本期介绍南昌大学万昊教授等发表在《中国食品学报》第24卷第4期青年论坛专刊特约专栏上的文章《乳酸乳球菌的单菌包埋技术及在胃肠道环境中的性能评价》。
1.背景及目的
目前，有多种方法可以帮助益生菌在口服过程中存活和繁衍，并提高益生菌的肠道定殖效率，如挤出、冷冻干燥、喷雾干燥和微胶囊化等。这些方法虽然在一定程度上提升了益生菌在肠道中的活性，但是存在操作复杂、产率低等问题，同时可能对益生菌造成机械损伤。因此，迫切需要找到一种简单有效的方法来包埋益生菌，以增强益生菌对胃肠道环境应激的抵抗能力，延长益生菌在肠道的滞留时间，提高益生菌定殖率，达到更好地发挥益生菌在体内效能的目的。
β-葡聚糖（GN）是一种常见的益生元，广泛存在于大麦、小麦和燕麦等天然植物中，可被肠道菌群代谢为短链脂肪酸，表现出丰富的生理活性，如改善肠道环境，增加肠道菌群丰度和修复肠道屏障等。除了优越的生物活性，GN的大孔蜂窝状结构，可以比任何其它壁材更有效地捕获微生物。由于GN在上消化道稳定，可以减轻益生菌在进入肠道过程中失活的风险，提高益生菌的存活率，并将益生菌高浓度地输送到指定部位，因此现已作为益生菌包埋壁材使用。然而，GN存在黏度大、溶解性差等问题。羧甲基化β-葡聚糖（mGN）在不改变GN空间结构的同时，在很大程度上解决了其难溶于水的问题，并提升了GN的生物活性。然而，mGN无法直接黏附在单个益生菌的表面对其进行保护。寻找到能够连接内层益生菌与壁材mGN的“桥梁”，是实现mGN对单个益生菌包埋的关键。金属-酚醛网络是由酚类配体（如单宁酸）和金属离子（如Fe3+）组成的超分子复合物，可通过一步法简便地组装成配位络合物，并黏附在多种材料表面。酚类物质具有较多羟基和较高的黏附能力，可通过氢键作用将mGN吸附到金属-酚醛网络结构的表面，达到mGN对益生菌包埋的目的。
乳酸乳球菌（Lactococcus lactis，LL）是乳酸菌属中的一种重要模式菌，同样也是食品级微生物（Generally regards as safe，GRAS），被广泛应用于食品工业。LL具有促进消化，维持肠胃菌群平衡，提高宿主免疫力和加固肠道黏膜等作用。然而，关于乳酸乳球菌包埋的研究较少，而包埋单个乳酸乳球菌的研究更鲜见报道。基于此，本研究以mGN作为壁材，通过金属-酚醛网络的桥联作用，将mGN黏附在LL表面，旨在探究其对所包埋的LL胃肠道耐受性及肠道滞留能力的影响。
2.研究方法
使用羧甲基化β-葡聚糖（mGN），通过金属-酚醛网络结构（Fe-TA）的桥联作用，将其黏附在乳酸乳球菌（LL）表面，构建乳酸乳球菌的包埋体系LL@Fe-TA@mGN，并评价LL@Fe-TA@mGN对胃液与胆盐的抗性及其在体内的滞留能力。
3.研究结果
当mGN的质量浓度为0.12 mg/mL时，LL@Fe-TA@mGN体系的粒径和zeta-电位都达到峰值，表明该质量浓度为mGN包埋单个乳酸乳球菌的最佳质量浓度。在MRS液体培养基中，LL@Fe-TA@mGN的生长曲线与LL的生长曲线没有显著性差异，说明mGN的毒性可以忽略不计。在扫描电镜与透射电镜分析中均可清晰地看到一层“膜”完整地包覆在乳酸乳球菌表面。经2 h模拟胃液与胆盐的孵育，mGN包埋后的LL抗胃液能力与抗胆盐能力相比于未包埋的LL分别提升14.63倍与1.94倍。体内荧光成像实验证实LL@Fe-TA@mGN具有更强的肠道滞留能力。
图1 包埋过程中使用的mGN质量浓度（0~0.2 mg/mL）对LL@Fe-TA@mGN粒径的影响
图2 包埋过程中mGN质量浓度（0~0.2 mg/mL）对LL@Fe-TA@mGN zeta-电位的影响
图3 LL与LL@Fe-TA@mGN的生长曲线
图4 LL（a）与LL@Fe-TA@mGN（b）的SEM图（×30k）
图5 LL（a）与LL@Fe-TA@mGN（b）的TEM图（×30k）
图6 LL与LL@Fe-TA@mGN暴露在模拟胃液（pH 2.5）中的存活率
图7 LL与LL@Fe-TA@mGN暴露在胆盐中的存活率
图8 小鼠灌胃Cy-5标记的LL或者LL@Fe-TA@mGN后的体内成像
4.研究结论
以羧甲基化β-葡聚糖为壁材，通过金属-酚醛网络结构的桥联作用，可实现对单个乳酸乳球菌的完整包埋。这种包埋方法简单、快速，在不改变乳酸乳球菌自身结构的情况下，可显著提升乳酸乳球菌的抗胃液与抗胆盐能力，并延长其在体内的滞留，从而帮助乳酸乳球菌在体内更好地繁殖。研究结果为乳酸乳球菌包埋体系的构建提供了新思路，并为提高乳酸乳球菌在胃肠道的活性提供了理论依据。
原文链接：https://kns.cnki.net/kcms2/article/abstract?v=MTbc36RhFpTBbMfi4EhPLuQJo089rN4bfE2J_AUAJU9KroTop0zUeCH0FSfYAYKp3fSli2EOEC9fHDfVVkJlSm0Nn8XAAJ_2TzPrMU8Fe-BgX1xlWvBV-Q==&uniplatform=NZKPT
