益生菌是在足夠攝入量下能夠促進宿主健康的活微生物（Sanders等人，2019年）。乳酸菌（LAB），尤其是厭氧菌，在加工、運輸和儲存過程中會受到多種不利條件的影響，包括低pH值、高溫和氧氣（Peruzzolo等人，2025年）。為了提高LAB的存活率，通常采用多細胞包封技術來保護益生菌免受環境壓力的影響。在多細胞包封中，大量益生菌細胞被作為一個統一的群體共同包封（Yuan等人，2024年）。這種策略在可擴展性和生產簡便性方面具有實際優勢。然而，這種方法存在固有的局限性，包括包封效率低以及暴露于加工引起的外部有害壓力，如低pH值、高溫和冷凍應力，導致益生菌顆粒過大、形狀可控性差、易泄漏等缺點（Zhao等人，2024年）。這些局限性凸顯了需要更精確和高效的包封策略以實現更好的保護和控制益生菌的釋放。

在這種情況下，食品納米技術成為益生菌包封的強大工具，為解決益生菌穩定性相關問題提供了有希望的策略。單細胞包封使用納米膠囊、納米乳液、納米脂質體和納米顆粒等方法在單個益生菌上創建納米級涂層。Pan等人（2022年）證明，由單寧酸（TA）和鐵離子（Fe³⁺）形成的金屬多酚網絡（MPN）的單細胞包封結構可以有效保護益生菌免受抗生素的侵襲。Liu等人（2023年）的研究表明，將單個益生菌包封在玉米醇溶蛋白納米顆粒（ZNP）和果膠的復合物中，由于果膠層的保護作用以及ZNP的改善儲存穩定性，益生菌的熱耐受性得到了提升。Feng等人（2020年）使用陰離子腸聚合物L100-55進行單細胞包封，以保護Escherichia coli Nissle 1917（EcN）免受消化道環境的影響。因此，單細胞包封不僅能夠為單個細胞提供納米級保護涂層，還能有效提高益生菌的存活率，保護它們免受不利環境條件的影響。

在各種單細胞包封方法中，MPN因其易于自組裝、多功能性和生物相容性而脫穎而出，成為廣泛采用的益生菌和生物活性化合物包封平臺（Wang等人，2022年）。含有兒茶酚官能團的酚類化合物普遍存在，并以其多功能的金屬螯合能力而聞名（Ju等人，2015年）。多酚和金屬離子的協同組裝形成了MPN。然而，MPN在低pH條件（pH < 3.0）下的穩定性有限，主要是由于質子導致金屬離子和酚類配體之間的配位鍵解離（Xia等人，2024年）。MPN對低酸性環境的敏感性仍然是提高益生菌生物利用度的主要障礙。MPN的形成依賴于多酚和金屬離子之間的配位鍵。這種不穩定性源于在低pH下質子（H⁺）對酚類配體的競爭性結合，破壞了金屬-酚酸鹽的配位。這種酸誘導的解體嚴重限制了MPN涂層在惡劣胃腸道環境中的保護能力。

最近，基于MPN的幾種創新單細胞包封策略被提出以提高益生菌的存活率（Xie等人，2025年）。例如，利用TA-Ca²⁺復合物和粘蛋白的逐層自組裝創建了“超級益生菌”，以EcN為模型菌株，保護益生菌免受惡劣胃腸道環境的影響并提高存活率（Yang等人，2022年）。同樣，Xie等人（2025年）將Fe³⁺固定在EcN表面，通過與TA的自組裝形成MPN殼，然后沉積羧甲基β-葡聚糖構建了裝甲益生菌，從而在低溫條件下提高了益生菌的存活率。Zhu等人（2024年）報告稱，通過在細菌表面構建透明質酸功能化的金屬-酚類網絡涂層，提高了益生菌在惡劣胃腸道環境中的存活率。這些方法，特別是后者添加了獨特的多糖層，體現了“二次涂層”策略。這種范式依賴于對益生菌細胞的外部強化，通常涉及多步驟過程，并可能引入影響生物相容性的界面。更關鍵的是，這些方法并沒有從根本上解決保護涂層本身在惡劣條件（如酸性胃腸道環境）下的脆弱性問題。任何基于MPN的包封效果都取決于金屬-酚類配位網絡的內在穩定性，尤其是對酸的穩定性。常見的提高MPN酸穩定性的策略包括應用二次物理涂層和篩選更穩定的多酚-金屬配對（Wasuwanich等人，2022年）。雖然這些方法有益，但它們主要關注外部添加或現有化學空間內的選擇，可能無法完全解決核心穩定性問題。因此，我們提出從“外部強化”向“內部核心增強”轉變的范式。我們直接在分子水平上工程化了主要配位配體（Xu等人，2022年）。

從健康百歲老人的糞便中分離出的Bifidobacterium animalis亞種animalis BB04能夠產生多種代謝物，并在食品保存中表現出明顯的益生菌特性。然而，作為一種專性厭氧菌，這種菌株對加工和儲存非常敏感，嚴重限制了其實際應用。為了克服這些限制，我們提出了一種更簡潔且本質上更穩定的方法：將多酚直接共價接枝到羧甲基殼聚糖（CMCS）上。這種設計的目的是在分子水平上增強MPN核心的耐酸性，利用CMCS作為成熟的包封材料的優勢，同時避免需要額外的涂層。在這里，開發了一種新型的自組裝細胞涂層，以提高B.animalis亞種animalis BB04的活性和穩定性，并探索其在益生菌冰淇淋中的應用。首先，將CMCS與五種多酚接枝以增強穩定性。隨后制備了B.animalis亞種animalis BB04單納米涂層（BB04@CMCS-EA-Ca²⁺）。進一步評估了BB04@CMCS-EA-Ca²⁺的益生菌特性和環境應力耐受性。最后，在冰淇淋模型中評估了BB04@CMCS-EA-Ca²⁺的關鍵性能屬性，包括加工耐受性、冷藏穩定性和模擬的胃腸道消化耐受性。本研究提供了一種在酸性條件下提高MPN穩定性的新方法，為改善Bifidobacterium在各種惡劣環境中的存活率和發展新型功能性食品提供了新的見解。