效率、释放行为和储存……

**蛋白质用于包埋**

蛋白质作为乳中的主要功能成分，按结构和功能可分为酪蛋白家族（αs1-酪蛋白、αs2-酪蛋白、β-酪蛋白、κ-酪蛋白）和乳清蛋白（Corredig，2004）。基于乳清蛋白的基质可通过网络形成和与碳水化合物壁材料的结合来保护益生菌，从而提高加工、储存和模拟胃肠道消化过程中的存活率（Liao等，2021）。κ-酪蛋白的糖基化结构可以增强……

**无机材料用于包埋**

尽管上述有机材料在微生物包埋中展现了显著潜力，但其固有局限仍值得注意（表2）。一个关键挑战在于现有材料系统的保护能力仍然不足。在胃肠道递送等复杂环境中，这些包埋结构往往难以完全耐受胃酸的酸性环境、各种消化酶的降解作用以及……

**金属-酚类网络用于包埋**

尽管传统有机或无机材料可以为益生菌提供一定程度的物理保护，但其功能局限性——如缺乏多功能性和环境响应性不佳——阻碍了更广泛的应用。近年来，MPNs作为一种通过金属离子和多酚化合物配位相互作用自组装形成的新型仿生材料而崭露头角。凭借其优异的生物相容性、功能多样性、……

**细胞膜模拟材料用于包埋**

细胞膜模拟材料因其优异的生物相容性、仿生界面特性、免疫逃逸能力和环境响应性，已成为应对口服益生菌递送挑战的一种新型载体策略（Fang等，2018）。

近年来，益生菌微胶囊领域的研究重点正从传统的大规模包埋转向单细胞水平表面工程涂层策略……

**结论与展望**

口服递送益生菌面临克服胃酸灭活、实现肠道靶向释放和促进有效定植等基本挑战，所有这些关键取决于包埋材料的设计。本综述系统考察了主流包埋系统的保护机制、特征和最新进展，突出了从被动保护向主动功能化演进的轨迹。其中……

**作者贡献声明**

Yi Yuan：撰写——审阅与编辑，撰写——原始草稿，验证，形式分析。Zeren Han：撰写——审阅与编辑。Aoran Shen：可视化。Zhijia He：撰写——审阅与编辑，形式分析。Mengqiu Jia：撰写——审阅与编辑。Qiong Dai：撰写——审阅与编辑，监督，项目管理，资金获取。

**伦理批准与参与同意**

不适用。

**未引用参考文献**

G and Barberio，2024
Liu等，2024
Wang等，2025

**利益冲突声明**

作者声明没有已知的竞争经济利益或个人关系可能影响本论文所报告的工作。

**致谢**

本研究受北京化工大学有机-无机复合材料国家重点实验室开放基金（oic-202501009，中国）和中央高校基本科研业务费专项资金（buctrc202519，中国）支持，以及国家重点研究……

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