海藻酸钠基益生菌凝胶的多样化改性策略及其在食品中的应用潜力
海藻酸钠基益生菌凝胶的多样化改性策略及其在食品中的应用潜力
在后疫情时代，益生菌作为新兴功能因子的需求量迅速增长。然而，商业化益生菌产品往往受到加工条件、贮藏环境及宿主消化等不良因素的影响，导致益生菌活性降低，从而影响其保健功效。微胶囊化技术广泛应用于生物活性物质的递送，尤其是基于海藻酸钠的壁材设计，通过物理、化学及其协同方法将海藻酸钠与其他材料相结合，旨在最大化其优势并有效弥补不足。这些新型策略不仅实现了对凝胶结构的精细调控，还赋予了微胶囊优异的抗氧化性能与长期贮存稳定性，确保益生菌在复杂食品基质（如乳制品、饮料或面包）中的有效保持，同时在口服胃肠道递送中表现出良好的控释能力，为益生菌产品在食品工业中开辟了更广阔的应用前景。
海藻酸钠概述
海藻酸钠是一种天然阴离子多糖，由ɑ-L-古罗糖醛酸和β-D-甘露糖醛酸通过β-1,4-糖苷键连接而成，具有广泛的分子质量。它的成膜机制依赖于分子链上的羧基和羟基，这些官能团可以与水分子形成氢键，进而形成胶体颗粒，并在二价阳离子（如Ca2+）存在时交联形成水凝胶。海藻酸钠的M/G比率、排列顺序、GG链段长度和分子质量是影响其水凝胶性质的关键因素。海藻酸钠微胶囊化方法分为外部凝胶化和内部凝胶化，前者操作简单但可能存在稳定性问题，后者形成更均匀稳定的凝胶结构。
海藻酸钠已广泛应用于食品和医药工业，特别是在生物活性物质的胃肠道递送领域。它能够提高活性分子的稳定性，实现靶向释放，并具有高生物黏附性，延长材料在结肠的停留时间。然而，单独的海藻酸钠微胶囊存在稳定性弱、阻隔性能有限等局限性，通过与新型材料结合的策略可以克服这些问题。
不同改性方法制备的海藻酸钠基复合微胶囊
随着新型材料的不断出现和益生菌包埋靶点的多样化，微胶囊改良的关键已转向海藻酸盐的组合效应。因此本部分概述了海藻酸钠基复合微胶囊的制备方法，包括物理和化学改性策略。物理方法涉及将海藻酸钠与非阳离子多糖如卡拉胶、果胶、阿拉伯胶以及双乳液等混合，以增强凝胶的结构强度和机械性能，提高对益生菌的保护效果。化学方法主要包括海藻酸钠与壳聚糖及其衍生物、蛋白质等的络合，通过形成多电解质复合物或互穿网络结构来提升微胶囊的稳定性和控释性能。协同改性则结合了物理和化学方法，利用多种壁材的优势互补，以实现更高效的益生菌保护和递送。这些改性方法旨在提高海藻酸钠凝胶的机械强度、稳定性、吸水性和生物相容性，以满足食品工业中不同应用的需求，并确保益生菌在复杂环境如胃肠道中的生存能力和健康益处。
海藻酸钠基微胶囊化益生菌的应用及挑战
在乳制品中，海藻酸钠微胶囊技术能有效提高益生菌在酸乳、干酪和黄油等产品中的存活率，同时保持产品的物理化学性质和感官属性。在饮料中，海藻酸钠胶囊化的益生菌在苹果汁和乳清基饮料中表现出良好的稳定性和活性。此外，微胶囊化益生菌也被成功应用于烘焙产品和巧克力中，显示出在热加工和贮藏过程中的耐受性。然而，研究者们仍面临确定合适微胶囊粒径、优化干燥方式和体系协同效应等挑战。例如，合适的粒径对于确保益生菌的保护效果和食品的感官接受度至关重要，而干燥过程中的存活率低是商业化应用的限制因素。此外，由于研究条件的多样性，很难总结出凝胶体系的最佳组合效应。因此，未来的研究需要关注统一的模拟程序和实验条件，以及与益生菌菌种和食物基质的匹配，以科学合理地开发出适宜的海藻酸钠基微胶囊化益生菌产品。
展望
海藻酸钠水凝胶因其与细胞外基质的结构和化学相似性、理想的生物相容性、生物降解性和成本效益，在封装益生菌与益生元方面具有巨大应用潜力。然而，除了传统乳制品和饮料外，仍需积极探索并拓展富含益生菌及相关生物活性成分的产品，并扩展适用人群，提供个性化益生菌产品。未来可以结合基因工程、分子和蛋白质组学等对益生菌的生理特性和抗逆性能进行深入研究，将海藻酸钠与其他生物聚合物进行巧妙结合，以开发更高效的益生菌水凝胶封装系统，提升封装性能与益生菌存活率。同时，对含有微胶囊益生菌的健康食品应进行详尽的感官评估，推动其商业化进程，确保生产规模的可扩展性以及实施严格的质量控制措施，这将直接影响消费者的接受度与兴趣。随着对益生菌健康益处认识的提高和益生菌递送体系的改进，海藻酸钠基微胶囊化益生菌在未来的市场比重将会越来越大，为人类肠道健康事业的进步贡献重要力量。
本文原文来自东北农业大学李艾黎教授团队