通過3D打印技術(shù)將益生菌精準封裝，助力有益物質(zhì)精準抵達腸道

導讀：活體組織中的生物活性化合物（BC）通過與身體成分相互作用，為我們帶來多種健康好處。盡管它們有潛在的益處，但大多數(shù)BC的生物可及性和利用度較低，制約了它們在促進健康方面的潛力。在這個背景下，尋找提高這些化合物效果的方法變得至關(guān)重要。

2023年11月23日，南極熊獲悉，阿肯色州農(nóng)業(yè)實驗站的營養(yǎng)和食品科學研究人員宣稱，他們正致力于利用3D食品打印機改善益生菌對腸道健康的影響。

△營養(yǎng)學副教授Sun-Ok Lee（左）和食品工程助理教授Ali Ubeyitogullari正在致力于利用3D食品打印技術(shù)改進益生菌

一種新的封裝益生菌技術(shù)

該研究旨在通過創(chuàng)新的封裝技術(shù)提高益生菌的存活率，解決活性微生物在進入胃腸道時受到環(huán)境條件限制的問題。食品科學系營養(yǎng)學副教授Sun-Ok Lee指出，益生菌中的微生物，如乳酸菌和雙歧桿菌，在食品加工過程中的穩(wěn)定性和輸送到結(jié)腸中的效率是關(guān)鍵問題。

Lee正在尋找一種創(chuàng)新的封裝技術(shù)，以在食品加工、運輸和儲存過程中保護益生菌的穩(wěn)定性，并確保其在食用后能夠在胃酸中存活。她指出，這種改進的益生菌輸送方法可能對動物和人類的健康產(chǎn)生積極影響。腸道健康與心臟、大腦健康和免疫系統(tǒng)密切相關(guān)，因此對于預防慢性病至關(guān)重要。該研究有望為益生菌的應(yīng)用提供更有效的途徑，促進腸道健康，進而有益于整體健康。

△關(guān)于利用3D食品打印制備水凝膠顆粒的相關(guān)研究已發(fā)表，題目為“一種基于擠出的3D食品打印方法，用于生成海藻酸鹽-果膠顆�！保▊魉烷T）

3D打印將益生菌包裹在果膠中

Lee與食品科學系和生物與農(nóng)業(yè)工程系的食品工程助理教授Ali Ubeyitogullari合作開展研究。他們采用3D食品打印技術(shù)，旨在保護益生菌，將其包裹在藻酸鹽-果膠微凝膠珠中。其中，藻酸鹽是從海藻中提取的物質(zhì)，果膠則是一種多糖，來源于水果如蘋果等，由簡單的糖分子組成。

他們的目標是將益生菌封裝在對pH值敏感的材料中，這種材料能夠在低 pH 值、高酸性條件（例如胃部環(huán)境）下保護益生菌，但會在結(jié)腸中較低的酸性水平下釋放益生菌。

△利用基于擠出的3D食品打印 (3DFOODP) 方法，形成了含有不同總膠濃度(TGC)且Al:P比例恒定為80:20的藻酸鹽-果膠(Al-P)水凝膠顆粒

研究內(nèi)容包括將益生菌微凝膠珠注入酸奶和餅干中，以評估它們在加工、儲存和消化過程中的活性。

Ubeyitogullari表示：“在幾乎所有的加工步驟中，益生菌都會受到來自溫度等外部壓力的影響，因此我們試圖在食品加工過程中使其保持穩(wěn)定。通過3D打印技術(shù)，我們能夠精確地定位和封裝益生菌。我們可以直接將其注入產(chǎn)品中，并確保處理的數(shù)量和位置是正確的。”

Ubeyitogullari表示，3D打印機的目標是提供高精度和靈活性，以封裝益生菌微凝膠珠的流程。這些微凝膠珠將使用益生菌制成的“墨水”進行打印，這種“墨水”與由玉米制成的凝膠狀淀粉材料精確混合。

△該團隊的的研究成果已發(fā)表在《食品科學與營養(yǎng)學評論》上，題目為“設(shè)計未來食品：利用3D食品打印技術(shù)封裝生物活性化合物”(傳送門)

隨后，微珠將經(jīng)過冷凍干燥，并涂覆一層可溶性脂質(zhì)，以確保益生菌在正確的時間和位置（即在結(jié)腸中）與pH敏感的藻酸鹽-果膠一起釋放。

Lee指出，他們通過細胞計數(shù)（每克食物中含有數(shù)百萬個細胞）來測量益生菌的含量。通過將益生菌加入微凝膠珠中，可以更精確地在制作益生菌填充食品時稱量它們。

該項目的研究基于3D打印封裝技術(shù)的進步，為輸送系統(tǒng)和定制食品配方提供了強大的支持，為食品科學與生物與農(nóng)業(yè)工程領(lǐng)域的研究帶來了新的可能性。