益生菌賦予宿主多種健康益處，并可用于防治胃腸道和非胃腸道疾病，例如腹瀉、結(jié)腸癌、肥胖癥、神經(jīng)系統(tǒng)疾病、糖尿病和炎癥等。然而益生菌在生產(chǎn)加工，儲存和消化過程中受各種環(huán)境因子作用進而影響其活菌存活率。

我國衛(wèi)計委明確規(guī)定：“活性益生菌保健食品在其保質(zhì)期內(nèi)活菌數(shù)不得低于106 CFU/mL（CFU/g）”。2022年中國營養(yǎng)保健食品協(xié)會發(fā)布《益生菌食品活菌率分級規(guī)范》，對益生菌產(chǎn)品的益生菌活菌率進行分級，其中只有活菌率大于等于50%才能滿足1級標(biāo)準(zhǔn)，說明益生菌活菌率對于益生菌產(chǎn)品至關(guān)重要。然而，益生菌的穩(wěn)定性較差，在經(jīng)過菌種冷凍保藏、加工、貯藏和體內(nèi)消化等環(huán)節(jié)之后，活菌數(shù)量會急劇下降，可能難以達到106 CFU/mL（CFU/g），因此，難以在人體內(nèi)發(fā)揮預(yù)期的有益作用。

近年來，遞送載體在保護益生菌耐加工貯藏穩(wěn)定性和體內(nèi)存活率方面具有較大優(yōu)勢，是解決益生菌存活率低的有效策略。載體對益生菌進行包埋，可屏蔽高溫、高濕和氧氣等不良環(huán)境影響，并能夠在胃液低pH值環(huán)境中形成保護屏障，保護益生菌免受胃酸侵蝕，有效減少益生菌在胃部的損失，增強益生菌活性；到達腸道后載體通過響應(yīng)性釋放出益生菌；且壁材大分子與黏蛋白之間存在較強相互作用，可以提高益生菌在腸道的黏附和定植能力。

封裝益生菌的聚合物載體

目前，用于封裝益生菌的主要聚合物分為酶敏感聚合物、氧化還原敏感聚合物、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遞送的主要載體之一。直鏈淀粉、殼聚糖、硫酸軟骨素、環(huán)糊精、右旋糖酐、菊粉、瓜爾豆膠、果膠和刺槐豆膠等多糖類物質(zhì)均屬于酶敏感聚合物，可用作載體將益生菌靶向遞送至結(jié)腸。

其主要機制是結(jié)腸中分泌了多種水解酶，如 β-D-半乳糖苷酶、β-D-葡萄糖苷酶、糖苷酶、淀粉酶、果膠酶、葡聚糖酶和 α-D-木糖苷酶，這些酶可切割多糖的糖苷鍵，因此具備這些糖苷鍵的多糖在胃和小腸中保持穩(wěn)定，但在結(jié)腸中降解。

殼聚糖是由β-D-氨基葡萄糖和 N-乙?；?D-氨基葡萄糖隨機分布組成的陽離子線性多糖，具有生物相容性、生物可降解性。此外殼聚糖還具有與陰離子聚合物以及帶負(fù)電的粘膜表面相互作用的能力，適合作為載體應(yīng)用于高活性益生菌食品和藥品中。

2、氧化還原敏感聚合物

結(jié)腸菌群會產(chǎn)生還原酶，例如硝基還原酶，偶氮還原酶，N 氧化物還原酶，亞砜還原酶和氫化酶。與降解多糖的水解酶類似，這些酶也可以降解帶有特定化學(xué)基團的聚合物載體，有效的釋放靶向遞送至結(jié)腸的“聚合物-益生菌”。

最常見的還原酶是偶氮還原酶，它可以破壞含偶氮聚合物（如含偶氮的聚氨酯和偶氮聚合物水凝膠）中的偶氮鍵，進而控制益生菌從聚合物中釋放的速度。如利用硫代透明質(zhì)酸的自交聯(lián)特性成功制備了包被鼠李糖乳桿菌的透明質(zhì)酸水凝膠，該水凝膠對氧化還原敏感，可控釋益生菌，能有效保護益生菌免受胃腸道胃酸、膽汁酸等脅迫，且對病原菌鼠傷寒沙門氏菌（ST）具備較好的抑制作用；該系統(tǒng)具備可控性好、穩(wěn)定性強、生物相容性高等優(yōu)點，并在腸炎小鼠模型中顯示出較好的治療效果，促進了多功能益生菌輸送系統(tǒng)在食品或藥物領(lǐng)域的應(yīng)用。

3、pH敏感聚合物

胃、小腸和結(jié)腸之間的 pH 存在明顯差異，所以，可以使用對 pH 敏感的聚合物將益生菌靶向遞送至目標(biāo)部位。這些聚合物可以在胃的酸性pH 環(huán)境中保護益生菌，并在結(jié)腸和回腸中較高的pH 環(huán)境中遞送、釋放益生菌。

合成的 pH 敏感聚合物主要有丙烯酸衍生物，纖維素聚合物。如利用滴制法或噴制法在水介質(zhì)中制備新型的羧甲基纖維素-殼聚糖聚合物顆粒，交聯(lián)后的聚合物孔隙率和機械穩(wěn)定性更高，在pH 2.4環(huán)境下穩(wěn)定性強，而在pH 7.4條件下有效崩解。該壁材封裝鼠李糖乳桿菌LGG膠囊后活菌存活率提高了61.81%，可用于益生菌膠囊化及腸道遞送系統(tǒng)。

不過，基于pH 敏感型聚合物的輸送系統(tǒng)有一些局限性。例如，受飲食、疾病等體內(nèi)和體外多因素的影響，胃腸道的pH值會發(fā)生不同程度的變化。因此，不同類型遞送聚合物（如 pH 敏感聚合物和酶敏感聚合物）的配伍組合是未來靶向益生菌遞送系統(tǒng)的主要研究方向之一。

4、其他聚合物

具有兩親性質(zhì)的蛋白質(zhì)（如明膠，乳清蛋白和酪蛋白等）也是一類重要的聚合物，可用于封裝益生菌。聚乳酸-羥基乙酸共聚物（PLGA）、聚丙烯酰胺和聚乙烯醇（PVA）等合成聚合物是也可用于遞送益生菌，但因需要有機溶劑來溶解聚合物，限制了此類合成聚合物用在靶向益生菌遞送系統(tǒng)中的應(yīng)用。

益生菌遞送系統(tǒng)新技術(shù)的應(yīng)用

1、逐層涂覆技術(shù)

益生菌遞送系統(tǒng)逐層涂覆技術(shù)是指益生菌微囊化之后，將其置于與壁材表面電荷相反的多種聚合物溶液中，在微囊粒子表面進行逐層涂覆，減少益生菌在高氧、高 pH 值等“惡劣”環(huán)境中的暴露。

逐層涂覆技術(shù)原理是基于聚合物材料之間的氫鍵和靜電相互作用。離子型水凝膠如藻酸鹽等是封裝益生菌常用的包被材料，但因壁材固有的理化特性容易導(dǎo)致封裝的益生菌泄露，因此可利用殼聚糖等基質(zhì)進行二次涂覆，能有效克服單一離子型水凝膠封裝益生菌存在的缺陷。

研究證實，多層包被的藻酸鹽基質(zhì)可將益生菌靶向遞送至腸道，藻酸鈉/殼聚糖與MgO 等金屬離子制備的益生菌遞送系統(tǒng)還可有效降低微凝膠內(nèi)孔隙率，抑制氧氣對益生菌的侵蝕，增強益生菌的穩(wěn)定性。

2、聚電解質(zhì)絡(luò)合技術(shù)

利用正、負(fù)電荷聚電解質(zhì)之間的靜電作用建立聚電解質(zhì)絡(luò)合技術(shù)也是構(gòu)建益生菌遞送系統(tǒng)的重要技術(shù)之一。如殼聚糖分子鏈上的伯氨基與海藻酸鈉分子鏈上的羧基可反應(yīng)形成聚電解質(zhì)絡(luò)合物，殼聚糖的氨基和黃原膠的羧基之間的離子相互作用形成的水凝膠網(wǎng)絡(luò)具有pH 敏感溶脹特性，可實現(xiàn)益生菌的靶向遞送以及和控制釋放功能。聚電解質(zhì)絡(luò)合工藝會直接影響微膠囊的形狀、尺寸以及均勻度，并影響其物化特性，所以需要根據(jù)微囊材料的具體特性改進相應(yīng)的絡(luò)合工藝技術(shù)。

3、電流體動力學(xué)技術(shù)

利用電流體動力學(xué)技術(shù)（如靜電紡絲和電噴霧）制備功能性納米微纖維（或微囊）和封裝益生菌菌體成為近年來的研究熱點。與傳統(tǒng)方法相比，電流體動力學(xué)技術(shù)是一種溫和、高效、直接、經(jīng)濟的方法。

據(jù)報道，通過靜電紡絲方法可封裝敏感的生物活性化合物，如 Omega-3 脂肪酸、維生素、天然抗氧化劑和益生菌。此外電流體動力學(xué)技術(shù)工藝還能夠封裝益生菌共培養(yǎng)物或包含其他功能化合物（例如益生元），滿足益生菌活菌的某些營養(yǎng)需求，提高存活率。

雖然電流體動力學(xué)技術(shù)在部分食品應(yīng)用中面臨著如何高效降解并釋放包埋物質(zhì)、靜電紡絲液的聯(lián)合配置、紡絲的均勻性與穩(wěn)定性差以及紡絲產(chǎn)量低等問題，但該技術(shù)投資相對較低，安裝維護方便，有望在益生菌行業(yè)中得到更廣泛的應(yīng)用。

參考資料：

[1]朱荻,陳莎男,梅曉宏,等.提高益生菌耐加工貯藏穩(wěn)定性和體內(nèi)存活率的遞送系統(tǒng)研究進展[J].食品科學(xué),2023,44(21):1-13.

[2]賈國超,陳曉鳳,張軍,等.基于聚合物載體的益生菌遞送系統(tǒng)：載體類型、性能評價及新技術(shù)應(yīng)用[J].現(xiàn)代食品科技,2022,38(07):338-344.

作者簡介：

小泥沙，食品科技工作者，食品科學(xué)碩士，現(xiàn)就職于國內(nèi)某大型藥物研發(fā)公司，從事營養(yǎng)食品的開發(fā)與研究。