益生菌（如植物乳杆菌）因其调节肠道菌群、增强免疫等功效被广泛应用于食品和医药领域。然而，益生菌对外界环境（如温度、pH、消化酶）高度敏感，传统递送系统（如胶囊或乳剂）往往无法有效保护其活性，导致到达肠道的活菌数大幅下降。Bigel是一种由水凝胶和油凝胶组成的双相凝胶系统，兼具亲水性和疏水性成分的优势，能够通过调控微观结构实现活性成分的包埋与缓释。然而，传统Bigel的机械强度和生物相容性常受限于基础材料的性能。为此，研究团队将目光投向TEMPO氧化纳米纤维素——一种通过2,2,6,6-四甲基哌啶-1-氧自由基（TEMPO）氧化法制备的高强度、高羧基含量的纳米纤维材料。

西南林业大学生物与食品工程学院范方宇教授团队近日在农林科学一区 TOP 期刊《Food Hydrocolloids》（IF2023=11.0）发表以“Preparation and characteristics of TEMPO-oxidized bamboo shoot nanofibers based bigels system and steady delivery of Lactobacillus plantarum”为题的论文，首次以甜龙竹笋加工废弃纤维为原料，构建了一种“TEMPO-氧化竹笋纳米纤维基 W/O bigels 系统”，可把植物乳杆菌（Lactobacillus plantarum）的存活率从传统冻干粉的 0.1% 提升到 60% 以上，为功能性益生菌食品的开发与竹笋副产物的高值化利用提供了“双赢”解决方案 。

益生菌要想在人体内发挥作用，必须连闯三关：加工关：喷雾干燥、高温挤压等工艺瞬间失活；贮存关：常温货架期内活菌数量“断崖式下滑”；胃肠关：胃酸 pH≈2.0、胆汁盐1%的严峻环境。因此，90% 以上的市售益生菌产品标注的“出厂活菌数”与到达肠道的“有效活菌数”差距巨大。

研究团队利用 2,2,6,6-四甲基哌啶-1-氧自由基（TEMPO）在弱碱条件下将竹笋纤维素 C6-羟基氧化成羧基，生成高长径比（>100）、直径 3–7 nm 的竹笋纳米纤维（TO-BSNF）。该纳米纤维具有以下特点：高负电荷（ζ 电位 –45 mV），静电排斥实现均匀分散；高结晶度 68%，热分解温度提升 30 ℃，利于后续巴氏热灌装；三维网状结构可包埋大量水分，形成“水凝胶”内相。

将水凝胶（含 10% 植物乳杆菌）与油凝胶（β-谷甾醇+棕榈蜡+玉米油）在 45 ℃下快速剪切乳化，得到稳定的水包油包水（W/O/W）bigels。微观结构：激光共聚焦显示，菌体被纳米纤维网络牢牢锚定，油相蜡质骨架在外层形成“疏水盔甲”；流变学：G’>G’’，触变恢复率 71%，可打印、可挤出，适配 3D 食品打印；缓释曲线：模拟胃液 2 h 后活菌保留率 62%，模拟肠液 6 h 后持续释放，显著优于传统藻酸盐微胶囊（保留率 <5%）。

冷冻–解冻循环（–20 ℃↔25 ℃，5 次）：bigels 组活菌损失 0.4 log，冻干粉损失 4.7 log；4 ℃ 贮藏 60 天：bigels 活菌数从10⁹ CFU/g 降至10⁸ CFU/g，仍高于法规最低要求（10⁶ CFU/g）；体外结肠发酵：接种 24 h 后，短链脂肪酸产量提高 3.2 倍，双歧杆菌属相对丰度增加 18%，提示定植协同效应。

这项研究通过整合天然纳米纤维与双相凝胶技术，为益生菌递送提供了高效、绿色的解决方案，标志着生物材料与食品科学的交叉创新迈出重要一步。随着功能性食品需求的增长，TOBSN-Bigel系统有望在健康产业中实现规模化应用。随着中试放大和法规审批推进，消费者有望买到“更耐胃酸、真正有效“的新一代益生菌产品。

参考文献：Metformin-induced changes in the gut microbiome and plasma metabolome are associated with cognition in men.

DOI: https://doi.org/10.1016/j.foodhyd.2025.111057