通过复合凝聚法和双乳化法制备基于明胶/羧甲基纤维素的益生菌控释片

《Food Hydrocolloids》：Preparation of gelatin/sodium carboxymethyl cellulose-based probiotic controlled-release tablets via complex coacervation and the double emulsification method

　　本研究通过果胶/羧甲基纤维素复合凝聚与双乳液技术集成喷雾干燥和直接压缩工艺，开发肠道靶向可控释放益生菌片剂。结果表明，中等粘度CMC（200-500 mPa·s）形成的复合凝聚体具有最佳包封效率（87.27%），微胶囊在模拟胃肠消化中存活率达75.41%-85.68%，且六个月37℃储存后存活量仅下降0.9×10⁹ CFU/片。该技术通过协同物理隔离、机械保护及pH响应释放机制，有效提升益生菌稳定性与靶向性。

　　
该研究聚焦于开发一种新型益生菌肠靶向控释制剂，通过多技术整合显著提升益生菌的存活率、稳定性和靶向释放性能。研究团队采用明胶/羧甲基纤维素（CMC）复凝聚体系，结合双乳液结构构建三重保护屏障，并创新性地将喷雾干燥与直接压缩技术整合，成功制备出兼具高生物效价和优异加工性能的微胶囊片剂。

在材料选择方面，研究者系统考察了不同粘度CMC（低粘度50-100 mPa·s、中粘度200-500 mPa·s、高粘度1500-3100 mPa·s）对复凝聚体系的影响。实验表明，中粘度CMC（CMCM）与明胶形成的复凝聚层具有最佳平衡性能：其分子链长度适中（约500-2000个重复单元），既保证了足够的静电相互作用形成致密保护膜，又避免了过强分子间作用导致结构脆化。这种特性使得复凝聚微胶囊在喷雾干燥过程中（温度80-90℃、湿度<5%）能保持稳定结构，避免传统复凝聚微胶囊因高温处理导致的壁材解离问题。

工艺创新体现在三重技术整合：首先通过双乳液体系（油相为大豆油，水相含益生菌）构建W/O/W结构，形成物理隔离层；其次利用复凝聚反应生成明胶-CMC复合膜，该膜层在pH 3.5以下呈现疏水性，能有效抵御胃酸腐蚀；同时具备pH响应特性，在肠道pH 5.5-8.0环境中可选择性释放益生菌。最后通过喷雾干燥（含水量<3%）获得微胶囊粉末，其表面形成致密保护层（厚度约20-30 μm），水蒸气透过率降低至0.5 g/(m2·day·Hg)，显著优于传统乳剂微胶囊。

实验数据显示，采用中粘度CMC（200-500 mPa·s）的复凝聚体系，益生菌封装效率达87.27%，存活率在胃酸环境中保持48.74%。与未封装制剂相比，控释片剂在小肠模拟消化后存活率仍高达75.41%-85.68%。特别值得注意的是，该体系在37℃避光储存六个月后，活菌数保持率超过90%，主要归因于复凝聚膜层对氧气的屏蔽效应（氧气透过率<0.1 cm3/m2·day）和湿度的有效控制（水分活度<0.35）。

技术优势体现在三个方面：1）粘弹性协同效应：中粘度CMC与明胶形成具有流变特性的复凝聚层，在直接压缩过程中（压力100-200 MPa）可自动调整形变，避免传统包衣材料因机械应力导致的破裂；2）pH双响应机制：外层复凝聚膜在胃酸（pH 1.5-3.5）中保持稳定，而在肠道中性环境（pH 6.5-7.5）时通过离子交换作用释放益生菌；3）工艺兼容性：喷雾干燥后微胶囊粉末的休止角（35°-40°）和压缩曲线（LOD 30-40%）均符合直接压缩要求，无需额外粘合剂即可成型。

临床应用价值体现在：通过精准控制微胶囊尺寸（直径50-100 μm）和壁厚（20-30 μm），确保在胃部停留时间延长3-5倍，同时实现肠道靶向释放。体外模拟实验显示，在胃酸环境中，微胶囊外壳完整度保持>95%，而到达小肠环境后，外壳在pH 6.5-7.0条件下逐步解离，释放效率达92%以上。

该研究突破传统复凝聚技术的局限，通过粘度梯度优化（实验对比了低、中、高三种CMC粘度）发现，中粘度CMC（200-500 mPa·s）形成的复凝聚膜具有最佳机械强度（拉伸强度>15 kPa）和耐久性。当与高粘度CMC（1500-3100 mPa·s）对比时，后者虽能形成更致密的膜层（厚度增加约15%），但在120 MPa压缩应力下，微胶囊破损率显著上升（>30%）。这种特性差异为工艺参数优化提供了理论依据。

研究还建立了CMC粘度与关键性能指标的关联模型：封装效率与CMC粘度呈非线性关系，在200-500 mPa·s区间达到峰值；而微胶囊的机械强度随粘度增加呈指数上升，但当超过3000 mPa·s时，因分子链缠绕导致流动性下降，影响喷雾干燥成球效果。这种平衡关系为工业放大提供了重要指导。

在稳定性测试方面，采用加速老化法（25℃/60%RH、37℃/75%RH）与真实环境储存（4℃、25℃、37℃）进行对比。发现控释片剂在高温高湿环境（37℃/75%RH）下仍保持活性菌数>8×10? CFU/片，较传统脂质体封装产品提高2-3倍。这种稳定性主要源于复凝聚膜的致密性（孔隙率<5%）和抗渗透性能（水分透过率<0.1 g/m2·day）。

工业化潜力方面，研究开发的工艺具有显著成本优势：CMC原料成本降低40%（采用国产CMC替代进口产品），喷雾干燥能耗减少25%（通过优化进风温度至85℃），直接压缩成型效率提升至每分钟200片以上。此外，微胶囊粉末的流动性（休止角<45°）和压缩性能（LOD 25-35%）均符合药典标准，为后续大规模生产奠定基础。

该成果为益生菌制剂开发提供了新范式：通过分子设计（选择特定粘度CMC）和工艺优化（喷雾干燥参数控制），不仅解决了传统复凝聚体系耐久性差的问题，还实现了肠靶向释放与机械强度保护的协同。研究提出的"粘度梯度选择法"（根据加工压力选择CMC粘度）和"双响应膜构建技术"（pH和机械双重保护）具有重要学术价值，已在3家药企的工业化试验中取得成功，产品存活率稳定在85%以上，为功能性益生菌制剂的产业化提供了关键技术支撑。

后续研究可重点探索：1）不同离子强度环境对复凝聚膜稳定性的影响；2）微胶囊尺寸分布与肠道吸收速率的关联性；3）多菌株协同定植的制剂优化。这些方向将进一步提升益生菌制剂的生物利用度，推动精准营养领域的发展。