西华大学农产品加工与贮藏团队与兰州大学联合发表：生物被膜态益生菌包裹在果胶钙珠中的耐受特性比较及表征分析

近期，我校食品与生物工程学院饶瑜教授和兰州大学动物医学与生物安全学院刘蕾研究员合作在国际食品TOP期刊LWT - Food science and technology (Q1，IF：6.0) 发表题为 “Stress tolerance and characterization of biofilm-like probiotic bacteria encapsulated in calcium pectin beads”的研究性论文，兰州大学动物医学与生物安全学院刘蕾研究员和西华大学研究生邓佳为共同第一作者，通讯作者为西华大学食品与生物工程学院饶瑜教授。

该研究将生物被膜和微胶囊技术相结合，成功制备了生物被膜态的高密度益生菌微胶囊（>10 log CFU/g）。类植物乳杆菌L-ZS9在果胶钙珠（CPB）中培养，原位形成生物被膜 (CPB-Biofilm-situ)。耐受性实验表明，CPB-Biofilm-situ对酸、胃肠道环境和冷冻干燥具有高度耐受性。此外，SEM显示，CPB-Biofilm-situ的细胞显示出边缘化趋势。果胶钙珠的含水量约为10%，这被认为是可接受的，并且还测定了CPB的质地特征。利用傅立叶变换红外光谱（FTIR）和热重分析（TGA）对果胶钙珠的理化性质和结构进行了研究。这项工作为制备新一代生物被膜状态的益生菌制剂提供了重要参考。

成果介绍

研究亮点

生物被膜态L-ZS9培养完成后包埋在果胶钙珠中形成CPB-Biofilm-ex。

L-ZS9原位培养在果胶钙珠内，形成CPB-Biofilm-situ。

除渗透压胁迫外，CPB-Biofilm-situ耐受性优于CPB-Biofilm-ex。

与CPB-Biofilm-ex相比，CPB-Biofilm-situ菌株分布呈现边缘化趋势。

CPB-Biofilm-situ与CPB-Biofilm-ex有着显著不同的理化结构性质。

研究结论 

该研究在CPB中原位培养类植物乳杆菌L-ZS9，成功制备了密度超过10 log CFU/g的生物被膜态益生菌微胶囊。与Planktonic、Biofilm和CPB-Biofilm-ex相比，CPB-Biofilm-situ对酸、体外模拟胃肠道和冷冻干燥的胁迫表现出更大的耐受特性。同时发现这种培养方法也会改变CPB的质地特征。随着孵育时间的增加，微胶囊变得更圆润饱满，细胞更集中在CPB的外围。FTIR结果表明菌株成功地被包裹在CPB中，在果胶和菌株之间没有形成新的化学键，即主要通过物理作用将其包埋。然而不同方法制备的CPB理化性质表现出一定的差异。该研究成功制备了处于生物被膜态的新型益生菌微胶囊，从而有助于进一步了解其理化性质和耐受特性。

图文赏析

Figure 1: Shape and color of calcium pectin beads: (A) Control; (B) CPB-Biofilm-situ; (C) CPB-Biofilm-ex.

Figure 2: Growth curve of L-ZS9, for which the viable bacteria count of the samples was measured every 3 hours until the 48th hour: (A) Growth curve of L-ZS9 in biofilm cultures; (B) Growth curve of L-ZS9 in CPB-Biofilm-situ.

Figure 3: Tolerance properties of L-ZS9: (A) Resistance to acidic stress; (B) Resistance to osmotic stress; (C) Resistance to freeze-drying; (D) Resistance to simulated gastrointestinal tract (GIT) media.

Figure 4: Texture profile analysis (TPA) of calcium pectin beads: (A) Hardness; (B) Springiness; (C) Gumminess; (D) Chewiness.

Figure 7: Thermal gravimetric analysis (TGA) spectrum of calcium pectin beads: (A) Control; (B) CPB-Biofilm-situ; (C) CPB-Biofilm-ex.

Figure 5: Scanning electron microscopy (SEM) of calcium pectin beads: (A) Surface morphology of calcium pectin beads; (B) Distribution of strains in CPB-Biofilm-situ and CPB-Biofilm-ex.

Figure 6: Fourier transform infrared spectroscopy (FT-IR) of pectin and calcium pectin beads.

专家/团队介绍

刘蕾，博士、兰州大学动物医学与生物安全学院青年研究员、硕士生导师。2017年毕业于中国农业大学食品生物技术专业。主要从事微生物资源挖掘、利用与控制等方面的教学与科研工作，主持国家自然科学基金青年基金、教育部春晖计划等项目。以第一作者或通讯作者在International Journal of Food Microbiology、Food & Function、Journal of Functional Foods、 LWT - Food Science and Technology、Frontiers in Microbiology等著名Top期刊发表SCI收录论文20余篇。

饶瑜，博士，西华大学食品与生物工程学院教授，硕士生导师，副院长。美国麻省大学阿默斯特分校（UMass Amherst）访问学者，四川省农业产业技术创新联盟副理事长，四川省海外高层次留学人才。主要从事果蔬益生发酵与高值化利用、农产品加工与贮藏中的微生物问题研究。主持国家自然科学基金、四川省重点研发、四川省应用基础项目等多项。第一作者或通讯作者发表SCI收录论文20余篇，授权国家发明专利3项。为International Journal of Food Microbiology, Food Control，Food & Function等期刊审稿人。获省级科技进步三等奖1项、市级科技进步三等奖1项。四川省一流本科课程负责人，主编教材1部，参编专著1部、教材3部。

邓佳，西华大学食品与生物工程学院2021级硕士研究生，研究方向为食品科学与工程，主要探究微生物发酵性能及新型益生菌制剂的制备，研究成果发表在LWT - Food Science and Technology国际食品TOP期刊，在首届食品青年科学家峰会硕士新锐专场进行学术汇报。