综述：益生菌与多种生物活性物质的共包封：益生菌的稳定性和活性

**摘要**

由于益生菌对人体健康的显著益处，全球对含有益生菌的功能性食品的需求正在迅速增长。然而，在加工、储存和胃肠道（GIT）传输过程中保持益生菌的稳定性和活力仍然是一个持续的挑战。封装技术已被广泛探索作为一种保护策略，以提高益生菌的存活率，但大多数现有研究要么集中在单一益生菌的封装系统上，要么集中在益生菌与一种生物活性化合物的共封装上，对于结合多种生物活性成分的系统了解有限。本综述通过探讨多生物活性共封装这一新兴概念来填补这一空白，这是一种将不同生物活性成分整合到单一递送系统中的创新方法。它强调了这些生物活性成分如何通过多种机制协同作用来增强益生菌的存活率，其中减轻氧化应激、改善封装基质的结构完整性以及赋予益生元功能以促进益生菌生长在确保益生菌稳定性方面尤为突出。研究发现，由于益生菌对肠道的粘附能力增强以及抑制病原菌的作用，其在体外胃肠道中的存活率得到了提高，从而实现了在肠道中的成功定植。尽管取得了这些有希望的结果，但目前的研究大多仍局限于体外评估，对分子层面的理解仍然有限。因此，未来的研究应朝着阐明机制、临床验证以及将先进的封装技术应用于开发有效的多生物活性递送系统方向发展。

**1 引言**

随着消费者越来越重视预防性营养和食品饮料的健康益处，对功能性食品的需求在全球范围内持续上升。功能性食品含有生物活性成分，当定期纳入均衡饮食中时，可以提供超出基本营养的健康益处（Misra等人，2021年）。其中，富含益生菌的产品因其能够促进肠道微生物群的平衡、预防胃肠道疾病和改善整体健康而受到广泛关注（Liu等人，2019年）。预计到2035年，这些产品的全球市场将从2025年的37.812亿美元增长到80.134亿美元，复合年增长率为7.8%（Future Market Insights 2025）。根据联合国粮食及农业组织（FAO）和世界卫生组织（WHO）的定义，益生菌是指“在适量摄入时能为宿主提供健康益处的活微生物”（FAO 2002）。这些微生物通过改善肠道健康、增强消化和营养吸收、提升免疫力以及预防某些感染等方式，在支持宿主方面发挥着重要作用（Martinez等人，2015年；Rashidinejad等人，2022年）。最常用的益生菌属于乳杆菌属（Lactobacillus）、双歧杆菌属（Bifidobacterium）和酵母菌属（Saccharomyces）（Gu等人，2022年）。然而，在整个加工、储存和胃肠道传输过程中确保益生菌的稳定性和活力仍然是一个重大的技术挑战。温度、pH值、氧气水平、水分活度和相对湿度等因素会影响益生菌的稳定性，尤其是在食品加工和储存的极端条件下（Rashidinejad等人，2022年；Sultana等人，2023年）。此外，一旦摄入，益生菌还会受到胃肠道内各种因素的影响，如酶反应、胆盐和低pH值，这些因素的综合作用会降低其活力（Peredo等人，2016年）。因此，开发从生产到肠道释放都能保持益生菌活力的有效递送系统变得十分迫切。在满足这一需求的各种方法中，封装技术因其众多实际优势而脱颖而出。它涉及将益生菌包裹在保护性基质中，这些基质通常由生物聚合物组成，以保护它们免受不利环境条件的影响，并实现肠道内的可控释放（Đorđević等人，2015年）。封装不仅保护益生菌细胞免受外部压力，还增强了它们对肠道上皮的粘附力并改善了定植效果（Rajagopal等人，2009年；Rajam和Subramanian，2022年）。最近，共封装技术引起了关注，即同时将益生菌与一种或多种生物活性化合物结合在一起，作为一种进一步提高益生菌性能的先进策略。许多研究者强调，封装多种生物活性物质比单一生物活性成分具有更好的功能性和稳定性，因为它们之间存在协同效应（Chawda等人，2017年；Gu等人，2022年；Misra等人，2021年）。在大多数先前的研究中，益生菌与益生元化合物、不同菌株的益生菌、Omega-3脂肪酸、农业副产品和富含抗氧化剂的植物提取物等通过各种封装技术共同封装在单一微载体中（Bauer-Estrada等人，2023年；Misra等人，2021年；Neekhra等人，2022年）。然而，不同共封装系统的有效性取决于许多因素，包括生物活性化合物的协同配方、所采用的封装技术以及壁材料（Misra等人，2021年）。尽管共封装技术在制药领域得到了广泛研究，但在食品行业的应用仍然有限。大多数研究集中在益生菌与单一生物活性成分的结合上，而将多种生物活性成分整合到单一载体中的多生物活性共封装系统仍然相对较少。本综述旨在通过批判性地评估当前多生物活性共封装系统的进展，强调其协同保护机制及其对提高益生菌存活率的影响，从而填补这一空白。同时，它还指出了将这一新兴概念转化为商业上可行的功能性食品应用所需的技术进步和未来研究方向。

**2 益生菌概述**

“益生菌”一词起源于20世纪60年代，源自希腊语，意为“为了生命”（Rajam和Subramanian，2022年）。这些膳食补充剂可以更准确地描述为在适量摄入时能够改善肠道微生物群平衡的活微生物（Gu等人，2022年）。然而，要将特定微生物归类为益生菌，必须满足某些标准。最重要的是，益生菌应被确认为适合人类食用，这意味着它们必须有良好的安全使用记录，不产生有害代谢物，并且表现出遗传稳定性，不含抗性基因（Gu等人，2022年）。此外，益生菌应能在大规模生产的同时保持足够的稳定性和活力，并能在胃肠道的严酷条件下存活（Martinez等人，2015年）。此外，益生菌应表现出足够的粘附力，以增强其在肠道中的持久性，从而更好地恢复肠道微生物群的平衡（Holkem等人，2023年）。多年来，乳杆菌属（Lactobacillus）、双歧杆菌属（Bifidobacterium）和酵母菌属（Saccharomyces）的微生物因其健康促进作用而被广泛使用（Rajam和Subramanian，2022年）。最著名的乳杆菌种类包括植物乳杆菌（L. plantarum）、嗜酸乳杆菌（L. acidophilus）、干酪乳杆菌（L. casei）、保加利亚乳杆菌（L. bulgaricus）和鼠李糖乳杆菌（L. rhamnosus），以及双歧杆菌属中的动物双歧杆菌（B. animalis）、婴儿双歧杆菌（B. infantis）、乳双歧杆菌（B. lactis）、长双歧杆菌（B. longum）和婴儿双歧杆菌（B. infantis），这些种类经常被用于功能性食品配方中（Rashidinejad等人，2022年）。酵母菌属的使用相对较少，但布拉氏酵母（S. boulardii）因其较高的耐受性和商业用途而受到更多关注（Rashidinejad等人，2022年）。需要注意的是，益生菌的不同效果通常是菌株特异性的，即一种菌株的健康益处不一定适用于同一属内的另一种菌株（Misra等人，2021年）。此外，向消费者提供健康益处所需的益生菌细胞数量可能取决于具体菌株和含益生菌的产品。一般来说，含益生菌食品中每克活细胞的数量应介于10^6到10^8个菌落形成单位之间，才能产生任何潜在的好处（Champagne等人，2011年）。

**3 益生菌稳定性和活力面临的挑战**

确保消费者获得声明数量的益生菌细胞是建立益生菌食品行业信誉的关键问题。尽管益生菌具有显著的好处，但在加工、储存和消化过程中保持其稳定性和活力仍然是一个相当大的挑战（Peredo等人，2016年；Rashidinejad等人，2022年）。

**3.1 加工和储存过程中的挑战**

根据Tripathi和Giri（2014年）的研究，影响食品加工和储存过程中益生菌稳定性和活力的关键因素可以分为与食品基质相关的参数、加工条件和储存相关因素。

**3.1.1 与食品基质相关的参数**

pH值、水分活性、可滴定酸度、离子强度以及人工香料、色素和细菌素等不同化学物质的存在是与食品基质相关的主要因素，它们会影响益生菌细胞的稳定性和活力（Gu等人，2022年）。极端的pH值或离子强度可能导致益生菌活力降低，而含有这些添加剂的食品基质也可能对益生菌的稳定性产生负面影响（Peruzzolo等人，2025年）。某些食品中的高酸性环境会增加游离有机酸的水平，从而增强其杀菌效果，因此像果汁这样的低pH值饮料对益生菌的存活特别具有挑战性（Karimi等人，2011年）。此外，碳水化合物和蛋白质含量较低的食品可能在支持益生菌稳定性和活力方面效果较差，因为它们提供的碳和能量来源有限（Gu等人，2022年）。

**3.1.2 加工条件**

加工参数也是决定益生菌稳定性和活力的基本因素。加工温度、光照、氧气水平、水分活性、储存方法和生产规模是影响益生菌在加工和储存过程中存活的最常见因素（Champagne等人，2011年；Gu等人，2022年）。研究发现，用于灭菌和巴氏杀菌等加工方法的高温可能会使大多数益生菌菌株失活（Lee和Salminen，2009年）。超过45-50°C的温度对益生菌的存活不利，尤其是当暴露时间较长时（Lee和Salminen，2009年）。此外，缓慢的冷冻过程可能会由于周围介质或细胞内部形成的大冰晶产生的机械力而损坏益生菌细胞膜（Tripathi和Giri，2014年）。虽然干燥操作可以提高益生菌的稳定性并扩展其在功能性食品中的应用，但也对益生菌的活力构成重大挑战。干燥会严重损坏细胞壁、膜和表面蛋白质，影响益生菌细胞的结构完整性，最终降低其功能（Tripathi和Giri，2014年）。

**3.1.3 储存相关因素**

考虑到储存条件，较高的储存温度会对益生菌细菌的稳定性产生负面影响，因为其存活率随温度升高而降低（Gu等人，2022年）。因此，建议将含益生菌的食品在冷藏条件下（4-5°C）储存，以在储存期间获得更好的存活率（Karimi等人，2011年）。不同种类的益生菌对氧气的敏感性不同。常用的双歧杆菌属（Bifidobacterium spp.）是专性厌氧菌，在高氧环境中极易失去活力（Talwalkar等人，2004年）。研究发现，储存过程中的高氧水平可能对某些益生菌细胞具有毒性，或者导致有毒过氧化物的产生，某些氧化反应可能产生自由基，从而降低益生菌细胞的活力（Talwalkar等人，2004年）。因此，将含益生菌的食品储存在高氧气渗透性的包装材料中会显著降低益生菌细胞的活力，导致最终细胞数量减少和功能益处减弱。除了这些因素外，增加的水分含量和相对湿度也可能对益生菌的存活构成挑战（Gu等人，2022年）。在脱水后的含益生菌食品中，干燥后剩余的水分含量会影响细菌的即时存活率以及其在储存过程中活力的下降速度（Tripathi和Giri，2014年）。

**3.2 人体胃肠道过程中的挑战**

一旦摄入，益生菌会在消化道中遇到一系列条件，包括胃酸、消化酶和胆盐的影响，这些因素会影响它们的存活率和效果。摄入后，益生菌首先到达胃部，在那里它们会暴露在高度酸性的环境中（pH值1.0-2.0），并接触到胃液分泌物，包括胃蛋白酶、黏液和盐酸（Gu等人，2022年）。在这个阶段，破坏益生菌细胞的概率相对较高，因为消化酶会增加益生菌细胞膜的通透性（Wendel 2022）。之后，益生菌进入小肠，在那里胰腺会释放胆盐和酶，包括胰蛋白酶、淀粉酶和脂肪酶（Barajas-Álvarez等人2023）。与胃中的低pH环境相比，小肠中的条件更为恶劣，因为胆汁会影响益生菌细胞膜中的脂质，从而增强与周围环境的相互作用（Wendel 2022）。胰腺分泌物的综合效应可能会改变肠道环境的离子强度和酸度，这对益生菌的存活产生破坏性影响（Barajas-Álvarez等人2023）。作为消化道的下一个阶段，益生菌可能会进入大肠，那里对益生菌来说是一个相对适宜的生长环境。然而，大肠中存在着多样且密集的微生物群落，益生菌需要与现有的肠道微生物竞争，以成功定植于肠道黏膜层。有时，益生菌可能不得不与有害细菌竞争，这些细菌通过限制资源和定植位点来抑制它们的生长（Peruzzolo等人2025）。此外，胃肠道的蠕动收缩会导致益生菌被迅速排出，从而减少了它们在大肠中定植的机会（Gu等人2022）。尽管如此，不同菌株在胃肠道中的存活能力差异显著，这也取决于产品基质的组成（Wendel 2022）。

4 益生菌的包封
在现代食品工业中，包封技术是一种有效的策略，通过将生物活性分子和活细胞（如益生菌）嵌入保护性基质中来增强其递送效果（Đorđević等人2015）。这种方法有助于保护它们免受恶劣外部条件的影响，确保其稳定性和存活能力（Nedovic等人2011）。包封在应对与益生菌相关的关键挑战中起着至关重要的作用，尤其是在加工、储存和通过胃肠道的过程中（Peruzzolo等人2025）。一种能够在食品产品中递送生物活性化合物的包封系统必须满足几个关键要求：它应保持生物活性成分的稳定性，对食品产品的感官特性影响最小，并保护被包封的物质免受压力条件的影响（Misra等人2021）。此外，它必须使用食品级材料制成，确保摄入后的最大稳定性和存活能力，促进可控释放，并且能够适应大规模生产（Gu等人2022）。因此，一个理想的包封系统可以在益生菌通过上消化道时提供足够的保护，确保它们在到达大肠时释放出来，那里为它们的功能提供了有利的环境（Gu等人2022）。然而，需要注意的是，包封系统并不能完全保证益生菌的完全保护，但它们显著提高了存活率，确保有足够数量的活性益生菌能够到达大肠（Chávarri等人2012）。

4.1 益生菌的包封技术
目前，有多种包封技术被用来提高益生菌的稳定性和存活能力（Sultana等人2022；Yang等人2024）。其中，挤出滴落、乳化、喷雾干燥、冷冻干燥、流化床涂层和共凝聚是食品工业中广泛采用的益生菌包封技术。表1展示了这些不同包封技术的主要过程机制、优点、局限性以及典型应用。喷雾干燥和冷冻干燥在工业应用中仍然占主导地位，因为它们具有可扩展性和生产稳定粉末制剂的能力。尽管喷雾干燥在经济和操作上具有优势，但其较高的处理温度可能会损害益生菌的存活能力，除非经过仔细优化。相比之下，冷冻干燥在低温条件下能很好地保持细胞完整性，但受到高能耗和较长处理时间的限制。新兴的小规模技术，如挤出滴落和乳化，采用温和的处理条件，能更好地保持益生菌的活性。然而，这些方法在可扩展性和过程一致性方面经常面临挑战。流化床涂层提供了一种中间选择，允许在低温下精确地施加保护层，但需要严格控制气流和颗粒参数以确保均匀性。此外，共凝聚技术以其高包封效率（EE）和可控释放行为而脱颖而出，尽管其对pH值和离子强度的依赖性给配方带来了挑战。总体而言，这种比较分析表明，方法的选择应基于益生菌存活能力、生产效率和最终产品特性之间的平衡。此外，在选择适当的包封技术来递送益生菌和其他生物活性物质时，还需要考虑益生菌菌株的要求、包封系统的预期物理参数、食品基质的组成、益生菌的释放机制、包封材料的特性以及微胶囊的处理条件（Rajagopal等人2009；Yang等人2024）。表1. 常用益生菌递送系统的包封技术比较总结。包封方法
原理/过程
优点
局限性
典型应用
参考文献

4.1 益生菌的包封技术
目前，有多种包封技术被用来提高益生菌的稳定性和存活能力（Sultana等人2022；Yang等人2024）。其中，挤出滴落、乳化、喷雾干燥、冷冻干燥、流化床涂层和共凝聚是食品工业中广泛采用的益生菌包封技术。表1展示了这些不同包封技术的主要过程机制、优点、局限性以及典型应用。由于喷雾干燥和冷冻干燥具有可扩展性和生产稳定粉末制剂的能力，因此在工业应用中仍然占主导地位。尽管喷雾干燥在经济和操作上具有优势，但其较高的处理温度可能会损害益生菌的存活能力，除非经过仔细优化。相比之下，冷冻干燥在低温条件下能很好地保持细胞完整性，但受到高能耗和较长处理时间的限制。新兴的小规模技术，如挤出滴落和乳化，采用温和的处理条件，能更好地保持益生菌的活性。然而，这些方法在可扩展性和过程一致性方面经常面临挑战。流化床涂层提供了一种中间选择，允许在低温下精确地施加保护层，但需要严格控制气流和颗粒参数以确保均匀性。此外，共凝聚技术以其高包封效率（EE）和可控释放行为而脱颖而出，尽管其对pH值和离子强度的依赖性给配方带来了挑战。总体而言，这种比较分析表明，方法的选择应基于益生菌存活能力、生产效率和最终产品特性之间的平衡。此外，在选择适当的包封技术来递送益生菌和其他生物活性物质时，还需要考虑益生菌菌株的要求、包封系统的预期物理参数、食品基质的组成、益生菌的释放机制、包封材料的特性以及微胶囊的处理条件（Rajagopal等人2009；Yang等人2024）。

4.2 包封技术对益生菌存活的保护机制
根据所应用的包封过程，可以识别出三种主要的包封系统结构：基质结构、交联结构和外部涂层结构（图1）。图1展示了包封系统的主要结构：(a) 基质结构，(b) 交联结构，(c) 外部涂层结构。

4.2.1 基质结构包封系统
基质结构系统通常通过喷雾干燥、电纺、冷冻干燥或喷雾冷却等包封技术形成（Liu等人2019）。这些胶囊由不同的聚合物组成，包括多糖和蛋白质，通过氢键、疏水相互作用和范德华力构建涂层层（Babu等人2024）。多糖通常提供物理屏障，保护益生菌免受恶劣的酸性和胆汁条件的影响，而蛋白质在上消化道中作为缓冲剂发挥重要作用（Xie等人2023）。此外，变性的蛋白质通过展开作用增强保护，促进更强的分子间相互作用，如二硫键和氢键（Rajam等人2012）。这导致形成更坚硬、不溶性的膜，在模拟的胃条件下有效限制了细胞的释放（Rajam等人2012）。然而，基质内的高孔隙率和细胞分布不均可能导致在胃肠道条件下的不可控释放（Liu等人2019）。因此，开发更密集或复合的基质对于改善屏障性能和长期稳定性至关重要。

4.2.2 交联结构包封系统
具有交联结构的胶囊，其中聚合物链通常通过离子和酶促交联相互连接，使用挤出和乳化等技术制备（Liu等人2019）。这种类型的主要保护机制是聚合物链的交联所提供的物理阻力，最常见的是海藻酸盐的交联（Wang等人2022）。海藻酸盐链可以形成类似“蛋盒”的凝胶结构（Wang等人2022）。然而，这种结构的刚性、脆性往往导致在离子条件变化时出现收缩、裂纹或不稳定性。通常会加入填充剂或柔性聚合物来提高化学稳定性并减少这种多孔结构的裂纹（Liu等人2019）。结果，海藻酸盐链之间的孔隙被填充，从而提高了胶囊的结构完整性并控制了有害物质的进入（Sabikhi等人2010）。

4.2.3 外部涂层包封系统
外部涂层，如壳聚糖和乳清蛋白，在海藻酸盐珠子上形成保护层，提高益生菌的存活能力（Călinoiu等人2019）。这些保护涂层防止被包封物质的泄漏，并在胃肠道消化过程中抵抗有害物质，从而提高益生菌的存活能力（Liu等人2019）。然而，在干燥或储存过程中实现均匀的涂层厚度和保持涂层附着力仍然是主要挑战（Liu等人2019）。薄涂层可能在处理过程中破裂，而过厚的涂层可能会阻碍可控释放和营养物质的扩散。优化涂层组成和层均匀性，或将涂层与基质或交联核心结合，可以同时提高保护和功能递送性能。

5 益生菌与生物活性物质的共包封
鉴于益生菌在上消化道恶劣条件下的存活挑战，以及许多生物活性物质在加工和储存过程中的不稳定性，开发实用的方法来增强它们在功能性食品系统中的应用变得尤为重要，这些食品系统已经受到消费者的广泛需求。因此，共包封的概念应运而生，允许将两种或更多生物活性成分封装在单一基质中（Agriopoulou等人2023；Raddatz和Menezes 2021）。利用不同生物活性物质的协同效应在功能性食品开发领域非常流行，目的是促进消费者的潜在健康益处（Chawda等人2017）。

5.1 相比单一包封，益生菌的共包封具有优势
科学文献越来越多地支持这样的观点：将不同的生物活性物质与益生菌共包封可以比单一成分包封系统更有效地提高功能性化合物的生物利用度和益生菌的存活能力（Misra等人2021；Neekhra等人2022；Raddatz和Menezes 2021）。总体而言，共包封系统比单独包封各个成分具有更多优势。这种方法更具成本效益和操作便利性，并且与单独包封相比显示出更高的包封效率（Dissanayake和Bandara 2024）。此外，可以推断共包封可以延长储存稳定性，提高协同生物活性，减少益生菌的存活损失，并促进共包封成分向大肠的靶向递送，从而有助于消费者的整体健康益处（Bauer-Estrada等人2023；Ma等人2025）。

5.2 益生菌与多种生物活性物质的共包封
益生菌可以与多种生物活性物质共包封，包括益生元、抗氧化化合物、富含Omega-3的油脂、维生素、天然提取物和不同的多酚化合物（Agriopoulou等人2023；Gu等人2022）。大量研究集中在益生菌与单一生物活性物质的共包封上，证明了这种组合可以增强益生菌的稳定性、存活能力和靶向递送（Agriopoulou等人2023；Misra等人2021；Neekhra等人2022）。然而，关于益生菌与多种生物活性底物的共包封的研究仍然有限。多种生物活性化合物与益生菌在单一封装基质内的复杂且可能具有协同作用的相互作用尚未得到充分记录。尽管如此，我们有理由假设，通过战略性选择生物活性底物的组合，并以优化的比例进行配方设计，可以提供更强的保护效果，并最大化封装益生菌的功能性能。表2总结的研究尝试了开发将益生菌与多种生物活性底物共同封装的系统。表2突出了所使用的生物活性成分组合、采用的封装技术，以及对EE（封装效率）、益生菌稳定性和存活率的影响。

表2. 关于益生菌与多种生物活性底物共同封装的先前研究。

| 益生菌菌株 | 核心生物活性底物 | 封装技术 | 壁材 | 封装效率（EE）% | 益生菌的稳定性和存活率（储存/GIT） | 来源 |
|------------|------------|-----------|--------|------------------|---------|
| Bifidobacterium lactis BB12 | 鱼油—10% (v/v) | 乳化后挤出 | 海藻酸钠 | 90.88 ± 1.00 | 储存（4°C 1个月）：细胞计数从8.08 log CFU/g降至7.00 log CFU/g；不含PPE的封装物中细胞计数从约7.50 log CFU/g降至低于6.00 log CFU/g | Al-Moghazy等人（2022） |
| Lactobacillus casei ACCC10171 | 亚麻籽油—12% (w/w) | 乳化后冻干 | 海藻酸钠和脱脂奶粉/大豆蛋白浓缩物/乳清蛋白浓缩物 | 97.33 ± 0.18至97.64 ± 0.11 | 未确定 | Kouamé等人（2023） |
| Bifidobacterium animalis subsp. lactis BB12 | 苦瓜苷—1% (w/v) | 抗坏血酸—0.5% (w/v) | 挤出 | 海藻酸钠和氯化钙 | 未确定 | 储存（6°C 6周）：所有封装系统中的细胞计数均无显著变化；在模拟胃肠道环境中，细胞计数仅减少了0.9–1.8 log周期，而游离细胞计数减少了8 log周期 | Kumherová等人（2020） |
| Lactobacillus reuteri DPC16 | Cyclocarya paliurus（CP）叶提取物 | 大麻籽蛋白分离物（HPI） | （HPI/CP—9:1）喷雾干燥 | 大麻籽蛋白分离物作为壁材 | 93.06 ± 0.44 | 储存（4°C 120天）：HPI/CP组存活细胞保留率为6.98 log CFU/g；仅含HPI组为6.5 log CFU/g；储存（-20°C 120天）：HPI/CP组存活细胞保留率为7.55 log CFU/g，显著高于不含CP提取物的组；模拟胃肠道环境：共同封装的细胞存活率（7.2 log CFU/g）高于游离细胞（5.5 log CFU/g） | Lau等人（2025） |
| Lactiplantibacillus plantarum GIM1.648 | 果聚糖（FOS）—2% (w/v) | 鱼油—20 µL | 同轴电喷雾 | 海藻酸钠和果胶 | 95.9 | 储存（4°C 90天）：FOS组细胞计数减少了0.89 log CFU/mL；游离细胞存活率降低了4.66 log CFU/mL；体外消化后的存活率为95.5%，高于不含鱼油（92.5%）和不含FOS（93.8%）的封装物 | Li等人（2022） |
| Lactobacillus plantarum RSLP003 | 苦瓜苷—1% (w/v) | 乳化后挤出 | 海藻酸钠、预凝胶化淀粉和壳聚糖、氯化钙 | 未确定 | pH 1.5处理2小时：存活率比游离细胞高2 log；1%和1.5%胆汁浓度下存活率比游离细胞高2 log；2%胆汁浓度下存活率比游离细胞高3 log；储存稳定性（70°C和80°C 20分钟）：存活率比游离细胞高5 log；储存（90°C 20分钟）：无游离细胞存活，但共同封装的细胞存活率为1.6 × 10^4 CFU/g | Reddy等人（2017） |
| Lactobacillus rhamnosus | 核桃蛋白（WP）和茶多酚（TP）—0.25%、1%、3% (w/v) | 自聚集后海藻酸钠涂层 | 96.41 ± 0.78 | 模拟胃肠道环境2小时后的存活率为62.6%，比游离细胞高60% | Li等人（2024） |

如表2所示，大多数先前研究探讨了益生菌与益生元、富含Omega-3的油脂和植物提取物的共同封装。B. lactis BB12与鱼油和石榴皮提取物（PPE）的共同封装在1个月的冷藏期间显示出显著更高的封装效率和益生菌存活率，这优于仅包含益生菌或鱼油的单一封装系统（Al-Moghazy等人，2022）。PPE富含强效抗氧化剂，可能通过减轻氧化应激来提高益生菌的存活率（Li等人，2024）。同时，鱼油的加入通过在多孔海藻酸盐基质中形成保护性疏水屏障来调节益生菌的释放模式（Mahmoud等人，2020）。因此，亲水性PPE和疏水性鱼油的结合创造了一个协同微环境，显著提高了B. lactis BB12的存活率和鱼油的氧化稳定性。尽管PPE和鱼油似乎在提高益生菌存活率方面具有协同作用，但观察到的益处可能取决于配方，因为亲水性和疏水性成分的比例变化也可能导致封装均匀性的降低。含有L. casei ACCC10171、亚麻籽油和苦瓜苷作为核心活性物质的冻干微胶囊表现出超过95%的封装效率。这项研究进一步表明，亚麻籽油和苦瓜苷可能在单一封装基质内通过协同作用增强彼此的功能（Kouamé等人，2023）。此外，海藻酸钠和脱脂奶粉与苦瓜苷的加入通过其乳化潜力、屏障形成能力和分子相互作用能力共同支持了微胶囊内核中亚麻籽油和益生菌的稳定性（Maleki等人，2023；Oluwatosin等人，2022）。然而，由于该研究没有将共同封装系统与单一活性物质对照组进行比较，因此尚不确定观察到的增强效果是苦瓜苷和亚麻籽油之间的真正协同作用，还是它们各自贡献的结果。Kumherová等人（2020）的研究表明，封装系统对益生菌的存活率有积极影响，因为在储存期结束时封装的细胞计数没有显著变化。抗坏血酸对双歧杆菌属菌种的生长促进作用，以及苦瓜苷作为持续营养来源的益生元作用，可能解释了这些结果（De Souza Oliveira等人，2011；Shu等人，2013）。然而，在模拟的胃肠道条件下，与单一活性物质（苦瓜苷或抗坏血酸）共同封装的配方与同时封装苦瓜苷和抗坏血酸的配方之间的益生菌细胞计数没有显著差异（Kumherová等人，2020）。这表明，尽管整体体外存活率有所提高，但苦瓜苷和抗坏血酸之间的明确协同效应并不明显。这些结果表明，协同作用并非普遍存在，可能强烈依赖于活性物质的兼容性和浓度、基质组成以及胶囊内的pH依赖性相互作用。另一项研究将L. reuteri DPC16与Cyclocarya paliurus（CP）叶提取物和大麻籽蛋白分离物（HPI）共同封装，其封装效率高于不含叶提取物的配方（Lau等人，2025）。CP叶提取物对这种特定益生菌菌株表现出生长促进作用，这归因于其丰富的酚类化合物成分，而HPI则因其抗氧化特性和高含量的必需氨基酸而发挥作用（Lau等人，2025）。已知多酚和黄酮类等生物活性化合物能与蛋白质基质相互作用，为封装的益生菌提供额外保护（Vieira Da Silva等人，2016）。此外，含有更高浓度CP叶提取物的配方显示出更高的封装效率，这可能是由于L. reuteri DPC16通过酶活性水解复杂的植物化学物质的能力（Lau等人，2025）。根据L. reuteri DPC16在模拟胃肠道条件下的存活计数，与HPI和CP共同封装的益生菌在整个胃肠道过程中的存活率损失显著较低，证实了蛋白质-酚类复合物相互作用引起的协同机制，以及根据应激条件和肠道粘附程度调节的蛋白质表达（Lau等人，2025；Li等人，2024）。含有L. plantarum、鱼油和果聚糖（FOS）的共生微胶囊是一种有效的递送系统，其主要原因是由于益生元FOS的存在（Li等人，2022）。模拟胃肠道液体通过多孔膜的控制扩散以及FOS提供的营养是提高封装效率的关键机制（Poletto等人，2019）。然而，超过最佳益生元浓度并未带来额外的好处，因为此时已经达到了最大的结构刚性。这一观察进一步表明，活性物质的浓度平衡强烈影响观察到的效果是否继续协同增强。通过对结果的比较评估，可以强调鱼油的功能效益与FOS相当甚至超过FOS，这两种成分的组合由于它们的协同作用提供了更大的保护，在4°C储存期间显著提高了益生菌的存活率（Li等人，2022；Peredo等人，2016）。这可能归因于形成了一个整合良好的刚性微胶囊基质、较慢的益生菌代谢速率以及鱼油在低温下的氧化稳定性（Eratte等人，2016；Li等人，2019）。然而，值得注意的是，在25°C储存90天后，益生菌的存活率急剧下降，可能是由于鱼油的加速氧化。Reddy等人（2017）还报告了一个类似的封装系统，将L. plantarum RSLP003与益生元（苦瓜苷）和富含Omega-3的油脂（亚麻籽油）共同封装。该研究表明，在低pH条件、不同胆汁浓度和高温储存下，益生菌的存活率得到提高，进一步证实了益生元与富含Omega-3的油脂结合的协同效应。另一项最近的研究使用核桃蛋白（WP）和茶多酚（TP）与L. reuteri DPC16细胞共同封装，并进行了海藻酸钠涂层（Li等人，2024）。显然，TP由于其分子结构中的羟基而具有高度亲水性，而蛋白质同时具有疏水性和亲水性（Chen等人，2019）。因此，TP和蛋白质可以通过它们的亲水性和疏水性基团之间的氢键相互作用形成紧凑的结构（Hu等人，2023；Li等人，2024）。此外，在pH约为4的条件下，多酚和蛋白质之间会发展出非共价相互作用，进一步降低蛋白质的溶解度（Li等人，2024）。介质中的H+离子中和了细菌细胞和WP上的负电荷，减少了静电排斥并促进了它们的表面附着。此外，蛋白质可以帮助保护TP免受氧化降解，从而增强益生菌细胞对氧化应激的抵抗力（Jia等人，2016）。因此，这些综合机制被认为对益生菌细胞在胃肠道环境中的耐受性有积极影响，并提高了存活率。总的来说，这些例子表明，虽然经常报告协同效应，但它们并非在所有活性物质组合中都是一致的。某些配方可能根据活性物质的相对比例、物理化学兼容性、封装方法和环境压力显示出中性结果。总体而言，这些研究（表2）强调，将益生菌与两种或更多功能性生物活性底物共同封装可以显著提高益生菌在储存和胃肠道过程中的存活率、封装效率和稳定性。大多数观察到的协同效应主要由封装剂和活性物质之间的物理化学相互作用决定，从而提高了结构完整性、氧化保护和控制释放。由于某些配方（如结合苦瓜苷和抗坏血酸的配方）并未在体外存活率方面显示出明显的协同优势，这突显了系统优化和理解每种活性物质在封装基质中相互作用机制的必要性。这些发现共同支持了为功能性食品应用中优化益生菌递送而设计多活性物质共同封装系统的策略。

5.3 益生菌与富含生物活性的天然提取物的共同封装

随着对富含多种生物活性化合物的功能性食品需求的增长，将天然提取物纳入人类饮食受到了消费者的广泛关注。这些提取物来自各种植物部分，如水果、块茎、花朵、茎、种子和叶子，富含已知具有健康促进作用的植物化学物质。此外，在水果和蔬菜加工过程中产生的农业工业副产品越来越多地被用作可持续且成本效益高的生物活性物质来源（Misra等人，2021）。除了作为功能性成分外，这些天然提取物还充当食品基质中的天然添加剂，有助于提升产品的营养价值和稳定性。酚类化合物是复杂天然提取物中最丰富的植物化学物质之一，代表了多种植物来源的次级代谢产物。它们的功能活性主要取决于结构特征，如羟基的数量和位置。由于化学结构的多样性，酚类化合物表现出广泛的生物活性，包括抗氧化特性，这些特性有助于保护益生菌免受氧化应激的损害，从而提高其稳定性和存活能力（Ma等人，2025年）。最近的研究表明，将益生菌与富含生物活性的天然提取物共同封装是一种有前景的策略，可以增强益生菌在加工、储存和胃肠道（GIT）过程中的抵抗力（Gu等人，2022年；Holkem等人，2023年；Ma等人，2025年；Misra等人，2021年）。然而，酚类化合物在这些系统中的功能效果很大程度上受到其植物来源、特定化学结构以及所用益生菌菌株的影响。在此背景下，涉及多种益生菌菌株与复杂植物提取物的共同封装系统、生物活性物质的来源、封装技术及其对益生菌稳定性和存活能力的比较结果在表3中进行了总结。还需要强调的是，这里讨论的天然提取物本质上包含多种生物活性成分，这与第5.2节中提到的单一生物活性底物的组合有根本区别。

表3. 关于益生菌与富含生物活性天然提取物共同封装的先前研究。

| 益生菌菌株 | 富含生物活性的天然提取物 | 封装技术 | 封装材料 | 封装效率（%） | 益生菌的稳定性和存活能力（储存/胃肠道） | 来源 |
|---------|-----------------|----------|-----------|------------------|-------------------|
| Lactobacillus casei LC03 | 红洋葱（Allium cepa L.）皮提取物（ROPE）—5%/20%/40%（w/v） | 外部离子凝胶化 | 海藻酸钠 | 77.77% | 在模拟胃肠道（200分钟）后存活率：ROPE（5%）：6.73；ROPE（20%）：5.22；ROPE（40%）：3.71 |
| Lacticaseibacillus rhamnosus | 红洋葱皮提取物（ROPE）或白洋葱皮提取物（WOPE）（2克/100毫升） | 外部离子凝胶化 | 海藻酸钠 | 96% ± 0.33% | 在模拟胃条件（pH 2.0）下120分钟后存活率：ROPE：从10.84 ± 0.12降至7.05 ± 0.17 log CFU/g；WOPE：从9.96 ± 0.19降至6.03 ± 0.07 log CFU/g；60分钟后未观察到存活的游离细胞 |
| Lactobacillus acidophilus | 黑莓（Rubus fruticosus L.）汁液（浓度未报告） | 喷雾干燥 | 阿拉伯胶 | 93.3 ± 0.9% | 在20°C储存10周后存活率为81.2% ± 0.7% |
| Lactobacillus casei | 黑加仑（Ribes nigrum）提取物（浓度未报告） | 冻干 | 乳清蛋白分离物 | 87.38% ± 0.48% | 在4°C储存90天后，细胞计数从8.13 log CFU/g降至6.35 log CFU/g |
| Lactobacillus helveticus | 绿茶（Camelia sinensis L.）提取物（0–2000 µg/mL） | 乳清蛋白分离物 | 果胶 | 71.5 ± 6.3% |
| Bifidobacterium animalis subsp. lactis BLC-1 | 瓜拉纳（Guarana）皮提取物（浓度未报告） | 复合共凝聚后冻干 | 明胶 | 87.11 ± 0.96% |
| Lactobacillus paracasei BGP1 或 Bifidobacterium animalis subsp. lactis | 锡兰肉桂（Cinnamomum zeylanicum Blume）树皮提取物（5%–15%（w/v） | 复合共凝聚 | 乳清蛋白浓缩物 | 98.59 ± 0.45% |
| Lactobacillus casei (ATCC 1922) | 萨斯卡通莓（Amelanchier alnifolia）果渣提取物（BPE）—1%（w/v） | 喷雾干燥 | 阿拉伯胶 | 94.4 ± 1.5% |
| Bifidobacterium animalis subsp. lactis | 富含生物活性的水果提取物（如黑莓和蓝莓） | 复合共凝聚 | 乳清蛋白浓缩物 | 71.5 ± 6.3%；87.11 ± 0.96% |
| Lactobacillus rhamnosus GG | 黑豆（Phaseolus vulgaricus L.）提取物—0.5%（w/v） | 共挤压技术 | 海藻酸钠；低甲氧基果胶 | 98.25 ± 0.32% |
| Lactobacillus casei (ATCC 1922) | 萨斯卡通莓果渣提取物（BPE）—1%（w/v） | 喷雾干燥 | 阿拉伯胶 | 94.4 ± 1.5% |
| Bifidobacterium animalis subsp. lactis | 红莓（Vaccinium myrtillus）提取物 | 喷雾干燥 | 阿拉伯胶；菊粉 | 82.68% |
| Lactobacillus casei | 绿茶提取物 | 乳清蛋白分离物；果胶；碳酸钙；氯化钙 | 75.7 ± 3.2% |
| Lactobacillus casei | 茶提取物 | 乳清蛋白分离物；壳聚糖；菊粉 | 6.27 ± 0.05 log CFU/g |
| Lactobacillus casei | 肉桂树皮提取物 | 明胶；阿拉伯胶 | 6.03 ± 0.05 log CFU/g |

这些研究表明，将益生菌与富含生物活性的天然提取物共同封装可以提高益生菌在冷冻温度下的储存稳定性和在模拟胃肠道条件下的存活能力。特别是红洋葱皮提取物，由于其较高的生物活性化合物含量和溶解度，以及对益生菌存活能力的增强效果更为显著。然而，高浓度的红洋葱皮提取物可能会对益生菌的存活能力产生负面影响。此外，不同研究表明，绿茶提取物与益生菌的共同封装可以改善益生菌的储存稳定性，并通过抗氧化机制保护益生菌免受氧化应激的损害。此外，黑莓和蓝莓提取物中的膳食纤维也有助于益生菌的生长和存活。总之，这些天然提取物与益生菌的共同封装在提高产品性能方面发挥了重要作用。有趣的是，原花青素中主要含有的酚类单元倾向于与包裹壁材料更易发生相互作用，从而增强微胶囊的结构完整性，并有助于提高益生菌的保护效果（Tasch Holkem和Favaro-Trindade 2020）。从经济和可持续性的角度来看，利用农业工业副产品作为益生菌的共包封剂是一种新兴趋势。因此，研究人员使用了浆果果渣和瓜拉纳皮提取物（GPE）与不同益生菌菌株进行共包封实验，结果表明这些副产品在模拟胃肠道条件下显著提高了益生菌的储存稳定性和存活率（Sharma等人2024；Silva等人2022）。这两种天然提取物都富含多酚类化合物，这有助于维持健康的肠道屏障，提高肠道通透性并防止有害物质的转移（Fouda等人2024）。正如Silva等人（2022）所解释的，GPE中含有的酚类成分和相对较高的类胡萝卜素含量可以增强益生菌与胶囊壳的结合，减少其受到不利环境条件的影响。同时，这些复杂天然提取物的抗氧化能力，尤其是由于其富含类胡萝卜素和花青素，有助于降低共包封益生菌的氧化应激，进一步延长其储存和消化过程中的存活率（Freitas De Lima等人2024；Sharma等人2024）。通过考虑这些不同的益生菌与富含生物活性成分的天然提取物的共包封系统，可以发现益生菌的储存稳定性受到提取物中生物活性化合物类型、益生菌菌株、生物活性成分浓度以及胶囊储存温度的显著影响。从配方角度来看，使用特定组合的生物活性成分（如益生元和欧米伽-3油脂）进行共包封可以更好地控制、重复实验结果，并有针对性地理解协同效应。相比之下，含有复杂天然提取物的系统由于其多样的植物化学成分而提供了更广泛的潜在益处，但也可能带来更大的生物活性成分组成和相互作用的变化。因此，尽管两种方法都有价值，但明确的生物活性成分组合可能会产生更可预测和可优化的结果，而复杂天然提取物则可能在精确度上有所牺牲。总体而言，多生物活性成分的共包封系统相比仅含益生菌细胞的单一成分包封系统更能提高益生菌的稳定性和存活率。这些多生物活性系统的主要有益机制（在第5.2节和第5.3节中概述）在图2中进行了说明，突出了它们与传统单一益生菌包封方法的区别。如图所示，抗氧化剂、脂质、益生元和酚类化合物等生物活性成分通过多种保护作用协同作用来提高益生菌的存活率，而单一包封系统则缺乏这些功能成分。

5.4 酚类生物活性成分在共包封益生菌系统中的影响
基于先前开发的共包封系统的现有证据，已经证明了益生菌与酚类生物活性成分之间的互利关系。这种相互作用为开发与这种新兴共生关系相关的先进功能性食品产品提供了巨大潜力。如表2和表3所总结的，共包封多种生物活性成分或含有多种生物活性成分（主要是酚类化合物）的复杂提取物显示出更高的能量效率（EE）、更好的储存稳定性和在模拟消化过程中增加的益生菌存活率。这些特性共同促进了宿主的健康益处。因此，深入理解酚类生物活性成分影响这些参数的机制对于未来研究中益生菌共包封系统的合理设计和优化至关重要。

5.4.1 提高能量效率的机制
在益生菌与酚类化合物的共包封系统中，发现酚类成分与包封基质壁材料以及益生菌细胞表面的相互作用直接关系到系统中益生菌的能量效率（EE）的提高（图3）。益生菌细胞壁由不同的膜蛋白、脂质和多糖（如肽聚糖）组成（Corona-Hernandez等人2013）。在包封过程中，酚类成分倾向于与益生菌细胞壁上的蛋白质结合，形成簇状结构，从而显著提高益生菌的能量效率（Ma等人2024）。此外，这些酚类成分还可以与微胶囊的壁材料相互作用，特别是与蛋白质基结构相互作用，进一步增强载体的亲水性，同时延长能量效率（Ma等人2025）。

5.4.2 提高益生菌储存稳定性的机制
已经提出了几种机制来描述酚类化合物作为共包封剂对提高益生菌储存稳定性的影响。最重要的是，这些酚类成分具有良好的抗氧化潜力和自由基清除活性，有助于减少储存期间的氧化损伤和益生菌失活（Gaudreau等人2016；Tasch Holkem和Favaro-Trindade 2020；Yu等人2023）。然而，高浓度的酚类成分对益生菌的存活是有害的，因为它们产生的促氧化效应会刺激氧化应激，Carine Raddatz等人（2022）使用红洋葱皮提取物的研究很好地证明了这一点。此外，许多研究表明这些酚类成分具有益生元潜力，因为它们可以促进共包封系统中益生菌细胞的生长（Tasch Holkem和Favaro-Trindade 2020）。通过酚类化合物的羟基与胶囊壁材料中的蛋白质结构之间的相互作用，可以进一步延长对益生菌的保护时间，形成更紧密的保护层，提高其结构完整性（Ma等人2025）。

5.4.3 提高益生菌在胃肠道中存活率的机制
研究发现，生物活性酚类成分对益生菌在胃肠道中的存活率具有某些有益影响，特别是通过改善肠道粘附性（Ma等人2025）。通常，益生菌在摄入后会附着在肠道上皮表面，导致肠道暂时定植。这种粘附机制主要取决于益生菌菌株的细胞外表面特性，特别是表面相关蛋白质的组成和功能（Ma等人2025）。一些研究表明，益生菌与酚类成分的相互作用可以改变益生菌细胞的表面疏水性，而酚类化合物中的羟基可能促进蛋白质-蛋白质相互作用（Neekhra等人2022），从而增强益生菌的粘附力。然而，这种粘附能力高度依赖于酚类成分的分子构型和益生菌菌株（De Souza等人2019）。酚类成分还通过抑制病原菌和调节肠道微生物群来提供另一种保护机制（图5），从而支持益生菌在肠道环境中的存活和增殖（Coman等人2018；Holkem等人2023）。酚类成分的这种抗菌活性与其降低pH值、抑制消化酶活性和螯合金属离子的能力有关（Holkem等人2023）。尽管如此，微生物负荷及其组成在整个胃肠道中可能会有所不同，这取决于营养素、环境因素以及宿主相关的固有变量，如胃肠道通过时间和消化酶的存在，还包括微生物本身的特性，如粘附潜力和代谢活性（Serban 2014）。

6 结论与未来方向
在这篇综述中，广泛探讨了益生菌与多种生物活性成分的共包封系统及其对提高益生菌稳定性和存活率的协同效应。在之前的研究中，大多数益生菌共包封系统使用了益生元、富含欧米伽-3的油脂、植物提取物、农业工业副产品和不同的酚类化合物。通过识别这些研究中探索的协同作用和保护机制，研究人员开发了包含两种或更多生物活性成分的更先进的益生菌共包封系统，以获得对益生菌存活的有利保护。总体而言，这些研究表明，与单一生物活性成分包封的益生菌相比，使用多种生物活性成分共包封的益生菌更为有效。在提高益生菌储存稳定性的主要保护机制和协同作用中，清除自由基以减少对益生菌的氧化应激、通过与壁材料相互作用提高微胶囊的结构完整性，以及发挥益生元功能促进益生菌生长，被认为是这些多生物活性共包封系统中最有前景的途径。此外，提高益生菌对肠道上皮细胞的粘附性和抑制病原菌的生长也被认为是由生物活性成分介导的最有效的保护策略，确保益生菌在胃肠道中的成功定植和存活率。尽管多种生物活性成分对包封益生菌的稳定性和存活率的协同效应是不可否认的，但涉及这一有益效果的具体机制尚未完全明了。因此，未来的研究应优先进行体内和临床验证，以确认摄入后的益生菌存活率、定植效率和功能效果。更深入的分子水平机制理解，例如阐明壁材料与生物活性成分之间或生物活性成分与益生菌细胞表面之间的具体结合相互作用，对于合理的设计也非常重要。可以使用FTIR、NMR光谱和分子对接模拟等技术来表征这些结合相互作用，并量化其强度和特异性。包括纳米结构载体、刺激响应型包封系统、3D打印和微流控辅助包封在内的新兴技术，代表了提高益生菌稳定性和在功能性食品系统中实现靶向递送的有希望的未来方向。从工业角度来看，将实验室规模的共包封系统转化为大规模、成本效益高且符合监管要求的应用仍然是一个主要挑战。这一领域的关键障碍包括高生产成本、加工和储存过程中的稳定性损失，以及缺乏针对多生物活性功能性食品的明确监管框架。未来的工作应重点优化可扩展的技术，如喷雾干燥、冷冻干燥和挤出，同时确保产品的一致性、安全性和标准化。最重要的是，消费者对这些多生物活性共包封产品的接受度将取决于产品的可负担性、感官质量和可信的健康声明，这突显了科学家、行业利益相关者和监管机构之间密切合作的必要性，以实现市场的成功整合。

作者贡献
Poorni Sandupama Wadu参与了概念化、文献回顾和手稿撰写（初稿）。Wee Sim Choo参与了概念化和手稿撰写（审阅和编辑）。所有作者都阅读并批准了最终稿件。

致谢
本研究得到了马来西亚莫纳什大学的支持。

利益冲突
作者声明没有利益冲突。

数据可用性声明
由于本研究中没有生成或分析任何数据集，因此不适用数据共享。