微囊化瑞士乳杆菌在加糖炼乳中的特性及储存稳定性：壁材组成对产品质量和益生菌活性的影响

《Food Chemistry: X》：Characterization and storage stability of microencapsulated Lactobacillus helveticus in sweetened condensed Milk: Impacts of wall material composition on product quality and probiotic viability

　　益生菌在甜味炼乳中的微胶囊化优化及其对产品质量的影响。通过评估乳清蛋白、藻酸钠和透明质酸钠复合壁材的微胶囊化效果，发现CS:SH 1:1配比能最佳平衡益生菌存活率与产品理化性质。该研究为高渗食品中功能性益生菌的稳定化提供了新策略。

　　
甜味浓缩牛奶（SCM）作为高糖高渗透压的乳制品载体，其功能性提升一直面临益生菌存活率与产品稳定性的平衡难题。该研究聚焦于通过微胶囊化技术解决这一行业痛点，系统评估了酪蛋白（CS）、透明质酸钠（SH）和藻酸钠（SA）三种壁材组合对乳酸乳球菌（L. helveticus）的保护效果及对产品品质的影响。研究团队构建了包含CS-SH和CS-SA复合壁材的微胶囊化体系，通过多维度检测手段揭示了不同材料配比对益生菌存活、产品理化性质及感官特征的作用机制，最终确定CS:SH 1:1组合为最优方案，为开发功能性浓缩乳制品提供了创新技术路径。

研究首先从材料选择上突破了传统微胶囊化技术的局限。采用食品级生物材料构建复合壁材体系，其中酪蛋白作为主要蛋白骨架，其磷酸化特性可形成空间位阻效应，有效屏蔽渗透压对细胞膜的破坏作用。透明质酸钠凭借其三维网状结构，在热稳定性测试中表现出优于单一壁材的耐高温特性，DSC分析显示其热变性起始温度较纯CS体系提高12℃，这与其分子间氢键网络对蛋白质构象的稳定作用密切相关。同时，研究首次将生物可降解的透明质酸钠引入酸奶类乳制品的微胶囊化体系，突破了传统果胶、藻酸盐等单一壁材的应用瓶颈。

在微胶囊化工艺优化方面，研究创新性地采用动态模量与流变学参数协同调控策略。通过调节壁材配比（CS:SH从1:0到1:3梯度变化），发现CS:SH 1:1组合在动态力学分析中展现出最佳流变学平衡，其储能模量（G'）在4℃储存30天后仍保持初始值的98.7%，而其他配比体系在25℃储存15天后G'值下降幅度达15%-22%。这种差异源于复合壁材的协同效应：CS提供的磷酸化基团与SH的负电荷形成静电缓冲层，有效抑制了剪切力对微胶囊结构的破坏。

在微生物保护机制方面，研究揭示了材料配比对益生菌应激适应的调控作用。通过FTIR光谱分析发现，CS:SH 1:1体系在37℃储存30天后仍能保持完整的C=O伸缩振动峰（1650 cm?1），而纯SA体系该峰位发生位移，表明复合壁材能有效维持蛋白质二级结构稳定性。更值得注意的是，该体系在25℃储存时，水活度（aw）维持在0.82±0.01的高水平，同时总活菌数（log CFU/mL）下降幅度较对照组降低40%，这得益于微胶囊壁材对代谢产物的物理隔离作用。GC-IMS分析进一步证实，微胶囊化显著调控了L. helveticus的代谢路径，其产物中乙基丁酸含量较对照组增加38倍，而乙酸类物质的生成量减少62%，说明壁材环境优化了菌株的发酵特性。

产品稳定性评估中，研究创新性地将热力学稳定性与感官评价相结合。DSC测试显示，CS:SH 1:1体系在80-100℃区间无显著蛋白变性峰，而纯SA体系在85℃出现异常吸热峰，这与扫描电镜观察到的微胶囊在高温下的结构崩解现象一致。感官测试数据揭示，该体系在37℃储存30天后仍能保持与原奶相似的质构（硬度差异<15%），而对照组的质构破坏度高达45%。这种稳定性源于复合壁材对酶解反应的抑制：在25℃储存条件下，CS:SH 1:1体系通过维持pH值在4.5-5.2的稳定区间，有效抑制了凝乳酶活性，使蛋白质水解率降低至3%以下，显著优于纯SA体系（水解率达18%）。

研究还发现微胶囊化技术对产品风味的主动调控作用。GC-IMS挥发性组分分析显示，CS:SH 1:1体系在37℃储存时，乙基丙酸和异丁酸酯的生成量分别达到原奶的3.2倍和2.8倍，而乙酸类物质的积累量减少至对照组的17%。这种风味物质的重构源于微环境pH值的精准控制（4.6±0.2）和氧气渗透率的优化（氧透过率降低至0.12 mmol·m?2·s?1·Pa?1），使得菌株代谢向酯类合成路径偏移。感官评价数据进一步验证了这种风味优化效果，消费者对"奶油香气"和"果酸后味"的接受度评分提高23.6%。

在工业化应用层面，研究建立了微胶囊化工艺参数优化模型。通过正交实验发现，壁材浓度比（CS:SH）对体系稳定性的影响权重达0.38，显著高于壁材类型（P<0.01）。磁力搅拌时间与菌体包埋率呈正相关（R2=0.92），最佳搅拌时间为1.2小时。冻干工艺参数的优化（预冻温度-80℃，冻干真空度0.08 MPa）使微胶囊的包埋效率从78%提升至94%，同时壁材溶胀率降低至5%以下，解决了传统冻干工艺中包埋体破裂的问题。

该研究的技术突破体现在三个方面：首先，开发出基于酪蛋白磷酸化特性与透明质酸钠三维结构的协同保护体系，使益生菌在含糖量42°Bx的极端环境中的存活率提升至85%以上；其次，建立动态流变学评价模型，通过G'与G''的比值（G'/G''）实时监测微胶囊结构稳定性，该指标与菌体存活率的相关系数达到0.89；最后，创新性地将风味代谢调控纳入微胶囊化工艺设计，使产品在保持益生菌活性的同时，关键风味物质生成量提高50%以上。

在产业化推广方面，研究提出了分阶段释放策略。通过调整壁材交联密度，使微胶囊在4℃储存时保持90%以上的完整性，而在25℃环境中的溶胀速率控制在0.5%/小时的适宜范围。此外，开发的多层复合壁材结构（外层SH/CS 1:1，内层SA/CS 3:1）在模拟胃液（pH 2.0，37℃）中保持完整性的时间超过6小时，为益生菌通过胃酸屏障提供了结构保障。

该成果对乳制品工业具有三重价值：在功能性产品开发方面，成功将益生菌存活率从传统添加方式的12%提升至78%；在工艺优化方面，建立的全流程控制模型使生产成本降低35%；在品质管理方面，提出的"热力学稳定性-挥发性物质-感官特性"三维评价体系，为类似高渗透压食品的质量监控提供了新范式。目前，该技术已与某乳企合作开发出含活性益生菌的浓缩乳产品，货架期延长至6个月，且产品风味的接受度评分较传统产品提高41.2%。

未来研究可进一步探索以下方向：1）开发智能响应型壁材，通过pH或温度敏感基团实现益生菌的时空可控释放；2）建立基于机器学习的微胶囊配方优化系统，整合流变学、热力学和代谢组学数据；3）拓展至其他高渗透压食品体系，如含糖量45°Bx的植物基酸奶。这些方向将推动微胶囊技术在功能性乳制品领域的深度应用，为开发具有肠道健康促进、免疫调节等综合功能的下一代乳制品奠定基础。