《Food Bioscience》：Preparation and stress tolerance of
Lactiplantibacillus plantarum NCUH001003 microcapsules based on pH-regulated whey protein isolate-gum arabic complex coacervation combined with freeze-drying
编辑推荐：
•微胶囊化提高了 L. plantarum（植物乳杆菌）的冻干存活率。•pH 控制 WPI-GA 的氢键与静电力，揭示复合凝聚机制。•WG-4.25 在保护效果上优于 WG-3.75（具有最强的复合凝聚作用）。•光谱分析揭示了微胶囊的结构-功能相关性。引言根据联合国粮农组织和
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微胶囊化提高了 L. plantarum（植物乳杆菌）的冻干存活率。
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pH 控制 WPI-GA 的氢键与静电力，揭示复合凝聚机制。
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WG-4.25 在保护效果上优于 WG-3.75（具有最强的复合凝聚作用）。
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光谱分析揭示了微胶囊的结构-功能相关性。
引言
根据联合国粮农组织和世界卫生组织制定的定义，益生菌是一类活微生物，当摄入足够剂量时，可赋予宿主健康益处（Maftei et al., 2026）。益生菌与一系列有益功能相关，包括抗肿瘤活性、抗衰老作用、免疫调节、降胆固醇特性以及降低血糖水平。然而，益生菌的高敏感性使得其在胃肠道内实现有效定殖变得困难（Herrera-Cardoso et al., 2026）。为应对这些挑战，微胶囊化已成为保护益生菌细胞免受不良环境条件影响的最有前途的策略之一（Cui et al., 2026）。微胶囊化将营养素或生物活性化合物封闭在保护性基质或外壳内。在益生菌应用中，这种保护性结构可保护细胞并实现控释（Silva et al., 2026）。
复合凝聚是一种微胶囊化技术，其中含有两种或多种带相反电荷的生物聚合物的水溶液发生相分离。该过程导致聚合物聚集并在生物活性成分周围形成凝聚体相（Timilsena et al., 2017）。凝聚体的形成受多种因素影响，包括聚电解质类型、分子量、摩尔比、电荷密度、离子强度、pH 及加工条件。该技术已成功应用于包裹精油、功能性脂质、类胡萝卜素和维生素（Li et al., 2025）。复合凝聚的优点包括加工条件温和、热稳定性高、机械强度高、负载量大、包封效率高以及生物活性化合物缓释（Muhoza et al., 2023）。然而，复合凝聚过程中形成的胶体粒子通常不稳定，在储存过程中容易失稳。因此，需要后续干燥步骤以增强凝聚体的储存稳定性和再分散性。冻干产品呈现不规则、高度多孔的结构。干燥过程、冻干机设置、配方组成和原料加工条件均影响干燥后凝聚体的性质。这些因素会影响包封效率、核心化合物的保持和稳定性以及凝聚体在水中的溶解性（Muhoza et al., 2023）。在冻干过程中，样品会受到温度升高、机械力、压力波动和冰晶形成等作用。这些应力可能会损害益生菌的活力。在这种情况下，交联剂和冷冻保护剂可保护核心材料免受氧气、光照、温度和湿度造成的损害，以及防止生产过程中、储存期间和消费时营养物质流失和挥发性化合物降解。与使用单一壁材料包封相比，联合使用两种壁材料可增强生物活性化合物的保留和生物利用度（Oladeji & Awolu, 2025）。
近年来，各种蛋白质-多糖混合物被用于制备复合凝聚体，例如酪蛋白酸钠-低甲氧基果胶（Liu et al., 2016）、WPI-GA（Bordón et al., 2023; Eratte et al., 2017; Plati & Paraskevopoulou, 2023）以及亚麻籽蛋白分离物-亚麻籽胶（Fioramonti et al., 2017）。乳清蛋白分离物（WPI）是一种优异的两亲性生物聚合物，主要由 β-乳球蛋白组成，还包含 α-乳白蛋白、牛血清白蛋白和酪蛋白等其他蛋白质。β-乳球蛋白的等电点为 5.2，其结构表现出依赖于 pH 的构象变化。α-乳白蛋白的等电点为 4.1；因此，在 pH 低于 4.1 时，它保持正的净电荷（Go??biowski et al., 2020）。
阿拉伯胶（GA）的研究已有五十多年历史，尽管经历了广泛研究，其精确的结构性状仍未完全阐明。已知 GA 由半乳糖、阿拉伯糖、鼠李糖和葡萄糖醛酸组成，形成高度支化的结构且蛋白质含量低。GA 的平均分子量介于 300 至 800 kDa 之间（Klein et al., 2010）。
先前的研究表明，蛋白质-阿拉伯胶基质可显著改善益生菌在胃肠道消化过程中的存活率，与游离细胞相比；然而，仍出现约 2.5 log CFU g-1 的减少，表明仍需进一步改进（Liu et al., 2016）。因此，本研究有两个目标。首先，利用 pH 诱导的复合凝聚促进 WPI 与 GA 之间的相互作用，并评价所得微胶囊的结构和物理化学性质。其次，研究该微胶囊化系统对模拟胃肠道消化过程中益生菌存活的影响，以及可能的潜在机制。
先前的研究已证明，WPI-GA 复合凝聚可提高益生菌的存活率。然而，凝聚强度与益生菌在冻干、胃肠道消化和长期储存过程中的保护之间的关系仍不清楚。特别是，产生最强凝聚的 pH 是否也能提供最佳的整体保护尚不明确。因此，本研究系统地比较了在这些加工和应激条件下 pH 调控的 WPI-GA 配方。
章节摘要
材料
L. plantarum（植物乳杆菌）NCUH001003 购自南昌大学食品科学与资源国家重点实验室乳酸菌培养物保藏中心。WPI（80% 蛋白质）和 GA 购自上海源叶生物技术有限公司（中国上海）。胃蛋白酶（≥250 U/mg）、胰蛋白酶（≥250 U/mg）和猪胆汁盐购自索莱宝生物技术有限公司（中国北京）。商业试剂按制造商建议的条件储存，
L. plantarum NCUH001003 冻干后的存活率
图 1 显示了不同壁材料包封条件下 L. plantarum（植物乳杆菌）NCUH001003 冻干后的活力。与游离细胞（FC）组（活力为 11.58%（4.1 ± 0.08 × 108 CFU g-1））相比，W 和 WG-U 的活力显著提高，分别达到 62.78%（3.2 ± 0.66 × 109 CFU g-1）和 69.12%（3.3 ± 0.08 × 109 CFU g-1）。在所有通过复合凝聚制备的微胶囊中，WG-4.25 表现出更高的活菌数和活力
结论
在本研究中，通过 pH 调控后进行冻干，成功将 L. plantarum（植物乳杆菌）NCUH001003 包封在 WPI-GA 复合物中。微胶囊化与游离 L. plantarum（植物乳杆菌）NCUH001003 相比，提高了冻干存活率。与 W 相比，WG-U 和 pH 调控的 WPI-GA 配方显示出更高的粉末产率和更低的水活度。SEM 观察揭示了致密的三维基质结构。包封的细胞对模拟胃肠道
CRediT 作者贡献声明
孙晓霞：调查。阮小兵：调查。黄涛：监督、资源、资金获取、概念设计。熊涛：监督。谢明勇：监督。张家佳：撰写-初稿、可视化、验证、方法学、调查。杜同浩：撰写-审阅与编辑。熊琳：撰写-审阅与编辑。杨力：调查。刘晨哲：调查。余俊韬：调查
利益冲突声明
作者声明，本研究是在不存在任何可被视为潜在利益冲突的商业或财务关系的情况下进行的，且没有任何个人关系不当影响了报告的结果。
利益冲突声明
? 作者声明，他们没有任何已知的竞争性经济利益或个人关系可能会影响本文所报告的工作。
致谢
本研究得到江西省重点研发计划（项目编号：20252BCF320001、2025）的资助。
张家佳|杜同浩|熊琳|杨力|刘晨哲|余俊韬|孙晓霞|阮小兵|黄涛|熊涛|谢明勇
