Microencapsulation of probiotics by multiple emulsion using protein– polysaccharide blends: seawater stability and viability for aquaculture
本研究表明，通过使用总固含量为10%的WPI/GA/MD蛋白质-多糖混合物进行双乳液喷雾干燥技术，对嗜酸乳杆菌（*L. acidophilus*）和植物乳杆菌（*L. plantarum*）进行微胶囊化处理，能有效保持益生菌在六个月内的存活率及海水稳定性，为虾类养殖业提供了一种稳健且可持续的抗生素替代方案。
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在虾类养殖的世界里，虾类生命的最初阶段是一个极其脆弱的时期。幼体是微小的滤食性生物，在水柱中漂浮，依靠微小的食物生存和成长。几十年来，养殖户一直使用抗生素来维持这些脆弱动物的健康，但这些药物的过度使用导致了耐药细菌的产生和环境破坏。越来越多的科学家正在寻找一种天然的替代方案：益生菌。这些是有益的细菌，当喂给虾类时，可以增强它们的免疫系统并对抗有害病原体。然而，这里有一个难点。用作益生菌的细菌非常脆弱。它们很容易被空气中的氧气、加工过程中的热量以及海水的盐度所杀死。为了发挥作用，这些活细胞必须被保护、包装，并在虾类需要的时候精准地送达。
这一挑战促使墨西哥的一个研究小组探索了一种将这些敏感细菌隐藏在微观保护壳中的方法。他们的目标是创造一种食物来源，使其能在海水中漂浮足够长的时间，以便虾幼体发现它，并能缓慢溶解以释放细菌，同时让细菌在将其转化为干粉的严酷过程中保持存活。研究人员专注于一种被称为“双重乳化”的特定技术，其原理类似于“水-油-水”三明治。想象一下，一滴含有细菌的小水滴被一层油包围，然后悬浮在一个更大的水体中。这种结构可以屏蔽外界对细菌的影响。为了使这种结构足够坚固以抵御外界，团队将蛋白质和植物基糖类混合，在液滴周围形成了一道保护墙。他们测试了不同的配方，通过改变这些成分的含量，以观察哪种组合能创造出最稳定且最有效的屏蔽层。
该团队实验了三种不同的壁材混合物。一种混合物使用了乳清蛋白（一种常见的乳制品蛋白）结合两种类型的植物胶；另一种使用了乳清蛋白配合另一组胶质和一种称为麦芽糊精的类淀粉物质；第三种则仅依赖乳清蛋白和麦芽糊精。他们以不同的固体含量浓度制作了这些混合物，范围从低到高，然后对其进行了喷雾干燥处理。这一步骤涉及将液体混合物喷入热气流中，以瞬间去除水分并形成细粉。对于细菌来说，这是一个关键时刻，因为热量和快速干燥很容易杀死它们。研究人员需要找到一种配方，既能让细菌在这次考验中存活下来，又能形成足够小的颗粒，供微小的虾幼体食用。
在制作出粉末后，科学家们在人工海水中对其进行了测试。他们测量了颗粒在水中的漂浮时间以及溶解速度。结果表明，壁材的成分至关重要。一种由乳清蛋白、阿拉伯胶和麦芽精组成的特定配方，在固体浓度较高的情况下，被证明是明显的胜出者。由该配方制成的微囊在水中溶解得非常缓慢，四小时后质量损失不到5%。更重要的是，它们能持续漂浮长达1,000分钟，这远长于虾幼体的典型进食窗口。这意味着益生菌食物会留在水柱中等待被食用，而不是沉入幼体无法触及的底部。相比之下，其他混合物溶解得更快或无法保持浮力。
研究人员还检查了有多少细菌在从液体到粉末的过程中存活了下来。虽然喷雾干燥的热量确实杀死了很大一部分细菌，但在表现最好的配方中，仍有约三分之一的原始种群存活了下来。这种存活率对于此类工艺过程而言被认为是成功的。为了确保计数的准确性，团队使用了两种方法：一种是在培养皿上培养细菌的传统技术，另一种是使用一种在接触活细胞时会发光的特殊光线的现代方法。两种方法的结果几乎完全一致，证实了这些细菌确实是活着且健康的。在冷藏环境下储存六个月后，表现最好的配方仍保留了大量的活菌，远高于发挥效用所需的水平。
通过使用计算机模拟来进一步展望未来，团队预测这些高质量的配方可能会保持有效更长时间，甚至可能超过测试的六个月期限。然而，他们也谨慎地指出，这是基于现有数据的预测，真正的考验将在将这些粉末喂食给活虾时到来。该研究尚未涉及喂食虾类的环节，而是完全专注于完善物理外壳，并证明细菌能够完成从实验室到养殖池的旅程。通过确定提供最佳保护、浮力和存活率的成分组合，研究人员为下一步工作奠定了坚实的基础。他们创造了一个可持续、无抗生素的虾类喂养方案的候选方案，这种方案能在这些脆弱的细菌准备好在水中发挥作用之前，始终保护它们的安全。
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