《食品科学》：江南大学梁丽教授等：鱼油-姜黄素微胶囊粉末的制备、高效包埋及稳定化作用

鱼油富含有益健康的多不饱和脂肪酸，但具有难以掩盖的鱼腥味，其不饱和脂肪酸易受氧气、阳光和高温的影响而发生氧化酸败，大大影响了鱼油的品质和营养价值。喷雾干燥是一种方便且具有成本效益的微胶囊化方法，能够在微胶囊芯材和环境之间提供物理屏障，该技术可生产出具有低水分活度且易于运输、处理和贮存的微胶囊粉末。鱼油的微胶囊化不仅能提高其脂质氧化稳定性，还有利于掩盖鱼油的不良风味。

姜黄素是一种源自姜黄根茎的多酚化合物，具有抗氧化、抗炎和抗菌等生物活性。由于其水溶性和稳定性差，易受高温、光照和极端酸性环境的影响发生降解，限制了其作为功能成分的应用。采取微胶囊技术不仅能够提高姜黄素在高温、酸性和光照条件下的稳定性，还可以提高姜黄素在胃肠道中的稳定性和生物利用度，将增加其进一步开发应用的潜力。

乳清分离蛋白（WPI）具有良好的水溶性、乳化性、成膜能力和配体结合特性，因而被用于功能油脂和多酚等抗氧化剂的单一包埋和共包埋。微胶囊的机械性能在很大程度上取决于蛋白质的二级结构，为了增强微胶囊的网络结构，通常采用交联处理的方法对蛋白质壁材进行改性。与戊二醛等化学试剂交联方式相比，酶法交联和热处理等物理交联方法更加安全。因此，本研究将天然和热变性WPI相结合制备鱼油-姜黄素微胶囊。麦芽糊精（MD）是利用酸或酶水解淀粉而获得的水解产物，通常其被添加到乳化体系中，起到提高壁材溶液的固体浓度、促进喷雾干燥过程中液滴周围壳层形成的作用。本课题组已利用热变性和天然WPI联合MD制备了高效包埋的中链甘油三酯微胶囊粉末。但是，微胶囊粉末的制备不仅要考虑壁材选择，还应考虑芯材的物理化学性质。

对鱼油和姜黄素共封装载体的合理设计和开发对于将多种生物活性成分掺入食品基质中具有重要意义，这有助于生产营养丰富且具有增强生物活性的个性化食品。

江南大学食品学院的周范琳、罗惠和梁丽*等人采用WPI、热变性乳清分离蛋白（hWPI）和MD的组合，利用壁材的乳化和成膜特性及壁材、芯材之间的相互作用效应制备姜黄素-鱼油乳状液，进一步喷雾干燥以获得微胶囊粉末。最后，对姜黄素-鱼油微胶囊的形貌、理化性质、热稳定性和贮藏稳定性进行表征，并对微胶囊芯材和壁材之间的相互作用进行探讨。旨在为多种活性物质共包埋微胶囊载体设计和开发提供理论和实验依据。

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乳状液和微胶囊粉末的结构

WPI具有良好的乳化性能，能够附着在油滴表面以降低两相界面张力，稳定纳米/微米级乳状液。由图1A可知，5% hWPI、5% WPI和5% MD稳定的鱼油乳状液在241 nm波长处呈单峰分布。热变性暴露更多疏水性氨基酸残基，有利于降低油-水界面张力。变性蛋白质中暴露的残基可以与天然蛋白质的表面活性基团发生相互作用。WPI吸附在hWPI界面上，形成双层界面结构，有利于改善乳状液油滴表面的亲水性，因而改善其水相分散性。

如图2所示，微胶囊粉末颗粒呈现表面光滑但皱缩的形态。由于乳状液在雾化和高温条件下干燥速率较快，在干燥过程的早期阶段，微胶囊表面和核心的差异收缩速率不同，从而导致喷雾干燥颗粒表面凹痕和收缩的产生。从图2E、F破裂的颗粒可以看出，微胶囊颗粒为蜂窝状或中空的碗形结构。在干燥过程中携带水分的溶质迁移到雾化液滴表面，溶质在雾化后的液滴表面迅速沉积并形成一个壳层，液滴内部液体的温度不断升高。当内部气体压力高于壳体层的机械强度时，液滴内部的气体分子突破壳层，在颗粒外壳上形成空腔或形成内部中空的结构。图2E、F显示，油相在干燥后嵌入球形粉末颗粒的孔隙中，均一地被包裹在壁材中，这种结构也是控制芯材释放的重要指标。与原始乳状液相比，复溶乳状液的粒径均为双峰分布，其中鱼油微胶囊粉末复溶后两个峰分别位于241 nm和952 nm。液滴在喷雾干燥过程中经历的机械损伤使得相邻油滴发生合并和聚集，从而导致液滴尺寸增大。

由图1A可知，当姜黄素添加量由0.00%增加至0.20%，初始乳状液的粒径由241 nm减小至218 nm，这可能是由于在高压均质化过程中，姜黄素的加入增加了颗粒之间的碰撞频率，从而减小了颗粒的尺寸。从图2可以看出，姜黄素的加入导致形成更多的大微胶囊颗粒；同时，如图1A所示，复溶乳状液的粒径也增大。当姜黄素添加量为0.20%时，复溶乳状液双峰分别增大至266 nm和1 714 nm。有研究表明，游离姜黄素可以通过疏水作用相互聚集，随后通过氢键进一步团聚成簇，姜黄素簇可以通过疏水作用和氢键桥联蛋白质肽链，诱导结合位点附近的蛋白质残基进一步靠近，从而使蛋白质相互缠绕并形成更大尺寸的聚集体。

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傅里叶变换红外光谱分析

如图3所示，对于WPI，在3 274 cm－1处观察到酰胺A带特征吸收（O—H和N—H拉伸振动）。酰胺I带位于1 650～1 460 cm－1，对应C＝O伸缩拉伸，WPI粉末中的酰胺I I带集中在1 535 cm－1附近，这与蛋白质C—N伸缩振动和N—H弯曲振动有关。经热处理后，hWPI的酰胺I带由1 631 cm －1转移至1 635 cm－1，酰胺II带由1 515 cm－1转移至1 514 cm－1，这是蛋白质二级结构的改变而导致。MD在1 148、1 014 cm－1附近的特征波段属于C—O拉伸振动和C — O — H 弯曲振动，被认为是 1 5 0 0 ～ 800 cm－1多糖的“指纹”图谱。在鱼油微胶囊和鱼油/姜黄素微胶囊中，酰胺I I带均移至接近1 532 cm－1，MD 1 014 cm－1特征峰分别蓝移至1 024 cm－1和1 026 cm－1处，这是蛋白质的N—H基团和MD的O—H基团之间形成氢键所致。与单独的WPI相比，鱼油微胶囊的酰胺A带由3 274 cm－1蓝移至3 280 cm－1，酰胺I带由1 631 cm－1蓝移至1 632 cm－1，这归因于壁材分子间氢键以及WPI和hWPI之间的疏水作用。

在微胶囊中添加了姜黄素后，酰胺A带由3 280 cm－1进一步蓝移至3 282 cm－1，酰胺I带由1 632 cm－1蓝移至1 633 cm－1，这些变化与姜黄素和WPI间氢键和疏水作用有关。姜黄素在3 507 cm－1附近的吸收峰是酚羟基—OH伸缩振动特征峰，微胶囊化后该峰消失，其原因在于酚羟基参与了蛋白质与多酚之间的反应。在姜黄素的傅里叶变换红外光谱中，1 626 cm－1处的吸收带归因于C＝O和C＝C的重叠伸缩振动，1 601 cm－1吸收峰处是苯环的伸缩振动特征峰，1 272 cm－1处的吸收峰是芳烃C—O伸缩振动特征峰。当姜黄素被微胶囊化后，这些峰几乎完全消失，表明姜黄素被负载在蛋白质基质中，降低了姜黄素的分子振动。也有研究表明，当姜黄素与卵清蛋白结合时，由于分子间疏水作用和氢键，导致姜黄素的特征峰减弱。

经过微胶囊化后，鱼油3 011（顺式烯烃的C—H键伸缩振动）、2 924 cm－1及2 854（亚甲基、醛基的C—H键伸缩振动）、1 736 cm－1（脂肪酸羧基中的酯键）处峰强度减弱，1 463 cm－1及1 372（甲基、亚甲基的弯曲振动）、1 176（—CH2面外弯曲振动、C—O—C的伸缩振动）、719 cm－1（亚甲基的面内摇摆振动、顺式二取代烯烃的面外弯曲振动）处特征峰消失，说明鱼油已被有效地包埋在微胶囊中。

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微胶囊粉末的包埋率分析

表面油含量和包埋率是衡量微胶囊粉末最重要的参数之一，可能影响微胶囊的氧化稳定性。从图4可知，鱼油微胶囊粉末的表面油相对含量为1.05%，包埋率为96.5%；姜黄素的添加对表面油相对含量和包埋率没有显著影响。有研究表明，将姜黄素溶解在奇亚籽油中冻干制备微胶囊，当MD与阿拉伯胶质量比为1∶3、芯材和壁材质量比为1∶5时，姜黄素含量对奇亚籽油微胶囊粉末的表面油和包埋率也没有产生显著影响。本实验所有鱼油单包埋、鱼油-姜黄素共包埋微胶囊粉末符合QB/T 4791—2015《植脂末》对植脂末表面油相对含量≤5%的规定。低表面油相对含量和高包埋率不仅能抑制次级氧化产物的生成，还能在外界环境和芯材之间形成物理屏障，阻碍鱼油不良风味的挥发和释放，有利于消费者对鱼油产品的接受度。本研究利用变性和天然WPI联合MD稳定的微胶囊包埋率高（图4），且远高于以WPI和MD作为壁材制备的鱼油微胶囊粉末包埋率（61%，鱼油与壁材质量比为1∶4，WPI与MD质量比为1∶19；约32.8%，WPI与MD质量比为1∶30）；本实验获得的微胶囊粉末表面油相对含量也远低于WPI和菊粉制作的鱼油微胶囊（2.4%～13.9%，菊粉与WPI质量比为0∶100～50∶50）。综上，热变性改善了WPI的乳化性和分子间相互作用，形成致密的网络状结构，有利于喷干过程中在油脂周围形成坚实的外壳。

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水分含量、水分活度、复溶性分析

低水分含量和水分活度能有效防止粉末微生物生长和结块情况的发生，从而提高样品稳定性和消费者可接受度。如表1所示，姜黄素添加量对微胶囊粉末的水分相对含量和水分活度没有显著影响，所有微胶囊粉末水分相对含量在3.13%～3.65%之间，水分活度在0.100～0.160之间，低于维持微胶囊物理化学稳定性、氧化稳定性和发生微生物污染的限值（水分活度和水分相对含量分别为0.4和5%）。

如表1所示，鱼油微胶囊粉末的复溶性为74.65%，姜黄素添加量为0.05%和0.10%时，微胶囊粉末的复溶性没有显著变化，而0.20%姜黄素微胶囊粉末的复溶性增加到82.01%。这是因为WPI与姜黄素通过疏水相互作用形成复合物，改善了姜黄素在水中的溶解度。同样地，有研究表明，莲子蛋白负载的姜黄素微胶囊溶解度较高，原因在于两者形成了可溶性复合物。此外，多酚可能会与蛋白质的疏水氨基酸结合，呈现出更亲水的结构。姜黄素是多酚类化合物，其酚羟基可能位于复溶微胶囊颗粒的表面，增加表面亲水性和颗粒的溶解性。图3也显示蛋白和姜黄素之间的疏水相互作用改变，以及姜黄素酚羟基参与了蛋白质与多酚之间的反应。本实验中0.2%姜黄素微胶囊粉末的复溶性略高于天然WPI和MD稳定的鱼油微胶囊粉末，其复溶性为78.70%。粉末溶解性被报道与颗粒表面疏水性有关，较高的表面油可能会降低粉末的溶解度。本研究制备的鱼油微胶囊具有低表面油含量和高包埋率，因而微胶囊的复溶效果较好。

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界面姜黄素分析

乳状液包含水相、油相和油-水界面层。由于多酚类化合物在水相和油相中的低溶解性，主要被蛋白质包埋分布在水相或随蛋白质吸附于油-水界面。由图5可知，随着初始和复溶乳状液中姜黄素添加量的提高，吸附在油-水界面的姜黄素比例呈现下降趋势（图5A），而界面姜黄素的总量呈现上升趋势（图5B）。当姜黄素添加量由0.05%增加至0.20%时，初始乳状液中其界面吸附量由0.068 mg/mL增加至0.226 mg/mL，复溶乳状液中其界面吸附量由0.231 mg/mL增加至0.810 mg/mL。其可能的原因在于：乳状液体系中姜黄素含量的增加，使得更多的姜黄素通过疏水作用和氢键与界面上的蛋白质形成复合物。与初始乳状液相比，所有复溶乳状液界面姜黄素比例上升，这是因为喷雾干燥过程中油滴发生聚结和絮凝，微胶囊颗粒之间发生聚集，降低了微胶囊粉末的润湿性，颗粒在复溶过程中颗粒结构难以完全展开，从而导致了复溶乳状液界面蛋白和姜黄素含量的上升。

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热稳定性分析

为了评估微胶囊粉末的热稳定性，进行热重分析（TGA）和微分热重分析（DTGA），如图6所示，对于微胶囊的热降解过程，第1阶段的热损失发生在150 ℃以下时，质量损失约为6%，主要归因于水的蒸发。第2阶段为200～400 ℃，该阶段的质量损失主要归因于壁材的分解，研究表明，姜黄素在205 ℃左右开始降解，256 ℃时鱼油开始降解，260 ℃时WPI开始降解，301 ℃时MD开始降解，壁材的降解导致微胶囊结构被破坏，因而在250～400 ℃范围内微胶囊粉末的质量迅速下降。对于TGA曲线，当温度在150～290 ℃范围，含有姜黄素的微胶囊粉末的热重损失程度略小。DTG曲线主要反映样品的质量损失率。鱼油微胶囊的最大热降解温度为280 ℃，而不同添加量姜黄素的微胶囊最大热降解温度为282 ℃。当姜黄素被封装后，微胶囊的热降解温度略升高，表明姜黄素-鱼油微胶囊的稳定性比鱼油微胶囊略好。一方面，姜黄素通过疏水相互作用形成复合物；另一方面，姜黄素具有多个羟基，这些羟基可以通过与蛋白质的羰基共价键形成更紧密的网络和坚固的壳层，从而增加了姜黄素-鱼油微胶囊的热稳定性。在第3阶段（400～600 ℃），微胶囊质量损失高达90%，其原因在于壁材在高温条件下进一步降解及碳化。由热重结果可知，本研究制得的鱼油单包埋、鱼油-姜黄素共包埋微胶囊粉末在一般食品加工温度范围内的质量损失较少，具有良好的热稳定性，能够进一步应用至实际生产中。

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贮藏稳定性分析

7.1 姜黄素的贮藏稳定性

姜黄素具有抗氧化、抗炎和抗菌等多种生物活性，但其易于发生氧化降解，对姜黄素进行微胶囊化包埋可以有效提高其在高温环境下的稳定性。由表2可以看出，喷雾干燥后微胶囊粉末中姜黄素的回收率在62.5%～87.4%之间，高于以MD为壁材包埋葡萄提取物的多酚回收率（57.4%～82.7%）。如图7所示。在相同贮藏时间下，微胶囊粉末中姜黄素的保留率不依赖于添加量。在贮藏21 d后，姜黄素的保留率仍高于90%；随着贮藏时间延长，微胶囊粉末中姜黄素的保留率略有下降。一方面，游离的姜黄素易受高温、氧气、光照影响而发生降解；另一方面，由于鱼油富含多不饱和脂肪酸，极易发生氧化降解，因而作为抗氧化剂的姜黄素在保护鱼油的过程中可能发生自身降解。在45 ℃贮藏35 d后，微胶囊（姜黄素添加量为0.10%和0.20%）中姜黄素的保留率约为81%（图7），远高于以阿拉伯胶为壁材制作的姜黄素微胶囊在30 ℃贮藏30 d的保留率（30%～50%）。

7.2 鱼油的贮藏稳定性

鱼油是omega-3多不饱和脂肪酸的主要来源，含有丰富的EPA和DHA。鱼油具有难闻的鱼腥味，其不饱和脂肪酸一旦暴露在氧气、阳光和热量下，很容易发生氧化酸败。鱼油的微胶囊化不仅可以提高脂质氧化稳定性，还有利于产品的加工、运输和储存。对于鱼油微胶囊产品品质，需要考虑的因素一是多不饱和脂肪酸的保留率；二是贮存过程中油脂氧化产物的形成。因此，贮藏稳定性是微胶囊鱼油的重要评价指标。

由表2可知，喷雾干燥后微胶囊粉末中鱼油的回收率在68.9%～75.2%之间，高于以乳清蛋白为壁材包埋杜松子油的回收率（52.4%）。由图8可知，随着贮藏时间延长，鱼油及微胶囊粉末的EPA及DHA含量均呈下降趋势。未经微胶囊化处理的鱼油作为空白对照，其中EPA、DHA保留率下降很快，贮藏35 d后EPA、DHA保留率分别约为5%和3%。微胶囊化使得EPA和DHA贮藏35 d后的保留率分别提高至17%和11%。随着姜黄素添加量的增加，EPA、DHA保留率也随着增加，这可能与姜黄素作为抗氧化剂抑制了油脂氧化有关。当贮藏35 d后，姜黄素添加量为0.20%的微胶囊粉末中仍可保留39% EPA和39% DHA。这些结果表明，微胶囊化联合界面姜黄素可以有效延缓EPA和DHA在贮藏过程中的降解和损失。

鱼油富含不饱和脂肪酸，因此在高温条件下会迅速发生自氧化，导致酸败及异味的产生。本研究通过氢过氧化物含量及硫代巴比妥酸反应物（TBARS）值量化鱼油及微胶囊在贮藏过程中初级氧化产物和次级氧化产物变化情况。如图9A所示，与鱼油相比，新制备微胶囊粉末的氢过氧化物含量更高，这与喷雾干燥过程中表面油因高温而氧化有关。但是，姜黄素的加入可以抑制微胶囊粉末中鱼油在喷雾干燥过程中的氧化。微胶囊中氢过氧化物形成的滞后期相对较短，贮藏7 d时，鱼油微胶囊粉末的氢过氧化物含量达到最大；随着姜黄素添加量的增加，鱼油微胶囊氢过氧化物含量进一步降低，鱼油-姜黄素微胶囊粉末贮藏14 d或21 d后氢过氧化物含量达到最大。油-水界面是油脂氧化发展的关键区域，多酚在乳状液系统中的分布显著影响脂质氧化。与水相和油相抗氧化剂相比，界面抗氧化剂可以有效抑制油脂氧化。吸附在界面的姜黄素越多（图5），鱼油氧化速度越慢（图9），并延缓鱼油中DHA和EPA在贮藏过程中的损失（图8）。有研究指出，与单层表面活性剂覆盖的界面相比，蛋白质覆盖的界面对油滴的保护更差，引发剂或自由基易进入油相并引发油脂氧化。而多酚还可以通过充当蛋白质分子之间的交联剂并形成界面膜，防止氧化剂渗透和扩散。

贮藏后期初级产物含量逐渐降低，这是因为初级氧化产物不稳定，被进一步氧化成醛、酮等其他化合物。如图9B所示，空白鱼油在整个加速氧化过程中TBARS值几乎呈线性增加，而微胶囊TBARS值相对较低且增加缓慢。在贮藏14 d内，姜黄素含量较高的微胶囊次级氧化产物含量较低。整体来说，微胶囊粉末的TBARS值明显低于空白鱼油。上述结果表明，微胶囊化的包埋作用联合姜黄素的界面抗氧化作用可以有效增强鱼油的氧化稳定性。

结论

本研究使用hWPI和WPI联合MD作为壁材，成功制备低表面油、高包埋率的鱼油微胶囊粉末。在不同姜黄素添加量下，乳状液的粒径分布均一，

本文《鱼油-姜黄素微胶囊粉末的制备、高效包埋及稳定化作用》来源于《食品科学》2025年46卷9期109-120页，作者：周范琳，罗惠，陈楷文，张书凝，张团结，梁丽*。DOI：10.7506/spkx1002-6630-20241031-209。点击下方阅读原文即可查看文章相关信息。

实习编辑：魏雨诺；责任编辑：张睿梅。点击下方阅读原文即可查看全文。图片来源于文章原文及摄图网

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