钙离子对海藻酸包封益生菌冷冻干燥存活的影响

近日，Food Hydrocolloids在线发表了江南大学未来食品科学中心钟芳教授团队的研究成果“Effect of calcium ions on the freeze-drying survival of probiotic encapsulated in sodium alginate” (Yuan et al., Food Hydrocolloids. 2022. 130: 107668)。江南大学2020级博士生袁永凯为论文第一作者，钟芳教授为论文通讯作者。

为阐明长期以来海藻酸钙包封益生菌在冷冻干燥过程中存在的低存活率的共性问题，本研究探究了钙在这种严重的活性损失中的作用。本研究率先提出海藻酸钠的益生菌包封体系，对比了海藻酸钠和海藻酸钙包封体系对益生菌冻干存活的差异。然后确定了益生菌在冻干过程中存活丢失的主要阶段，并建立了与差异因素“钙离子”的浓度关系。进一步，提出“钙离子溶液模型”排除冻干过程中其他复杂干扰因素，明确益生菌存活与钙离子浓度的关系。最后通过相同离子强度下三种常见离子（钠、钾、镁）对益生菌存活的影响、透射电镜结合超薄切片技术、细胞壁/膜完整性、胞内代谢活性及胞内钙离子浓度实验对钙离子损伤益生菌的机制予以探究。

结果表明，与海藻酸钠相比，包埋在海藻酸钙中的LGG的冷冻干燥存活至少降低0.6 log/CFU或完全丧失。海藻酸钙包埋的LGG存活丢失主要在干燥阶段，与钙离子浓度的增加呈正相关。钙离子溶液模型表明，在钙浓度高于1.5M时表现出显著的存活丢失，并且存活丢失与LGG和钙之间的接触时间成正比。在相同离子强度下，三种常见的离子（钠、钾、镁）导致LGG存活的丢失低于钙，说明渗透压效应不是钙对LGG造成损害的主要原因。采用透射电镜结合超薄切片技术直接观察到钙离子对LGG的损伤。细胞壁/膜完整性的破坏、代谢活性抑制和细胞内钙离子浓度降低是益生菌活力丧失的因素。

上述研究工作得到了国家重点研发计划项目-政府间国际科技创新合作重点专项（2017YFE0135400）和国家自然科学基金（32072153）支持，同时得到国家食品科学与工程一流学科建设项目（JUFSTR20180204）的资助。

文章图示

（编辑：潘梦妍）