具有控制释放特性和长期储存稳定性的纤维素微凝胶包封植物乳杆菌体系

Carbohydrate Polymers (IF: 6.044，2区)

校审：曹林

内容介绍

●研究背景

寄生于人类肠道中近100万亿的微生物与宿主有着密切的共生关系，而益生菌的摄入则有利于建立一个健康的肠道菌群系统。然而通过口服摄入的益生菌面临胃酸以及各种消化酶的作用，使其活性受到影响，因此，使用具有生物相容性的聚合物对益生菌进行包封的研究受到了人们的广泛关注。在本文的研究中，我们报道了制备海藻酸钙/低温保护剂/纤维素微凝胶复合（ACFP）胶囊从而保护植物乳杆菌的方法，并对低温保护剂中各成分（乳清分离蛋白、海藻糖、丙三醇）的最佳比例进行了研究，还对ACFP在模拟消化液中释放植物乳杆菌的行为以及其储存稳定性进行了试验。

●研究方法

1. 纤维素微凝胶的制备。5 wt% 天然纤维素 + 4.6 wt% 碱性溶液 + 12 wt% 尿素混合后放入-20 oC冰箱中，12 h后取出置于室温环境中解冻得到纤维素溶液。离心纤维素溶液以消除气泡（4 oC，6000 rpm，4 min），将40 mL纤维素溶液滴入含有200 mL石蜡油、3 g司盘80和1 g吐温80的混合悬浮液中，混合液在15 oC，400 rpm条件下进行剧烈但均匀的搅拌，3 h后加入10%稀盐酸调节混合液pH至7。用去离子水和热乙醇清洗纤维素微凝胶，去除残留石蜡油和表面活性剂，最后，冻干纤维素微凝胶备用。

2. 不同组分比例的低温保护剂的制备。海藻糖（(5 wt%，10 wt%，15 wt%）＋丙三醇（2 wt%，5 wt%，10 wt%）混合后121 oC灭菌15 min，加入乳清分离蛋白（5 wt%，10 wt%，15 wt%）。向保护剂溶液中加入植物乳杆菌，通过对比冷冻干燥前后的活菌数，获得最佳组分比例的低温保护剂。

3. 海藻酸钙/低温保护剂/纤维素微凝胶复合（ACFP）胶囊的制备。将纤维素微凝胶与100 mL MRS培养基混合，121 oC灭菌15 min，接种2 mL植物乳杆菌，30 oC培养24 h，过筛获得纤维素凝胶包封的植物乳杆菌，将其加入至最佳组分比例的低温保护剂和5 wt% 海藻酸钠溶液中。混合液通过注射器逐滴加入到灭菌的CaCl2（0.05 M，50 mL）溶液中进行磁力搅拌，过筛得到ACFP胶囊。

●研究结果

SEM结果表明纤维素微凝胶为孔隙大小不均、直径在400 µm左右的多孔球形。冷冻干燥前后植物乳杆菌的活菌数量对比结果表明，低温保护剂的最佳配比为10 wt% 海藻糖，2 wt% 丙三醇和10 wt% 乳清分离蛋白，在该配比保护剂作用下，冷冻干燥后活菌数由4.9×107 cfu/mL仅下降至2.9×107 cfu/mL。溶胀实验结果表明在模拟胃液中2 h内ACFP胶囊保持了较好的完整性，而在模拟肠液中海藻酸钙逐渐分解，180 min后释放出纤维素微凝胶包封植物乳杆菌体系。活菌释放特性研究结果表明在模拟肠液中210 min后，ACFP胶囊释放出活菌2.6×106 cfu/mL，表现出较强的控制释放能力。储藏稳定性实验结果表明0.1 g干燥的ACFP胶囊4 oC保存160 d后，其活菌释放量为3.3×106 cfu/mL，具有较好的储藏稳定性。

●研究结论

ACFP胶囊对真空冷冻干燥造成的损害具有良好的耐受性，其中所含成分对其结构以及封装起着重要作用。本文的研究结果为包封益生菌，以增强益生菌在模拟肠液中的控制释放特性和增加其长期储存稳定性提供了一种新方法。

原文链接

Encapsulation of Lactobacillus plantarum in cellulose based microgel with controlled release behavior and increased long-term storage stability. by Wei Li, Liming Liu, Huafeng Tian, Xiaogang Luo and Shilin Liu (2019).

学者简介

田华峰

田华峰，博士，北京工商大学材料与机械工程学院副教授，硕士研究生导师。2010年7月毕业于武汉大学高分子化学与物理专业（硕博连读），获博士学位，师从张俐娜院士。2010年9月进入北京工商大学工作，目前主要承担本科生《高分子物理》、《聚合物改性》、《高分子材料进展》、《绿色包装》等课程。先后主持、参加多项国家级和省部级科研项目，取得过多项成果。2011-2013年连续三年获“北京工商大学理工类青年教师科研优秀奖”。2015年获得“北京工商大学科技进步奖”二等奖。在聚酰亚胺泡沫材料、基于可再生资源高分子材料、生物降解材料的制备和应用技术等研究方面积累了丰富经验。发表SCI论文30余篇，申请专利5项（授权1项）；合作撰写国内专著3部，国外英文专著2部。

罗晓刚

罗晓刚，博士，武汉工程大学化工与制药学院化学工程与技术特聘教授，学科带头人。研究方向为生物质化工技术与材料、纤维素基或碳基催化剂设计理论与应用、天然高分子基药用辅料和绿色工业生物聚氨酯的设计与工程。参与国家重点基础研究发展计划(973计划：2010CB732203)，国家高新技术研究发展计划(863计划：2003AA333040)，科技支撑计划(2006BAF02A09），国家自然科学基金重点项目(59933070），国家自然科学基金项目(20874079）等。

刘石林

刘石林，博士，华中农业大学食品科技学院教授，博士研究生导师。主要从事天然多糖分子的改性与功能化设计研究，研究内容主要集中于植物纤维素、细菌纤维素和真菌纤维素的功能化与分子设计研究。以纤维素多糖为研究对象，通过一定的改性，赋予其新的功能，并开展其在食品乳化、功能食品活性因子的递送、食品配料以及安全检测等领域的研究。目前主持国家自然科学基金2项，湖北省自然科学基金1项，国家科技支撑子课题等项目。发表SCI论文60余篇；申请专利16项，授权14项，参与编写著作4部，其中英文著作3部。