益生菌封装聚合物载体及其递送新技术

益生菌赋予宿主多种健康益处，并可用于防治胃肠道和非胃肠道疾病，例如腹泻、结肠癌、肥胖症、神经系统疾病、糖尿病和炎症等。然而益生菌在生产加工，储存和消化过程中受各种环境因子作用进而影响其活菌存活率。

我国卫计委明确规定：“活性益生菌保健食品在其保质期内活菌数不得低于106 CFU/mL（CFU/g）”。2022年中国营养保健食品协会发布《益生菌食品活菌率分级规范》，对益生菌产品的益生菌活菌率进行分级，其中只有活菌率大于等于50%才能满足1级标准，说明益生菌活菌率对于益生菌产品至关重要。然而，益生菌的稳定性较差，在经过菌种冷冻保藏、加工、贮藏和体内消化等环节之后，活菌数量会急剧下降，可能难以达到106 CFU/mL（CFU/g），因此，难以在人体内发挥预期的有益作用。

近年来，递送载体在保护益生菌耐加工贮藏稳定性和体内存活率方面具有较大优势，是解决益生菌存活率低的有效策略。载体对益生菌进行包埋，可屏蔽高温、高湿和氧气等不良环境影响，并能够在胃液低pH值环境中形成保护屏障，保护益生菌免受胃酸侵蚀，有效减少益生菌在胃部的损失，增强益生菌活性；到达肠道后载体通过响应性释放出益生菌；且壁材大分子与黏蛋白之间存在较强相互作用，可以提高益生菌在肠道的黏附和定植能力。

封装益生菌的聚合物载体

目前，用于封装益生菌的主要聚合物分为酶敏感聚合物、氧化还原敏感聚合物、pH敏感聚合物以及其他聚合物。

1、酶敏感聚合物

酶敏感聚合物是益生菌靶向递送的主要载体之一。直链淀粉、壳聚糖、硫酸软骨素、环糊精、右旋糖酐、菊粉、瓜尔豆胶、果胶和刺槐豆胶等多糖类物质均属于酶敏感聚合物，可用作载体将益生菌靶向递送至结肠。

其主要机制是结肠中分泌了多种水解酶，如 β-D-半乳糖苷酶、β-D-葡萄糖苷酶、糖苷酶、淀粉酶、果胶酶、葡聚糖酶和 α-D-木糖苷酶，这些酶可切割多糖的糖苷键，因此具备这些糖苷键的多糖在胃和小肠中保持稳定，但在结肠中降解。

壳聚糖是由β-D-氨基葡萄糖和 N-乙酰基-D-氨基葡萄糖随机分布组成的阳离子线性多糖，具有生物相容性、生物可降解性。此外壳聚糖还具有与阴离子聚合物以及带负电的粘膜表面相互作用的能力，适合作为载体应用于高活性益生菌食品和药品中。

2、氧化还原敏感聚合物

结肠菌群会产生还原酶，例如硝基还原酶，偶氮还原酶，N 氧化物还原酶，亚砜还原酶和氢化酶。与降解多糖的水解酶类似，这些酶也可以降解带有特定化学基团的聚合物载体，有效的释放靶向递送至结肠的“聚合物-益生菌”。

最常见的还原酶是偶氮还原酶，它可以破坏含偶氮聚合物（如含偶氮的聚氨酯和偶氮聚合物水凝胶）中的偶氮键，进而控制益生菌从聚合物中释放的速度。如利用硫代透明质酸的自交联特性成功制备了包被鼠李糖乳杆菌的透明质酸水凝胶，该水凝胶对氧化还原敏感，可控释益生菌，能有效保护益生菌免受胃肠道胃酸、胆汁酸等胁迫，且对病原菌鼠伤寒沙门氏菌（ST）具备较好的抑制作用；该系统具备可控性好、稳定性强、生物相容性高等优点，并在肠炎小鼠模型中显示出较好的治疗效果，促进了多功能益生菌输送系统在食品或药物领域的应用。

3、pH敏感聚合物

胃、小肠和结肠之间的 pH 存在明显差异，所以，可以使用对 pH 敏感的聚合物将益生菌靶向递送至目标部位。这些聚合物可以在胃的酸性pH 环境中保护益生菌，并在结肠和回肠中较高的pH 环境中递送、释放益生菌。

合成的 pH 敏感聚合物主要有丙烯酸衍生物，纤维素聚合物。如利用滴制法或喷制法在水介质中制备新型的羧甲基纤维素-壳聚糖聚合物颗粒，交联后的聚合物孔隙率和机械稳定性更高，在pH 2.4环境下稳定性强，而在pH 7.4条件下有效崩解。该壁材封装鼠李糖乳杆菌LGG胶囊后活菌存活率提高了61.81%，可用于益生菌胶囊化及肠道递送系统。

不过，基于pH 敏感型聚合物的输送系统有一些局限性。例如，受饮食、疾病等体内和体外多因素的影响，胃肠道的pH值会发生不同程度的变化。因此，不同类型递送聚合物（如 pH 敏感聚合物和酶敏感聚合物）的配伍组合是未来靶向益生菌递送系统的主要研究方向之一。

4、其他聚合物

具有两亲性质的蛋白质（如明胶，乳清蛋白和酪蛋白等）也是一类重要的聚合物，可用于封装益生菌。聚乳酸-羟基乙酸共聚物（PLGA）、聚丙烯酰胺和聚乙烯醇（PVA）等合成聚合物是也可用于递送益生菌，但因需要有机溶剂来溶解聚合物，限制了此类合成聚合物用在靶向益生菌递送系统中的应用。

益生菌递送系统新技术的应用

1、逐层涂覆技术

益生菌递送系统逐层涂覆技术是指益生菌微囊化之后，将其置于与壁材表面电荷相反的多种聚合物溶液中，在微囊粒子表面进行逐层涂覆，减少益生菌在高氧、高 pH 值等“恶劣”环境中的暴露。

逐层涂覆技术原理是基于聚合物材料之间的氢键和静电相互作用。离子型水凝胶如藻酸盐等是封装益生菌常用的包被材料，但因壁材固有的理化特性容易导致封装的益生菌泄露，因此可利用壳聚糖等基质进行二次涂覆，能有效克服单一离子型水凝胶封装益生菌存在的缺陷。

研究证实，多层包被的藻酸盐基质可将益生菌靶向递送至肠道，藻酸钠/壳聚糖与MgO 等金属离子制备的益生菌递送系统还可有效降低微凝胶内孔隙率，抑制氧气对益生菌的侵蚀，增强益生菌的稳定性。

2、聚电解质络合技术

利用正、负电荷聚电解质之间的静电作用建立聚电解质络合技术也是构建益生菌递送系统的重要技术之一。如壳聚糖分子链上的伯氨基与海藻酸钠分子链上的羧基可反应形成聚电解质络合物，壳聚糖的氨基和黄原胶的羧基之间的离子相互作用形成的水凝胶网络具有pH 敏感溶胀特性，可实现益生菌的靶向递送以及和控制释放功能。聚电解质络合工艺会直接影响微胶囊的形状、尺寸以及均匀度，并影响其物化特性，所以需要根据微囊材料的具体特性改进相应的络合工艺技术。

3、电流体动力学技术

利用电流体动力学技术（如静电纺丝和电喷雾）制备功能性纳米微纤维（或微囊）和封装益生菌菌体成为近年来的研究热点。与传统方法相比，电流体动力学技术是一种温和、高效、直接、经济的方法。

据报道，通过静电纺丝方法可封装敏感的生物活性化合物，如 Omega-3 脂肪酸、维生素、天然抗氧化剂和益生菌。此外电流体动力学技术工艺还能够封装益生菌共培养物或包含其他功能化合物（例如益生元），满足益生菌活菌的某些营养需求，提高存活率。

虽然电流体动力学技术在部分食品应用中面临着如何高效降解并释放包埋物质、静电纺丝液的联合配置、纺丝的均匀性与稳定性差以及纺丝产量低等问题，但该技术投资相对较低，安装维护方便，有望在益生菌行业中得到更广泛的应用。

参考资料：

[1]朱荻,陈莎男,梅晓宏,等.提高益生菌耐加工贮藏稳定性和体内存活率的递送系统研究进展[J].食品科学,2023,44(21):1-13.

[2]贾国超,陈晓凤,张军,等.基于聚合物载体的益生菌递送系统：载体类型、性能评价及新技术应用[J].现代食品科技,2022,38(07):338-344.

作者简介：

小泥沙，食品科技工作者，食品科学硕士，现就职于国内某大型药物研发公司，从事营养食品的开发与研究。