海藻酸鈉微膠囊對乳酸菌產乙醛脫氫酶在體外胃腸消化環境中保護作用

萬茵，羅成，張鴻婷,3，郭帥玲,3，皮瀟文,3，童火艷,3，付桂明,3*

1(南昌大學，食品科學與技術國家重點實驗室，江西 南昌，330047) 2(南昌大學 食品學院，江西 南昌,330047) 3(南昌大學 中徳食品工程中心，江西 南昌,330047)

乙醛脫氫酶(aldehyde dehydrogenase,ALDH)是廣泛存在于動植物和微生物線粒體中的一種氧化還原酶類，可在NAD+存在的條件下，催化醇、醛和酮的脫氫反應[1]，尤其是參與乙醇及其代謝產物乙醛的轉化，故其在乙醇的解毒研究中受到了高度關注[2-3]。乙醛脫氫酶對熱、酸的抗逆性較差[4]，啤酒酵母線粒體乙醛脫氫酶最適pH值為9，在pH值8.0弱堿性環境下穩定性較好[5]。因此乙醛脫氫酶要在人體內發揮作用，如何經受住高酸性胃酸、多種消化酶和膽汁的作用，保持在人體消化道中其酶活性是關鍵。

目前，工業化的乙醛脫氫酶來自動物的胰腺、肝臟或肝細胞線粒體中，來源的局限性致其價格居高不下。研究表明微生物乙醛脫氫酶來源豐富，可從釀酒酵母、醋酸菌、乳酸菌等微生物中分離得到。微生物乙醛脫氫酶是一種胞內酶[6]，微生物的細胞內環境可有效保護乙醛脫氫酶不受外部環境的影響。因此，若將產乙醛脫氫酶的益生菌直接進行微膠囊包埋，利用微膠囊和益生菌的細胞內環境為乙醛脫氫酶提供雙重保護作用，可增強其抗逆性效果。海藻酸鈉由于具有良好的生物相容性、生物粘附性和溫和的凝膠條件已被廣泛應用于醫藥、農藥、食品、化妝品等許多領域。海藻酸鈉作為壁材不僅可以包埋乳酸菌[7]，還可以包埋酶[8]等生物活性物質。

本研究通過前期實驗篩選得到的高產乙醛脫氫酶植物乳桿菌(LactobacillusplantarumFCJX 102)和嗜酸乳桿菌(LactobacillusacidophiluFCJX 104)，通過混合發酵培養菌體，采用微膠囊包埋乳酸菌活菌體，提高所含乙醛脫氫酶耐受胃液及腸液的能力，為高產乙醛脫氫酶乳酸菌及乙醛脫氫酶在調節酒后的腸道微環、解酒益生等領域的應用提供研究基礎。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

EDTA，鹽酸，Tris，乙醛，β-巰基乙醇：分析純，國產試劑；海藻糖，海藻酸鈉，VC，甘油：生物試劑，國產試劑；NAD：生物試劑，Roche公司；胃蛋白酶，胰蛋白酶，膽鹽：生物試劑，SIGMA公司；伊利牌脫脂奶粉：市售；大豆分離蛋白：哈高科大豆食品有限責任公司；耐高溫α淀粉酶：山東蘇柯漢生物工程股份有限公司；山楂：湖北蘄春中藥材公司；葛根：江西橫峰皇同有機葛開發有限公司。

植物乳桿菌(L.plantarumFCJX 102)，嗜酸乳桿菌(L.acidophiluFCJX 104)：南昌大學食品科學與技術國家重點實驗室保藏。

1.2 培養基

種子培養基：蛋白胨10.0 g，牛肉粉5.0 g，酵母浸粉4.0 g，葡萄糖20.0 g，乙酸鈉5.0 g，檸檬酸氫二銨2.0 g，K2HPO42.0 g，七水硫酸0.2 g，MnSO40.05 g，吐溫-80 1.0 mL，加水至1 000 mL，pH 6.2～6.4，115 ℃滅菌30 min。

發酵培養基：將葛根粉碎至20目，加入5倍質量的水，并添加0.1%(v/m葛根質量)的耐高溫α-淀粉酶，于100 ℃下酶解液化50 min，100目過濾，收集濾液作為葛根汁；將鮮山楂按1∶1的比例加水榨漿，向山楂原漿中加入0.5 g/L果膠酶(10萬U/g)，在溫度50 ℃、pH 為3.5的條件下酶解4 h，加入0.5 g/L殼聚糖沉淀，再經過硅藻土過濾，得山楂原料汁(質量分數為50%)。按山楂汁∶葛根汁按1∶2質量比混合，調pH值至6.2～6.4，115 ℃滅菌30 min，即得發酵培養基。

1.3 實驗儀器

游標卡尺，任丘市桂量量具有限公司；FA2004分析天平，上海舜宇恒平科學儀器有限公司；T6型紫外-可見光分光光度計，北京普析通用儀器有限責任公司；SORVALL高速冷凍離心機，Thermo Fisher公司；DKS-24型不銹鋼新型電熱恒溫水浴鍋，嘉興市中新醫療儀器有限公司；PHS-3C型pH計，上海精密儀器雷磁儀器廠；HJ-4A型數顯四聯磁力加熱攪拌器，常州國華電器有限公司；LDZX-50KBS型高壓蒸汽滅菌鍋，上海申安醫療器械有限公司；HWS-250型恒溫恒濕培養箱，上海森信實驗儀器有限公司；冷凍干燥機，美國LABCONCO公司。

1.4 方法

1.4.1 雙乳桿菌的混合培養

取篩選獲得產乙醛脫氫酶的植物乳桿菌(L.plantarumFCJX 102)和嗜酸乳桿菌(L.acidophiluFCJX 104)2個菌種，用種子培養基活化培養16 h，后按照兩者活菌數比例2∶1接種到發酵培養基中，接種量為5%，37 ℃培養16 h，收獲含乙醛脫氫酶活力高的混合菌體發酵液。

1.4.2 雙乳桿菌海藻酸鈉微膠囊的制備

采用海藻酸鈉擠壓法[9]。將1.4.1中混合發酵液在4 ℃、4 500 r/min離心10 min，去上清，無菌生理鹽水清洗菌體2次，離心后得到雙乳桿菌菌泥，按1∶5(w/v)加入保護劑(海藻糖8%，VC0.2%，乳糖8%，甘油3%)，混勻后再加4.0%脫脂乳和滅菌的2.68%海藻酸鈉溶液，充分混合均勻。用無菌滴管(直徑0.45 mm)將混合菌滴加到0.2 mol/L的滅菌CaCl2溶液中，攪拌速度600 r/min，固化30 min，無菌生理鹽水清洗后過濾，即得雙乳酸桿菌濕微膠囊。將之于-80 ℃預凍24 h，再冷凍干燥48 h，得到雙乳桿菌海藻酸鈉微膠囊成品。

1.4.3 微膠囊包埋率測定

采用平板計數法測定制備微膠囊前乳酸菌菌落數及上清液中未被包埋的乳酸菌菌落數，根據下列公式計算包埋率：

(1)

1.4.4 微膠囊粒徑測定

用游標卡尺測量隨機取樣的微膠囊顆粒粒徑若干，取平均值。

1.4.5 雙乳桿菌及其微膠囊的體外模擬胃消化研究

于100 mL具塞錐形瓶中加入質量濃度為9 g/L的NaCl溶液25 mL、0.1 mol/L HCl溶液4 mL、40 mg/mL胃蛋白酶溶液2 mL(用0.1 mol/L HCl配制)，混合均勻后，調pH值在1.5～2.0之間，制備人工胃液。加入0.200 g雙乳桿菌菌泥或含有等菌落數的微膠囊，放置于37 ℃ 160 r/min水浴振蕩180 min，其間，于0、10、20、30、40、50、60、90、120、150、180 min時，依次取出消化液測定其ALDH酶活。以等質量未經消化的菌泥或微膠囊作對照，將其活性視作100%。

1.4.6 雙乳桿菌海藻酸鈉微膠囊體外模擬腸溶性研究

于100 mL具塞錐形瓶中加入0.9 g/100 mL NaCl溶液25 mL，加入9 mL胰液膽汁混合液(2 mg/mL胰液，12 mg/mL膽汁均用0.1 mol/L NaHCO3溶液配制)，用0.5 mol/L NaHCO3調節pH在7.0～7.5，制備人工腸液。將經體外模擬胃消化后的微膠囊繼續于模擬腸液中消化60 min，每10 min取一次樣，于600 nm處測定透光率，以等質量未經消化的微膠囊作對照，將其透光率視作100%，測定雙乳桿菌海藻酸鈉微膠囊體外腸溶性。

1.4.7 雙乳桿菌及其微膠囊體外模擬腸消化研究

向34 mL人工腸液中加入0.200 g菌泥或含有等菌落數的微膠囊，放置于37 ℃、160 r/min水浴振蕩60 min，其間，于0、10、20、30、40、50 min時，依次取出消化液測定其ALDH酶活。以等質量未經消化的菌泥或微膠囊作對照，將其活性視作100%。

1.4.8 乙醛脫氫酶粗酶活力測定

將微膠囊顆粒重懸于5倍質量的磷酸緩沖鹽(pH值8.0、20 mmol/L)中，制成菌懸液，以200 W功率超聲破碎15 min(冰水浴)，再于6 000 r/min、4 ℃離心15 min，收集上清液，得到沉淀按上述處理重復1次，合并2次上清液即得乙醛脫氫酶粗酶液。

向試管中加入2.52 mL Tris-HCl緩沖液(0.05 mol/L，pH=8.0)、0.1 mL EDTA溶液(0.05 mol/L)、0.1 mL KCl溶液(3 mol/L)、0.1 mL NAD+溶液(0.02 mol/L)、0.05 mL乙醛溶液(0.1 mol/L)、0.03 mLβ-巰基乙醇溶液(0.05 mol/L)，混勻后，加入0.1 mL粗酶液，迅速混勻后，于340 nm波長下測吸光值，計算5 min內吸光值的變化ΔA340[10]。

酶活力單位定義：25 ℃下，每分鐘催化還原1 μmol NAD+的所需要的酶量為1個酶活力單位。

2 結果與討論

2.1 雙乳酸桿菌微膠囊制備

測得雙乳酸桿菌菌懸液活菌數為4.4×1010CFU/mL，制備過程中濾液和洗滌液中活菌數僅為7.5×106CFU/mL，包埋率達99.8%以上，微膠囊制備包埋效果好。與KRASAEKOOPT等[11]用海藻酸鈉對嗜酸乳桿菌等益生菌微膠囊化的結果一致。

如圖1所示，經擠壓法制成的雙乳酸桿菌濕微膠囊呈乳白色，顆粒均勻、圓潤飽滿。凍干后，干微膠囊顆粒粒徑變化不大，表面稍有內陷，多為球狀，表觀顏色變為嫩黃色。這是冷凍干燥過程中，微膠囊含的水分由固態直接升華，固形物形態基本得以保持。而表觀顏色的變化，是由于壁材海藻酸鈉和脫脂乳干燥后呈現出來。

圖1 雙乳桿菌海藻酸鈉微膠囊Fig.1 Microcapsules of dual Lactobacillus

隨機挑取25粒已凍干的雙乳桿菌海藻酸鈉微膠囊，用游標卡尺測量其粒徑，數據如表1所示，本實驗制得的雙乳桿菌海藻酸鈉微膠囊平均粒徑為(1.14±0.08)mm。

2.2 雙乳桿菌及其微膠囊體外模擬胃消化研究

食物在胃中消化需歷經4個階段，大約2～3 h，微膠囊在這段時間內應不溶解或囊體不破碎，方可保證雙乳桿菌耐受高酸性環境和胃消化酶消解，從而順利到達腸道發揮其益生功效[12]。故在本實驗中，微膠囊在人工胃液中的最長消化時間定為180 min。

表1 雙乳桿菌海藻酸鈉微膠囊粒徑Table 1 Diameters of microcapsules of dual Lactobacillus

L.plantarumFCJX 102與L.acidophiluFCJX 104混合菌及其微膠囊按照1.4.8方法測定乙醛脫氫酶的酶活，如圖2所示，在模擬胃液中，未包埋的雙乳桿菌中乙醛脫氫酶活性在30 min內急劇下降，在10 min時存活53.2%，到20 min時存活25.6%，至30 min時存活率僅為0，說明乙醛脫氫酶在pH值為1.5～2的高酸性條件下極易失活，其活力會迅速降低。這與李鑫[4]的研究一致，在人工胃液環境中，8 min時乙醛脫氫酶活性損失近50%相近。而微膠囊包埋后雙乳桿菌在體外模擬胃液環境中，前90 min內酶活性下降不明顯，均能保持在95%以上；模擬胃消化90 min后，乙醛脫氫酶活性開始下降，至180 min時，微膠囊包埋菌體乙醛脫氫酶活性仍存留73.4%。說明海藻酸鈉和脫脂乳等保護劑制成的雙乳酸桿菌微膠囊對低pH值環境有良好的抵御作用[13]，很好地保護了雙乳桿菌體中的乙醛脫氫酶活性。

圖2 雙乳桿菌及其微膠囊體外模擬胃消化ALDH活性變化Fig.2 ALDH activity of entrapped dual Lactobacillus cells following exposure to simulated gastric juice and microencapsulation

2.3 雙乳桿菌海藻酸鈉微膠囊制劑體外模擬腸溶解性試驗

將0.100 g經模擬胃消化后的微膠囊繼續于模擬腸液中消化60 min，每10 min測一次透光率，結果如圖3所示。雙乳桿菌海藻酸鈉微膠囊在體外模擬的腸液環境中，隨著消化時間延長，透光率下降，即雙乳酸桿菌漸漸從膠囊顆粒中釋出。40 min后，透光率不再繼續呈較大幅度下降，曲線接近平緩，而在此時溶液中已觀察不到成型固體小顆粒，表明溶解徹底。該結果也符合《中華人民共和國藥典》(2010年版二部)中對腸溶衣片崩解時限的規定[14]。說明雙乳桿菌海藻酸鈉微膠囊有較好的腸溶性，可在消化40 min后可完全崩解釋放菌體，有利于乙醛脫氫酶發揮催化作用。

圖3 雙乳桿菌海藻酸鈉微膠囊體外模擬腸溶解性Fig.3 Release of encapsulated dual Lactobacillus from microspheres in simulated intestine juice

2.4 雙乳桿菌及其微膠囊體外模擬腸消化研究

L.plantarumFCJX 102與L.acidophiluFCJX 104混合菌及其微膠囊模擬腸消化ALDH活性變化結果如圖4所示。

圖4 雙乳桿菌及其微膠囊體外模擬腸消化ALDH活性變化Fig.4 ALDH activity of entrapped dual Lactobacillus cells following exposure to simulated intestinal juice and microencapsulation

在模擬腸液中，前30 min內混合菌菌體中ALDH活性均能保持在85%以上，消化50 min后仍能保持63.7%以上活力，說明乙醛脫氫酶在弱堿性條件下較穩定。在陳貴佺[15]、劉清利[7]、李文[16]等學者的研究中，pH 6.0～8.0的環境中，乙醛脫氫酶反應活性最高，故小腸是乙醛脫氫酶發揮分解乙醛作用的主要器官。雙乳桿菌海藻酸鈉微膠囊在模擬體外腸消化的前30 min內，微膠囊顆粒尚未完全崩解，由于海藻酸鈉等壁材對菌體和乙醛脫氫酶的保護，消化30 min酶活保存率仍達97.8%；40 min以后，隨著微膠囊顆粒崩解，雙乳酸桿菌直接暴露于人工腸液中，乙醛脫氫酶活性較之前開始下降，但消化50 min，相對活性仍能保留86.5%。

3 結論

本文研究了L.plantarumFCJX 102和L.acidophiluFCJX 104混合菌及其微膠囊在體外模擬胃腸消化中乙醛脫氫酶活性的變化。利用脫脂乳和海藻酸鈉制備的雙乳桿菌海藻酸鈉微膠囊，其包埋率為99.8%，粒徑為(1.14±0.08) mm。在體外模擬的胃液環境中，消化90 min后雙乳桿菌海藻酸鈉微膠囊乙醛脫氫酶活性能保留在95%以上，至消化180 min后微膠囊包埋菌體乙醛脫氫酶活保留率仍然達73.4%；而未經包埋的雙乳桿菌，其乙醛脫氫酶在胃液消化30 min時就已完全失去活性；體外模擬腸消化前40 min，由于微膠囊壁材的保護作用，菌體乙醛脫氫酶均能保持95%以上的活性；40 min以后，隨著微膠囊顆粒崩解，乙醛脫氫酶開始下降，至消化50 min，乙醛脫氫酶相對活性仍能保留86.5%。

乙醇在被人體吸收后，首先在乙醇脫氫酶(ADH)的催化下脫氫氧化轉化為乙醛。生成的乙醛在乙醛脫氫酶(ALDH)的催化下氧化生成乙酸[17]，最終進入三羧酸循環分解成水和二氧化碳排出體外[18-19]。由于乙醛具有強烈的毒理作用，若體內缺少ALDH或ALDH活性較低，飲酒后容易造成乙醛在體內累積而導致中毒[20-21]；乙醛脫氫酶加速乙醛在體內的氧化分解，降低體內乙醛的濃度，縮短醉酒時間及緩解人們因醉酒產生的不適應，減少因乙醛中毒而導致各種疾病的誘發率[22]。雙乳桿菌海藻酸鈉微膠囊產品在包埋率及乙醛脫氫酶酶活保存率高，在降低飲酒后人體乙醛含量、緩解乙醇中毒癥狀具有較好的潛在的應用前景。