近期，河南科技大学食品与生物工程学院古绍彬教授团队在《International Journal of Molecular Science》（Q1，IF8.5）发表了题为“Optimization of pH-responsive microgel for the co-delivery of Weizmannia coagulans and procyanidins to enhance survival rate and tolerance”的研究性论文。2022级硕士研究生张晴为第一作者，古绍彬教授、铁珊珊讲师为通讯作者。![]()
研究背景
凝结魏茨曼氏菌具有乳酸菌和杆菌的双重特性，可以在肠道中产生大量的乳酸、氨基酸和维生素，抑制有害细菌的生长，调节肠道微生物群的平衡。但既往研究发现，凝结魏茨曼氏菌在低pH、高胆盐条件下存活率相对较低，最终会随肠道蠕动排出体外。大量研究也证实，益生菌通过胃酸环境后的存活率只有千分之几到百万分之几，即使是孢子，存活率也只有10% ~ 30%。因此，有必要寻找一种合适的方法来提高口服益生菌的存活率和可得性。
本研究以果胶和乳清蛋白分离物（WPI）为壁材，采用微乳法制备pH响应微凝胶体系，用于装载Weizmannia coagulans BC99（BC99）和PCs。对微凝胶的形态、包封效率、粒径、抗氧化活性等进行了表征。随后，研究了微凝胶在模拟胃肠道条件下对益生菌的保护作用和ph响应作用，并评估了微凝胶包封的益生菌对过氧化氢和抗生素的耐受性。本研究将为益生菌与功能组分共载的开发提供理论和技术支持。
该研究成功制备了BC99和PCs共递送的pH响应型微凝胶，提高了益生菌的存活率和耐受性。以果胶、乳清蛋白和Ca2+为壁材，采用微乳法制备不同浓度PCs和BC99共递送的微凝胶。当PCs浓度为20 μg/mL时，BC99微凝胶呈球形，粒径较为均匀，包封效率较好。PCs与BC99共递送可促进BC99的生长，改善微凝胶的外屏障结构，赋予微凝胶较强的抗氧化能力，从而降低胃酸、胆汁盐、消化酶、温度、活性氧、抗生素等复杂微环境对BC99存活率的影响。此外，该微凝胶还具有pH响应特性，可有效实现BC99在中性肠道环境中的释放。因此，制备的微凝胶可提高BC99的存活率和耐受性，为其他益生菌与功能成分的共投提供理论参考。![]()
Fig. 1. (a) The preparation schematic diagram of co-loaded BC99 and PCs microgels. (b) The fluorescent distribution of Nile Blue A-labeled pectin, Hoechst 3325-labeled BC99 and 5-DTAF-labeled PCs in microgels (Scale bar: 30 μm). (c) SEM images of BC99, PE, PPs and BPPs-0∼200 (Scale bar: 6 μm). Note: Weizmannia coagulans 99: BC99, PE: without BC99 and PCs, PPs: containing only PCs, BPPs-0∼200: containing BC99 and different concentrations of PCs (0, 5, 10, 20, 40, 100, 200 μg/mL).![]()
Fig. 3. FTIR spectra of (a) pectin, WPI, PE microgel, (b) PCs, PPs microgel, and (c) BPPs-0∼200 microgels. (d) Schematic diagram of the intermolecular structural interactions of pectin, WPI, PCs and Ca2+. Differential scanning calorimetry (DSC) curves of (e) pectin, WPI, PE microgel, (f) PCs, PPs, and (g) BPPs-0∼200 microgels. Note: WPI: whey protein isolate, PCs: procyanidins, PE: without BC99 and PCs, PPs: containing only PCs, BPPs-0∼200: containing BC99 and different concentration of PCs (0, 5, 10, 20, 40, 100, 200 μg/mL).
Fig. 5. Number of viable bacteria after free BC99, BPPs-0 (containing only BC99) and BPPs-20 microgels (containing BC99 and 20 μg/mL PCs) were intervened by (a) pH, (b) bile salts, (c) digestive enzyme and (d) temperature.
Fig. 6. (a) Flow chart of in vitro digestion. (b) The number of viable bacteria and (c) growth curves after in vitro digestion of free BC99, BPPs-0 (containing only BC99) and BPPs-20 microgels (containing BC99 and 20 μg/mL PCs). (d) Fluorescence image of BC99 in Hoechst 33258-labeled BPPs-20 after simulated digestion, scale bar = 20 μm. Note: control (CON), simulated gastric fluid (SGF), simulated intestinal fluid (SIF).
原文链接
https://doi.org/10.1016/j.foodchem.2024.141691
铁珊珊，博士，河南科技大学食品与生物工程学院讲师，主要研究方向：食品功能因子稳态化靶向递送及精确营养研究。目前以第一作者在Chemical Engineering Journal, Journal of Agricultural and Food Chemistry, Food Science and Human Wellness等国际期刊发表SCI论文8篇，目前在研国家自然科学基金和青年人才托举项目两项。古绍彬，教授，博士生导师，河南科技大学食品与生物工程学院院长，河南省食品微生物工程技术研究中心主任，兼任河南省生物工程类专业教学指导委员会委员，河南省食品科学技术学会副理事长、河南省农产品加工与贮藏工程学会副理事长、河南省生物工程学会理事；河南省教学名师、河南省教育系统优秀共产党员、河南省优秀硕士学位论文指导教师、河南省高校青年骨干教师、洛阳市优秀科技杰出人才、洛阳市优秀教师。主要从事食品微生物、食品加工与功能评价、益生菌科学技术等领域研究。主持河南省研究生优质课程、河南省一流课程、河南省精品在线开放课程等，主持获河南省教学成果一等奖。主持完成国家自然基金、省自然基金等省部级项目20余项。获河南省科技进步一等奖、河南省科技进步三等奖、中国商业联合会一等奖、中国食品工业协会一等奖、中国食品科学与技术学会二等奖、中国轻工联合会二等奖等。发表学术论文200余篇，其中SCI、EI收录80余篇，申报国家发明专利40件，授权发明专利22件，出版教材著作5部。
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