著者の所属・活動拠点の国は、アラブ首長国連邦、シンガポールです。

掲載誌：Journal of Future Foods

ライセンス: CC BY 4.0　対象: 公開論文　確認元: 論文PDF

研究の目的

プロバイオティクス（体に良い働きが期待される生きた微生物）が効果を発揮するには、加工・保存や、胃酸・胆汁酸塩・消化酵素にさらされても生き残り、十分な数のまま大腸に届く必要があります。そのため、菌を小さな粒に閉じ込めて守る「マイクロカプセル化」が広く使われています。材料としてよく用いられるのは、海藻由来のアルギン酸がカルシウムで固まってできるゲルの粒です。ただ、この粒は隙間が多く、胃酸や胆汁酸塩が中まで入り込み、菌の生存を損なうことが知られていました。

研究チームはこの弱点を補うため、地中海原産の豆であるイナゴマメ（キャロブ）のさやから取り出した多糖の成分（MPS-1）に着目しました。この多糖で安定させた油と水の混ざった液（エマルション）をアルギン酸に加えると、粒が丈夫になり菌を守れるかを調べました。さらに、カプセルに入れた菌が、試験管内で再現した腸内の発酵環境で、細菌の構成や代謝物にどのような違いをもたらすかを明らかにしようとしました。対象としたのは、ビフィズス菌の一種であるビフィドバクテリウム・ロンガム（亜種ロンガム）と、乳酸菌の一種であるラクチカゼイバチルス・ラムノサスの2菌株です。

何を、どのように調べたか

研究チームはまず、イナゴマメのさやの粉末からMPS-1を取り出しました。抽出には、塩化コリンとエチレングリコールを混ぜた特殊な溶媒を使い、マイクロ波による加熱も組み合わせました。精製したMPS-1を使って、水の中に油の細かい粒が分散したエマルション（PSE）を作りました。このエマルションは、固体の微粒子が油と水の境目に集まって安定する「ピッカリングエマルション」と呼ばれるタイプです。

カプセルは5種類を比べました。アルギン酸だけのもの（対照）、アルギン酸にMPS-1を加えたもの、アルギン酸とPSEを体積比1:1、2:1、3:1で混ぜたものです。それぞれに2菌株のどちらかを封入し、胃腸を模した条件での菌の生存率を測りました。最も生存率の高い配合については、対照と比べて、粒の大きさ、硬さなどの食感に関わる性質、水分、水に浸けたときの膨らみ方、熱への強さ、分子レベルの構造を調べました。

次に、国際的に標準化された試験管内消化法（INFOGEST 2.0）でカプセルを消化しました。消化液のうち体に吸収されうる部分について、抗酸化の働きと、糖の分解に関わる酵素（α-アミラーゼ、α-グルコシダーゼ）を妨げる働きを測りました。消化で残った部分は、健康な成人6人（男女各3人、20〜40歳、過去3か月に抗生物質の使用なし）の便を混ぜた液とともに培養し、腸内での発酵を試験管内で再現しました。比較の基準として、ビフィズス菌のえさとして知られるガラクトオリゴ糖を加えた系と、栄養源を加えない系も用意しました。培養後、ガスの量、pH、短鎖脂肪酸（腸内細菌が食物繊維などを発酵して作る酢酸・プロピオン酸・酪酸など）、細菌の種類と構成、代謝物の網羅的な分析を行いました。

主な報告結果

アルギン酸とPSEを1:1で混ぜたカプセルが、どちらの菌株でも最も高い生存率を示しました。胃腸を模した条件での生存率は、ラムノサス菌で93.10%、ロンガム菌で71.44%でした。どの配合でも、ラムノサス菌のほうがロンガム菌より胃腸の条件に強い傾向がありました。また、エマルションを含むカプセルは、多糖だけを加えたものより菌をよく守りました。

この1:1配合のカプセルは、アルギン酸だけのものに比べて硬くなりました。硬さはロンガム菌入りで163.7グラム、ラムノサス菌入りで147.8グラムで、いずれも対照を上回りました。一方で弾力性や、押した後の戻りやすさは低下しました。粒の直径は0.438〜0.523ミリメートルで、どれも球形で大きさがそろっていました。論文は、補強したカプセルが水に浸けても膨らみにくく、熱にも強くなったと報告しています。さらに、カプセルは丈夫になっても、消化の途中で小さな分子が外へしみ出せる性質は残っていました。消化液の吸収されうる部分には、抗酸化の働きと酵素を妨げる働きが確認されました。

便との培養では、ロンガム菌入りカプセルが培養6時間で最も多くのガスを出しました（3.53ミリリットル）。同じ6時間の時点で、酢酸（1リットルあたり384.10ミリモル）とプロピオン酸（同67.12ミリモル）が最も多かったのは、ラムノサス菌入りカプセルでした。酪酸はロンガム菌入りで最も多く（同2.86ミリモル）、ラムノサス菌入り（同2.44ミリモル）がそれに続き、どちらもガラクトオリゴ糖の系と栄養源なしの系を上回りました。

細菌の構成は、条件ごとにはっきり分かれました。菌入りカプセルの2つの系は、栄養源なしの系とは異なる細菌の構成を示しました。一方で、確認された細菌の種類の数そのものには、条件の間で差がありませんでした。代謝物と細菌の関係を見ると、短鎖脂肪酸を作る細菌（ビフィドバクテリウム、フィーカリバクテリウム、ロゼブリアなど）が、アミノ酸由来の物質や有機酸と正の関連を示しました。研究チームは、ラムノサス菌入りでは脂質などに関わる代謝物の幅広い変化が、ロンガム菌入りでは酪酸を作る細菌に結びついた、より絞られた変化が見られたと報告しています。

この報告が示すこと

研究チームは、この補強カプセルが「二段階」で働くという考え方を示しました。まず胃や小腸を通る間は菌を守りつつ、小さな成分を少しずつ外へ出します。その後、大腸に相当する段階では、届いた菌とカプセルの材料が腸内細菌や代謝物に影響を与えます。同じカプセルでも、入れる菌株によってその後の影響が異なったことも、重要な点として挙げています。

ただし、これらはすべて試験管内の実験による結果です。研究チームは、体内での効果を確かめる試験と、主要な代謝物の構造を確定する作業が今後必要だと述べています。代謝物の名前はデータベースとの照合による推定にとどまり、標準物質で確かめたものではありません。また、多数の比較を同時に行ったことによる偶然の差を補正する統計処理も行われていません。消化中にカプセルからしみ出した成分そのものは特定されていません。粒の大きさの違いについても、手作業で押し出して作る方法の影響があり、配合だけが原因とは言い切れないとしています。

原著論文の著者・所属：Maduni Jayahansi Paththuwe Arachchi（Department of Food Science, College of Agriculture and Veterinary Medicine, United Arab Emirates University (UAEU), Al-Ain, United Arab Emirates）、Gafar Bamigbade（Department of Food Science, College of Agriculture and Veterinary Medicine, United Arab Emirates University (UAEU), Al-Ain, United Arab Emirates）、Abdul Hakeem Deshmukh（Department of Physics, United Arab Emirates University, Al-Ain 15551, United Arab Emirates）、Saleh T. Mahmoud（Department of Physics, United Arab Emirates University, Al-Ain 15551, United Arab Emirates）、Basim Abu-Jdayil（Chemical and Petroleum Engineering Department, College of Engineering, United Arab Emirates University (UAEU), PO Box 15551, Al Ain, United Arab Emirates）、Abdelmoneim Ali（Department of Food Science, College of Agriculture and Veterinary Medicine, United Arab Emirates University (UAEU), Al-Ain, United Arab Emirates）、Akmal Nazir（Department of Food Science, College of Agriculture and Veterinary Medicine, United Arab Emirates University (UAEU), Al-Ain, United Arab Emirates）、Shao-Quan Liu（Department of Food Science and Technology, Faculty of Science, National University of Singapore, S14 Level 5, Science Drive 2 117542, Singapore）、Mutamed Ayyash（Department of Food Science, College of Agriculture and Veterinary Medicine, United Arab Emirates University (UAEU), Al-Ain, United Arab Emirates）

※本記事は原著論文をもとに、日本語で要約・説明を加えた研究紹介です。 出典（原著論文）：Maduni Jayahansi Paththuwe Arachchi, Gafar Bamigbade, Abdul Hakeem Deshmukh, et al. Pickering Emulsion-Reinforced Alginate Microcapsules Enable Dual-Phase Probiotic Delivery and Strain-Specific Gut Microbiota Modulation: Integrated Metagenomic and Metabolomic Evidence. Journal of Future Foods（出版社：Elsevier BV） 2026-11-01. DOI: 10.1016/j.jfutfo.2026.11.015. 原著ライセンス：CC BY.