双包封技术结合壳聚糖增强植物乳杆菌ZFM4在模拟胃肠环境及储存条件下的存活率研究

为解决益生菌在胃肠环境中的低存活率问题，研究人员采用海藻酸钠-纳米木薯淀粉复合壳聚糖双包封技术，结合冻干保护剂优化，显著提升了植物乳杆菌ZFM4在模拟消化条件（唾液存活率提升6.66%，胃液56.88%，胰液59.89%）及储存稳定性（冻干存活率84.71%），为益生菌功能性食品开发提供技术支撑。

肠道菌群平衡对人体健康至关重要，而益生菌如植物乳杆菌（Lactiplantibacillus plantarum）因其调节肠道微生态、缓解炎症等功效备受关注。然而，这类菌种普遍存在“致命弱点”——在强酸胃液、胆盐环境及高温加工储存条件下存活率极低，导致口服后无法有效定植肠道。以从泡菜中分离的明星菌株ZFM4为例，虽证实其能显著增加有益菌Bifidobacterium丰度并促进短链脂肪酸（SCFAs）产生，但胃酸耐受性差（pH 3.0下存活率<40%）严重制约其应用。如何突破这一“胃肠屏障”，成为益生菌产品开发的卡脖子难题。

针对这一挑战，中国的研究团队创新性地提出“双包封+冻干保护”协同策略。通过海藻酸钠（sodium alginate）与纳米木薯淀粉（nano-tapioca starch）构建首层防护，再以壳聚糖（chitosan）包裹形成第二道防线，结合冻干保护剂优化，显著提升ZFM4在恶劣环境中的生存能力。相关成果发表于食品科学权威期刊《LWT》，为益生菌制剂工业化提供了关键技术支撑。

关键技术方法
研究采用锐孔造粒法（sharp-hole granulation）制备单层及双层微胶囊，通过单因素和响应面法优化壁材配比（海藻酸钠1.52%、纳米木薯淀粉0.83%）；以0.9%壳聚糖溶液进行二次包覆；通过正交实验确定冻干保护剂最佳组合（5%海藻糖+3%脱脂乳粉+2%山梨醇+3%甘露醇）。通过模拟消化模型（唾液pH 7.0、胃液pH 3.0、胰液含0.2%胆盐）评估胃肠耐受性，并采用扫描电镜（SEM）和热重分析（TGA）表征微胶囊结构稳定性。

研究结果

3.1 壁材生物相容性验证
海藻酸钠（1-3%）与纳米木薯淀粉对ZFM4生长无毒性，活菌数保持9.52-9.82 log CFU/mL（P>0.05），奠定包封材料安全性基础。

3.2 包封工艺优化
响应面法确定最佳单层包封条件：海藻酸钠1.52%、纳米木薯淀粉0.83%、壁菌比3.54:1，活菌数达6.61×10⁹ CFU/g，包封率88.12%。添加0.9%壳聚糖双层包覆后，活菌数提升33.7%至8.84×10⁹ CFU/g，包封率达93.10%。

3.3 冻干保护剂增效
复合保护剂使冻干存活率提升至84.71%，显著减少冰晶损伤。电镜显示冻干后微胶囊呈不规则球形，表面褶皱但结构完整。

3.4 胃肠耐受性突破
双层微胶囊在模拟胃液（pH 3.0）2小时存活率达90.10%，较游离菌提升56.88%；在含胆盐胰液中存活率88.11%，提升59.89%。肠液缓释实验显示双层胶囊60分钟完全释放，活菌释放量高于单层。

3.5 稳定性全面提升
55°C热处理30分钟后，双层包封菌存活率72.12%（游离菌仅12.52%）；-20°C储存42天后活菌数保持9.38 log CFU/g，满足益生菌产品最低有效剂量（10⁶-10⁹ CFU/g）要求。

结论与意义
该研究通过材料学与微生物学交叉创新，首次将纳米木薯淀粉引入益生菌包封体系，结合壳聚糖的酸缓冲特性，构建了“物理屏障+化学保护”双机制。其重要意义在于：

1. 技术突破：攻克益生菌口服递送的核心技术瓶颈，胃液保护效率优于同类研究（如单层海藻酸钠包封存活率仅50-60%）；
2. 应用价值：冻干工艺适配工业化生产，-20°C储存稳定性为冷链运输提供缓冲空间；
3. 理论创新：揭示纳米淀粉-壳聚糖协同增效机制，为其他敏感活性成分包封提供参考。

未来需优化大规模生产成本，并开展动物实验验证肠道定植效果。该技术有望推动益生菌从“概念添加”迈向“精准递送”的新阶段。