通过3D打印技术将益生菌精准封装，助力有益物质精准抵达肠道

导读：活体组织中的生物活性化合物（BC）通过与身体成分相互作用，为我们带来多种健康好处。尽管它们有潜在的益处，但大多数BC的生物可及性和利用度较低，制约了它们在促进健康方面的潜力。在这个背景下，寻找提高这些化合物效果的方法变得至关重要。

2023年11月23日，南极熊获悉，阿肯色州农业实验站的营养和食品科学研究人员宣称，他们正致力于利用3D食品打印机改善益生菌对肠道健康的影响。

△营养学副教授Sun-Ok Lee（左）和食品工程助理教授Ali Ubeyitogullari正在致力于利用3D食品打印技术改进益生菌

一种新的封装益生菌技术

该研究旨在通过创新的封装技术提高益生菌的存活率，解决活性微生物在进入胃肠道时受到环境条件限制的问题。食品科学系营养学副教授Sun-Ok Lee指出，益生菌中的微生物，如乳酸菌和双歧杆菌，在食品加工过程中的稳定性和输送到结肠中的效率是关键问题。

Lee正在寻找一种创新的封装技术，以在食品加工、运输和储存过程中保护益生菌的稳定性，并确保其在食用后能够在胃酸中存活。她指出，这种改进的益生菌输送方法可能对动物和人类的健康产生积极影响。肠道健康与心脏、大脑健康和免疫系统密切相关，因此对于预防慢性病至关重要。该研究有望为益生菌的应用提供更有效的途径，促进肠道健康，进而有益于整体健康。

△关于利用3D食品打印制备水凝胶颗粒的相关研究已发表，题目为“一种基于挤出的3D食品打印方法，用于生成海藻酸盐-果胶颗粒”（传送门）

3D打印将益生菌包裹在果胶中

Lee与食品科学系和生物与农业工程系的食品工程助理教授Ali Ubeyitogullari合作开展研究。他们采用3D食品打印技术，旨在保护益生菌，将其包裹在藻酸盐-果胶微凝胶珠中。其中，藻酸盐是从海藻中提取的物质，果胶则是一种多糖，来源于水果如苹果等，由简单的糖分子组成。

他们的目标是将益生菌封装在对pH值敏感的材料中，这种材料能够在低 pH 值、高酸性条件（例如胃部环境）下保护益生菌，但会在结肠中较低的酸性水平下释放益生菌。

△利用基于挤出的3D食品打印 (3DFOODP) 方法，形成了含有不同总胶浓度(TGC)且Al:P比例恒定为80:20的藻酸盐-果胶(Al-P)水凝胶颗粒

研究内容包括将益生菌微凝胶珠注入酸奶和饼干中，以评估它们在加工、储存和消化过程中的活性。

Ubeyitogullari表示：“在几乎所有的加工步骤中，益生菌都会受到来自温度等外部压力的影响，因此我们试图在食品加工过程中使其保持稳定。通过3D打印技术，我们能够精确地定位和封装益生菌。我们可以直接将其注入产品中，并确保处理的数量和位置是正确的。”

Ubeyitogullari表示，3D打印机的目标是提供高精度和灵活性，以封装益生菌微凝胶珠的流程。这些微凝胶珠将使用益生菌制成的“墨水”进行打印，这种“墨水”与由玉米制成的凝胶状淀粉材料精确混合。

△该团队的的研究成果已发表在《食品科学与营养学评论》上，题目为“设计未来食品：利用3D食品打印技术封装生物活性化合物”(传送门)

随后，微珠将经过冷冻干燥，并涂覆一层可溶性脂质，以确保益生菌在正确的时间和位置（即在结肠中）与pH敏感的藻酸盐-果胶一起释放。

Lee指出，他们通过细胞计数（每克食物中含有数百万个细胞）来测量益生菌的含量。通过将益生菌加入微凝胶珠中，可以更精确地在制作益生菌填充食品时称量它们。

该项目的研究基于3D打印封装技术的进步，为输送系统和定制食品配方提供了强大的支持，为食品科学与生物与农业工程领域的研究带来了新的可能性。