《食品科学》：肖杰教授、方素琼高级工程师等：凝胶珠在功能食品稳态包埋和增效递送领域的应用研究进展

凝胶珠是一类由凝胶材料（天然或合成材料）制备的具有三维网络结构的微小球状结构胶体，其内部的网络结构能够包封和保护活性成分，如营养物质、功能性添加剂和微生物等。凝胶珠在食品领域中具有广泛应用，尤其在活性成分的稳定化、靶向释放和功能食品开发等方面展现出极大的应用潜力。

此外，凝胶珠包封有助于提升食品的感官品质和加工适应性，使其适用于食品的多种类型，既能改善食品质构和口感，又能掩盖营养强化成分的风味缺陷，同时不影响食品的整体感官特性。在功能性食品的创新开发方面，凝胶珠在包封Omega-3脂肪酸和益生菌等活性成分方面表现出显著优势。凝胶珠的三维网络结构不仅能有效提高这些敏感成分的稳定性，还可降低加工、运输和贮藏过程的经济成本。因此，凝胶珠技术的应用不仅促进了营养成分的优化递送，也为功能性食品的创新开辟了新方向。

华南农业大学食品学院的陈帅、肖杰*，仙乐健康科技股份有限公司的方素琼*等总结凝胶珠技术在食品领域中的研究与现状，重点讨论其制备方法、基材选择、功能特性以及在食品领域的应用。同时，总结凝胶珠对食品的稳定性、营养输送及功能性改善的作用，探讨其在未来食品开发中的潜力和挑战，旨在为凝胶珠技术在功能食品的创新与开发提供参考。

01

凝胶珠的制备技术

凝胶珠的制备通常包括颗粒的形成及交联固化两个主要步，合适的材料组成设计及制备技术是凝胶珠控制性制备的关键（图1）。传统技术如乳化、离子交联和凝聚法，以其操作简便和制备高效的特点，广泛应用于食品和生物活性物质的包封。此外，静电喷雾与微流控等先进制备技术的应用有助于凝胶珠的尺寸均一、结构精准性及功能化设计。

1.1 传统技术

1.1.1 乳化

乳化技术是制备凝胶珠的重要方法，通过将两种不相溶的液体（如油-水或水-油）在乳化剂或机械剪切作用下形成微小乳液滴，经过固化、清洗和收集等步骤，最终得到稳定的凝胶珠。如乳液模板法通过液滴模板的组装机制实现微米级（50～500 μm）孔隙结构的调控；双乳液法（W/O/W或O/W/O）利用水-油-水或油-水-油多重界面屏障，构建脂溶性与水溶性活性成分的分级负载体系；而乳液凝胶法则通过界面化学交联构建具有高机械强度的三维网络结构，显著提升凝胶珠在胃肠递送过程中的结构完整性。杨曦等结合乳化技术和离子固化，调控搅拌速率和钙离子浓度，成功制备了几微米到几百微米的海藻酸钠凝胶球。此外，研究表明，蛋白基的壁材对沙棘油的封装效率高于多糖基壁材（包埋率：蛋白基＞80%，多糖基＜60%），但多糖基制剂具有更好的球形度。类似地，在对黄皮提取物的包封研究中，豌豆蛋白-麦芽糊精的包封率最高（84%），且具有低水分含量和低吸湿性。Wang Ziyou等通过乳化技术制备了负载牛至精油（OEO）的明胶/角叉菜胶的凝胶珠用于番茄保鲜，发现微胶囊凝胶珠包封的OEO具有缓慢释放特性（释放时间持续80 h以上）。

1.1.2 离子交联

离子交联法是一种制备凝胶珠的经典方法，它利用多聚电解质材料与多价离子交联剂之间的静电相互作用形成稳定的三维网络结构。例如，海藻酸钠中的羧基（—COO-）与多价阳离子（Ca2+、Fe3+）通过静电相互作用组装成三维网络结构，形成“鸡蛋盒模型”结构的凝胶珠。果胶也可与钙离子反应制备凝胶珠。Reichembach等通过钙离子和三聚磷酸钠的交联制备了果胶凝胶珠和果胶-CS凝胶用于包封咖啡精油，发现果胶-CS凝胶珠具有良好的机械性能和抗消化性。离子交联技术因其简单高效、过程温和，已成为产业化生产的重要方法。

1.1.3 凝聚

凝聚技术是一种通过诱导相分离或化学反应快速形成三维交联凝胶珠的方法。Yang Liying等利用凝聚技术制备了负载OEO的明胶-阿拉伯胶微囊，有效延长草莓的保质期（长达7 d）并提高草莓VC含量（比对照组高出约1.5 倍）。凝聚技术还可通过溶剂交换或沉淀的方式制备凝胶珠，如Wang Tao等通过溶剂交换-挥发法制备了包封次氯酸钠的聚乳酸（polylactic acid，PLA）和聚乙烯醇（polyvinyl alcohol，PVA）基凝胶珠，用于番茄的保鲜。此外，pH值诱导也是凝聚技术的常用方法，其原理是基于pH值变化引发基质材料溶解性变化或内部分子交联从而形成凝胶珠。例如，CS在pH值变化下形成凝胶珠。凝聚技术因其操作方式简便，且多采用亲水性的材料和交联剂，对生物活性物质具有良好的保护作用，广泛用于包封精油、多酚等活性物质。但不同的交联方式和速率会导致凝胶珠结构不均、机械性能差等问题。

1.2 先进制备技术

1.2.1 微流控

微流控技术是一种通过精确控制微尺寸通道上的流体行为，生成高度均一且结构可精准调控的液滴。在凝胶珠制备方面优势显著，尤其擅长生成尺寸均匀、形状规则的凝胶珠。液体在微通道内流动，受到流体动力学因素（剪切力、界面张力等）使凝胶材料液滴在交联剂或凝固液中形成凝胶珠。其原理类似于传统的乳化技术，互不混合的两相或多相液体在微米尺寸通道上产生微液滴，接着通过固化、分离、清洗等步骤收集凝胶珠。微流控技术的优势在于液滴的单分散性和可重复性，这得益于其可精确控制实验条件，如芯片的通道几何形状、流速和流体的黏度等。通过设计不同的微通道芯片或调控流速能够生成不同结构的微液滴，从而制备结构各异的凝胶珠，如单相、双相及多相凝胶珠。Wu Yuting等通过改变微流控芯片的结构制备出单相油芯和多相油芯的凝胶珠。微流控系统可通过调节流速、材料浓度和界面张力，精确控制凝胶珠的尺寸、形态及内部结构。此外，采用多通道并联设计的方式，微流控技术的制备效率能够得到有效提升，可满足规模化生产需求。

1.2.2 静电喷雾

静电喷雾技术（或电喷雾技术）是一种利用高电压产生的强电场力将液体分散成微小液滴的技术，适用于制备尺寸均匀、结构稳定的凝胶珠。通过高电压在液体喷嘴和接收器之间形成强电场，液滴利用电场力克服液体的表面张力从锥尖喷射出，液滴在空气中飞行并固化或在接收液中固化，最终生成凝胶珠。静电喷雾技术的特点在于强静电场克服了传统液滴依靠重力滴落的问题，能够精准地控制液滴的大小和形状。在电场控制下生成尺寸均匀的液滴，粒径分布窄，可制备微米级至纳米级凝胶珠。研究发现，利用静电喷雾技术制备的负载肉桂醛的海藻酸钠凝胶珠，其最小粒径为155.3 μm，包埋率为86%，负载率为45%。Dorneles等通过电喷雾技术制备了负载南洋杉苞片提取物的凝胶珠，其粒径约为1.5 mm。研究表明，同轴静电喷雾技术可以为包封的益生菌提供更多的保护。然而，静电喷雾技术单喷嘴流速较低、设备要求较高、液体需具备适当的电导性和流变学特性等限制了其材料选择与高通量生产加工。凝胶珠的先进制备技术如图2所示。

02

食品中凝胶珠的基材

在食品工业中，凝胶珠的制备工艺及基材选择对其包封效率、活性物质的保护能力以及释放性能具有决定性的直接影响。本节梳理不同制备工艺所采用的壁材及其封装的功能性物质，展示各类基材的多样性与其在食品中应用的典型实例（表1）。

2.1 海藻酸盐

海藻酸盐是一类天然来源的阴离子多糖，主要存在于褐藻（如巨藻、海带、马尾藻）中，是海藻细胞壁的重要组成部分，由

D

-甘露糖醛酸（M段）和

L

-古罗糖醛酸（G段）单元组成。海藻酸盐中含有大量的羧基基团（—COO - ）能与多价阳离子（如Ca 2+ ）结合交联生成三维凝胶网络。M段和G段含量的差异不仅决定了海藻酸盐分子质量的大小，还影响了其与多价阳离子形成凝胶的强度。根据钙离子扩散方向的不同，可将海藻酸盐形成凝胶球的机制分为正向球化和反向球化。钙离子从外向海藻酸盐液体的内部扩散，形成实心的凝胶球称为正向球化。相反地，反向球化是指钙离子从海藻酸盐溶液的内部向外扩散，形成具有液芯的凝胶爆珠。海藻酸盐浓度、交联过程中钙离子浓度和交联时间是影响海藻酸盐凝胶球制备过程的主要因素。Mokhtari等发现表面活性剂的加入会显著降低海藻酸盐凝胶珠的尺寸，提高凝胶珠的包埋率。海藻酸盐凝胶珠在生物活性成分的封装、缓释与靶向释放方面应用广泛。

2.2 明胶

明胶是一种天然蛋白质，由胶原蛋白通过部分水解得到，因其良好的生物相容性和可加工性，被广泛用于制备凝胶珠。明胶基凝胶珠的形成机制主要归结于热敏性凝胶化作用以及化学交联作用这两大关键要素。明胶基凝胶珠能够形成均匀的凝胶网络，便于实现活性物质的控释和保护；同时，其可降解性确保其在环境中自然分解，适用于环境友好型材料和体内应用。为提升凝胶珠的机械强度和稳定性，可采用交联剂（如戊二醛、谷氨醛或天然多糖）对明胶进行化学交联，形成共价键连接的三维网络，从而增强凝胶的耐溶胀性和长期稳定性。Yang Liyang等使用戊二醛作为交联剂，制备了封装OEO的凝胶珠。此外，明胶可以通过静电相互作用和分子间氢键提高海藻酸盐网络的内聚性和稳定性。Ni Fangfang等将明胶加入海藻酸盐中，再与Ca2+交联形成双交联的水凝胶珠，显著提升了其网络结构的稳定性。然而，明胶凝胶珠亦存在不容忽视的局限性，其在机械性能方面表现较差，未经过交联处理的明胶凝胶珠易溶胀或降解。此外，明胶凝胶珠还呈现出较高的环境敏感性，高温、高湿度或酸性环境下，其稳定性易丧失，从而限制了其广泛使用。

2.3 CS

CS是一种由甲壳素脱乙酰化而成的天然阳离子多糖，其分子结构由

N

-乙酰葡糖胺和

D

-葡糖胺单元通过

-1,4糖苷键连接的线性多糖，具有广谱的抗菌效果。CS分子中的正电荷（NH + 3 ）与多价阴离子（如三聚磷酸钠、硫酸根、柠檬酸盐）结合，形成离子交联凝胶化从而构建三维网络结构。Ding Xiaoqing等基于分子间静电相互作用，通过将改性得到的带负电荷的羧甲基魔芋多糖（CMKGM）与带正电荷的CS颗粒复合形成自组装的CMKGM-CS纳米凝胶。利用pH值的变化也能够促使CS形成凝胶，如Li Zi’ao等首先制备了茶树油微胶囊粉，后加入CS或结冷胶，然后通过进样器将混合溶液滴入1 mol/L NaOH溶液中制备水凝胶珠。相似的制备原理也可用来制备CS和PVA气凝胶微球。通过优化CS的来源、性质及制备条件，可以设计具有特殊功能的CS凝胶珠，用于食品保鲜和营养递送。

2.4 合成材料

合成材料具有来源广泛、成本低、稳定性高、功能多样化等诸多特点。如聚乙二醇（PEG）水凝胶由于其亲水性和生物相容性常应用于活性物质或酶的封装。Suvarli等通过带有紫外线的微流控装置制备了包含

-半乳糖苷酶的PEG-DA（光诱导剂）水凝胶微粒，表现出优异的固定化性能，并在室温条件下保持了偶联酶的活性（28 d后残留活性为115%，比对照组高出21%）。聚丙烯酸（PAA）是源自丙烯酸的聚合物，具有强大的黏合力和可回收性，同时还具有无毒特性，其每个单体单元中均存在的羧基（—COOH）基团增加了活性表面位点数量，具有作为递送水凝胶的潜力。例如Gao Jiande等制备了羧甲基淀粉-

g

-PAA/硅酸盐黏土复合材料并将其与海藻酸钠混合，滴入CaCl 2 溶液中交联形成包含盐酸小檗碱的水凝胶珠，复合水凝胶表现出pH值响应特性。释放实验表明，在pH 1.2条件下12 h累计释放量低于10%，在pH 6.8和pH 7.4条件下累计释放量高于80%。PVA是固定纳米酶、蛋白质和小分子以实现对不同靶点灵敏检测的绝佳候选材料，同时也被用作成本低、机械强度高、稳定性好的固体载体。Wei Chonghui等通过交联PVA和CS的固体载体制备含有纳米酶RuO 2 水凝胶珠，与未受保护的RuO 2 相比，在长期贮存后RuO 2 仍具有良好的催化功效。

03

凝胶珠功能化应用

凝胶珠凭借其独特的结构特性和高度可调控的功能设计，在食品科学与活性物封装等领域展现出广泛的应用前景。因此，本文进一步围绕凝胶珠在风味和香气的封装、功能组分的稳态包封、消化道控释及靶向递送4 个方面展开讨论（图3），以阐明凝胶珠技术在优化生物活性物质传递与功能释放中的潜在价值及应用策略。

3.1 风味和香气的封装

风味物质通常对环境因素，如温度、湿度、光和氧气非常敏感，这些因素会影响其稳定性和有效性。在食品加工和贮存过程中，风味物质的易挥发性和对环境的敏感性使其难以保持稳定，因此需要有效的封装技术。凝胶球作为一种封装载体，通过其三维网格结构能够以物理方式捕获并稳定封装活性成分，从而有效保护这些敏感物质免受外部环境的影响。

研究发现，通过静电喷雾制备负载薄荷精油的纳米胶囊珠，可以显著延长精油的持续释放时间至180 min。Kang等制备了一种乳液基海藻酸钙凝胶珠（EF-CAG），用于负载3-MB（熟牛肉风味），实现了3-MB的热响应性释放。在烹饪过程中，EF-CAG显著增强了3-MB的风味释放，同时未对外观或风味稳定性产生不良影响，并可在4 ℃条件下维持风味稳定性达10 d。Wang Minqi等将疏水性风味物质烯丙基甲基二硫化物（AMDS）封装于海藻酸钙凝胶珠，研究了离子强度对模拟烹饪和长期贮存过程中AMDS稳定性的影响，结果发现加热或贮存后脂滴从凝胶珠中泄漏，高浓度的离子强度加剧了泄漏现象。此外，风味物质的稳定性与释放性能可能与凝胶珠的交联密度、网格孔隙和尺寸密切相关。例如，通过调控海藻酸盐凝胶珠的粒径，可以实现对百里香酚释放速率的控制。研究发现，粒径显著影响释放速率，海藻酸钠纳米珠的持续释放时间比微米珠延长了24 h。Hu Jingyi等利用β-环糊精和CS作为壁材，制备了封装2,3-二乙基-5-甲基吡嗪（DEMP）（坚果香味）的热响应凝胶珠。结果显示，贮存30 d后，包封的DEMP相比游离状态的DEMP保留率提高了约2 倍。此外，Li Kaixin等的研究发现，麦芽糊精与乳清分离蛋白制备的凝胶珠能够降低风味物质的扩散。凝胶珠封装体系的显著优势在于其响应性风味释放特性，而这种释放行为主要受pH值、温度和酶等因素的调控。

3.2 功能组分的稳态包封

凝胶珠对食品中容易受环境因素（如氧气、湿度、温度、pH值、光线和酶）影响的活性成分具有良好的包封稳定效果。凝胶珠的三维网络结构能够发挥物理屏障的作用，有效隔绝了外界因素（氧气、水分和微生物等）对封装于凝胶球内活性成分的影响。Zhang Ming等报道了一种基于双乳液填充的海藻酸盐水凝胶珠（AA-HB）用于封装递送抗坏血酸，发现AA-HB在4 ℃和25 ℃贮存60 d时具有良好的稳定性和抗氧化性能，AA-HB对抗坏血酸具有显著的缓释作用。研究表明，大豆蛋白纳米纤维和海藻酸钠制备pH值响应性凝胶珠能够保持花青素颜色的稳定性（96 h贮存期间内花青素颜色变化（Δ

E

）＜5）。

凝胶的材料显著影响凝胶球的功能特性。例如，利用pH值敏感的凝胶材料（如CS或海藻酸盐）可以增强活性物质在特定pH值环境下的稳定性。研究表明，向海藻酸钠中加入PVA能够延缓海藻酸钠凝胶珠在小肠内的提前降解，制备的姜黄素-海藻酸钙/PVA凝胶珠在结肠中10 h的姜黄素累计释放量达到90%，有效减少了姜黄素在小肠阶段的提前释放，并显著提升了姜黄素在胃和小肠中的稳定性。Guedes等开发了一种淀粉-海藻酸盐-明胶乳液填充的水凝胶珠，发现这种封装技术能够减少油脂氧化并提高

-胡萝卜素的稳定性。淀粉基微粒还延长了

-胡萝卜素的保质期，在加速贮存条件下（65 ℃、6 d），封装的

-胡萝卜素损失率仅降低约25%。基于耐热凝胶材料的凝胶珠展现出优异的高温隔离能力，能够在高温加工或贮存条件下保护包封成分。Zhao Yana等报道了一种利用氧化淀粉酯、海藻酸钠和CS为壁材制备的多层水凝胶珠，用于封装紫苏精油（PLEO）。研究显示，水凝胶珠封装显著提升了PLEO的热稳定性，热稳定性提高约6 倍。此外，采用CS-植酸酶复合物作为芯层，海藻酸盐-角叉菜胶作为壳层制备的水凝胶珠，能够在90 ℃加热后保留70%的植酸酶催化活性，从而有效保护其催化功能免受热损伤。进一步研究还发现，海藻酸盐/CS包衣复合物显著提升了白藜芦醇的抗辐射能力。与游离白藜芦醇相比，封装后的白藜芦醇光稳定性提高了约2 倍。

3.3 功能组分的消化道控释

凝胶珠在消化道中的行为对于其控释性能和营养递送至关重要。消化道不同部位的环境特性，例如胃中的低pH值和高机械剪切力、小肠的酶活性以及结肠的微生物作用，都会显著影响凝胶珠的释放模式和控释效果。凝胶珠技术在封装矿物质元素方面表现出优异的效果，不仅有效减少了矿物质（如铁、锌、钙）的异味，显著提高了其在肠道中的吸收率。CS凝胶珠封装铁离子，避免铁的金属味影响食品口感并防止其与其他成分发生相互作用。Sun Wenxian等报道了一种通过亚铁离子（Fe2+）交联制备的大豆分离蛋白/山楂果胶水凝胶珠，用作口服补铁材料。研究表明，该体系能够显著减少亚铁离子在模拟胃液中的损失，从而降低对胃的刺激性，同时在模拟肠液中实现缓慢释放，展现出良好的靶向递送性能和胃肠道耐受性。

凝胶珠包封的多酚类物质（如茶多酚、花青素、维生素等）有效降低多酚物质的氧化降解，同时提高胃肠道的稳定性和吸收率。Kou Fang等通过金属-多酚网络合成铁-儿茶素纳米颗粒（Fe-CANPs），再通过海藻酸盐的成凝胶机制包封Fe-CANPs，制备了铁-儿茶素水凝胶珠。研究表明，铁-儿茶素水凝胶珠显著提高了体系的热稳定性，且Fe-CANPs表现出良好的释放性能，其中儿茶素和VC的释放量分别为66.1%和50.7%。Geng Mengjie等利用海藻酸钠凝胶珠共包封VC和VE，发现W/O/W乳液凝胶珠能调控脂肪的水解，显著提升VC和VE的生物可及性（VC：90.20%和VE：95.19%）。在其他研究中，如表没食子儿茶素没食子酸酯和槲皮素、亚麻籽油和槲皮素以及胶原肽和虾青素也发现类似的规律。此外，凝胶珠的消化和控释行为与其凝胶材料和交联程度有关。研究表明，海藻酸盐凝胶珠的体外消化行为会受到海藻酸盐中甘露糖醛酸/古洛糖醛酸比值及钙离子交联浓度的显著影响。

3.4 功能组分的靶向递送

近年来，凝胶珠在食品功能组分包封与递送领域的研究备受关注。凝胶珠技术不仅能够显著提高其在复杂加工过程和胃肠环境中的稳态，还能提升功能组分的靶向递送能力，从而增加其生物可及性与生物利用度，为功能性食品和营养补充剂的研发提供创新性的解决方案。小肠是活性物释放的主要场所，pH值（6.5～7.5）和消化酶的作用能够导致凝胶珠壁材（多糖、蛋白等）发生溶胀或降解，从而逐渐释放出包封的活性物。而在结肠中，微生物分泌的酶（如CS酶、纤维素酶）会进一步降解凝胶材料，从而实现活性成分的释放。因此，通过优化凝胶珠的设计及材料选择，可使其对这些环境条件产生响应，从而实现活性成分的精准释放。Song Jie等利用海藻酸钠和腐植酸（HA）制备递送

L

-抗坏血酸（

L

-AA）的凝胶珠（海藻酸钠/HA-Ca 2 + ），结果表明，海藻酸钠/HA-Ca 2+ 凝胶珠表现出良好的缓释药物特性和pH值敏感性，

L

-AA在模拟胃液和肠液中最大释放量分别为23.67%和82.64%，实现了对

L

-AA的有效包埋及肠道递送。Feng Yaping等的研究进一步表明，在海藻酸钠凝胶珠的基材中加入胶原蛋白水解物，可以显著提高茶多酚的包埋率和保留率。与单独海藻酸钠凝胶珠相比，该复合体系在高温及酸碱条件下的茶多酚保留率提升约20%。此外，另一项研究开发了由海藻酸钠、结冷胶和羧甲基纤维素钠构建的三元复合水凝胶珠，用于封装和递送活性乳铁蛋白（LF）。研究结果显示，该复合凝胶珠的包埋效率超过80%。在模拟胃液中，LF的最高释放量仅为2.2%，而在肠液中释放量超过60%，表明三元复合水凝胶珠实现了对LF的有效包埋和递送。

此外，凝胶珠具有结肠靶向递送的潜力。Liu Siyao等制备菊粉-CS-海藻酸盐三元凝胶微球用于槲皮素的结肠靶向递送，结果表明超过80%的槲皮素成功在结肠中释放，展现出良好的结肠靶向性。同样地，低聚糖-果胶凝胶珠也被发现能够实现槲皮素的胃肠稳态和结肠靶向递送。进一步研究表明，凝胶材料的性质差异也是影响凝胶珠消化与控释性能的重要因素。Li Mingyuan等利用琼脂糖-海藻酸钠为载体制备番茄红素和白藜芦醇纳米乳水凝胶珠，发现琼脂糖的加入能够有效延缓活性物质（番茄红素和白藜芦醇）的释放。综上所述，凝胶珠的控释行为与其材料特性、交联程度以及消化环境中的pH值和酶活性密切相关。因此，通过合理设计凝胶珠的材料与结构，能够实现针对不同消化道部位的精准递送，从而提升活性成分的生物利用度，优化其健康效益。

04

Omega-3脂肪酸和益生菌的稳态递送

Omega-3脂肪酸和益生菌因其在心血管健康、免疫调节以及肠道微生态平衡等方面的显著功效，已成为功能性食品和营养制品中热门的功能性成分。然而，这两类成分对环境条件高度敏感，Omega-3脂肪酸极易氧化，而益生菌则容易因高温、胃酸和胆盐的作用而失活。而凝胶珠凭借其高度可控的三维网络结构，可有效包埋Omega-3脂肪酸和益生菌（图4），展现出卓越的保护和递送潜力。

4.1 Omega-3脂肪酸

Omega-3脂肪酸属于多不饱和脂肪酸（PUFAs），其主要活性成分为

-亚麻酸、二十二碳六烯酸（DHA）和二十碳五烯酸（EPA），在食品、营养补充剂、医药和化妆品等领域备受关注。然而，由于其特殊的化学结构，Omega-3脂肪酸极易受氧化、高温和光照的影响，导致其品质下降、营养成分损失及不良气味（腥味）的产生，这些问题显著影响了消费体验和市场接受度。研究表明包封技术可显著提高Omega-3脂肪酸的稳定性和生物利用度。

凝胶珠通过其三维网络结构形成物理屏障，有效隔绝氧气、光照、高温和湿度等不利环境因素，从而显著降低PUFAs的氧化速率，延缓氧化降解过程。Huang Juan等开发了一种共负载亚麻籽油和槲皮素的脂质体-CS水凝胶珠。研究发现，这种水凝胶珠能够提高脂质体在胃肠道环境中的稳定性，并抑制脂肪酸的快速释放。在加速氧化实验中，与对照组相比，亚麻籽油的初级氧化产物过氧化值降低了约75%，次级氧化产物丙二醛值降低了约74%。此外，槲皮素的存在进一步减少了亚麻籽油的氧化程度。光稳定性研究表明，在6 个月的贮存期内，将脂质体加载到水凝胶珠中可显著提升槲皮素的化学稳定性，其保留率从对照组的75%提高至89%。此外，有研究显示凝胶珠封装的PUFAs在胃液中的释放量较低，而在模拟肠液中能够实现高效释放。这种行为主要归因于水凝胶壁材在酸性环境中表现出收缩或较弱的溶胀能力，而在中性环境中溶胀能力显著增强。因此，通过优化壁材的种类和特性，可以实现Omega-3脂肪酸在胃肠道中的精准释放。这种可控释放机制不仅提升了Omega-3脂肪酸的肠道吸收效率，避免其在胃内的过早降解，还能减轻腥味等不良感官问题，从而优化营养递送效率和消费者体验。

4.2 益生菌

益生菌是一类对宿主健康有益的活性微生物，其功能通常与其在产品保质期内的存活数量密切相关，活菌数需保持在不少于106 CFU/g才能达到预期效果。然而，益生菌在胃部强酸性环境下极易失活，从而导致其生物活性显著降低。因此，提升益生菌在消化道内的稳态和结肠靶向释放能力成为近年来的研究热点。作为一种高效保护和递送技术，凝胶珠技术在益生菌的保护和递送方面具有显著优势。凝胶珠通过形成物理屏障，为益生菌提供多方面的保护。它能减缓热量传递，降低益生菌热应激效应，同时减少益生菌暴露于氧气、湿度和光照等不利环境下的降解速率，从而显著延长产品货架期。此外，利用含有pH值敏感或酶降解特性的材料制备凝胶珠，可以实现益生菌的胃部稳定性并在小肠的中性或弱碱性条件下溶解释放，从而实现靶向递送活性菌。Byeon等采用明胶/低甲氧基果胶为凝胶壁材，并结合转谷氨酰胺酶和钙离子双交联技术，制备了包埋干酪乳酪杆菌的微凝胶珠。结果表明，游离干酪乳酪杆菌在暴露于模拟胃条件下120 min后仅存活55.3%，暴露于模拟肠道条件30 min后完全失活。相比之下，凝胶珠包封的干酪乳酪杆菌在模拟肠液中暴露120 min仍表现出约88%的存活率。

凝胶珠的微环境还可通过添加寡糖、多糖、多酚等营养基质，进一步增强益生菌的活性及其在结肠黏附和增殖功能。Zhang Huijuan等以仙草中提取的多糖和多酚为基材制备的益生菌凝胶珠，不仅实现了pH值响应释放，还展现出较高的黏度和定植特性。有研究发现，通过对多糖进行特异性化学改性，可以显著提升凝胶珠在结肠的黏附性能。例如，利用半胱氨酸氧化修饰魔芋多糖制备的水凝胶珠，结合二硫键和离子键双交联结构，表现出优异的胃酸稳定性及肠道释放特性。改性后的魔芋多糖巯基与肠液中富含巯基的黏蛋白发生交联作用，显著延长了益生菌在肠道内的滞留时间，增加了活菌数及肠道菌群的丰度。此外，益生菌还可与其代谢产物（如短链脂肪酸）、益生元或其他功能性活性物质共同包封，从而实现多功能协同效应，进一步提升其健康益处及应用价值。通过优化凝胶珠的设计和配方，不仅能够改善益生菌的胃肠道稳定性和生物利用度，还能为其在功能性食品和营养领域的广泛应用提供强有力的技术支持。

4.3 Omega-3脂肪酸和益生菌共递送

益生菌与富含Omega-3脂肪酸共封装时可能产生协同作用，从而提升两者的稳定性和功能性，其原理可能如下：1）油脂通过阻碍酸性环境中氢离子（H+）和氧的扩散，从而保持了益生菌的活力；2）PUFAs通过促进其生长和黏附在黏膜表面影响益生菌结肠功能。然而，由于富含Omega-3的油具有疏水性，而益生菌（菌粉）是亲水性物质，实现两者的共包封是一个挑战。研究发现，为了实现益生菌和富含Omega-3油的共包封，采用水包油乳液作为载体，可以将两者共包封于凝胶珠的内部，如Vaziri等制备了共封装植物乳植杆菌和富含DHA油的海藻酸盐-果胶-明胶水凝胶珠，发现在模拟胃肠消化实验中，凝胶珠包封的植物乳植杆菌存活率达到88.66%，显著高于游离植物乳植杆菌的50.36%。此外，Vaziri等将益生菌和DHA共包封后的凝胶珠添加到橙汁中贮存4 周后发现，DHA油对益生菌的存活具有一定的积极作用。类似地，Sultana等将干酪乳酪杆菌和亚麻籽油共封装于海藻酸钙-羧甲基纤维素凝胶珠中用于功能性橙汁的开发，发现经过4 ℃贮存30 d后，与游离干酪乳酪杆菌（活力为5.47（lg（CFU/mL）））相比，凝胶珠共封的菌活力依旧保持较高的水平（高于6（lg（CFU/mL）））。同时，共封装的水凝胶珠显著降低了油脂氧化速率，相较于游离亚麻籽油，其氧化速率降低了约57%。这些研究表明，凝胶球共包封技术不仅能够有效提升益生菌和Omega-3油的稳定性，还可以减少油脂的氧化，从而提升功能性食品的营养价值，为相关产品开发提供了科学依据和技术支持。

05

结 语

凝胶珠作为一种创新的食品技术，在活性成分封装、稳定性增强以及营养输送等方面展现出显著潜力。其独特的三维网络结构能有效构成物理屏障，降低加工、贮存和消化道等外界环境对活性成分的影响；同时，通过合理设计凝胶珠的材料和结构，可以实现针对小肠或结肠的精准递送。因此，凝胶壁材的选择、交联方式以及凝胶结构的优化是决定凝胶珠稳态包封和靶向递送能力的关键因素。然而，目前的研究仍存在若干不足之处：首先，部分所采用的凝胶材料或交联剂可能存在生物相容性不足或潜在毒性问题，亟待开发更为安全的材料；其次，大多数研究集中于体外实验，对于凝胶珠在体内的分布、代谢和长期效应尚缺乏充分数据支持；此外，在精准营养输送和个性化健康管理等高端应用中，对活性成分释放的精度与可控性要求较高，而现有的控释机制设计尚未达到理想水平，这在一定程度上限制了凝胶珠作为功能性食品载体的进一步发展。

未来的研究与发展可集中于以下几个方面：1）研发新型凝胶材料，特别是开发具备更优性能的天然材料和智能材料，以提高凝胶珠的稳定性、功能性和响应性；2）增强贮存与加工稳定性，提高凝胶珠在不同贮存和加工条件下的物理与化学稳定性，延长产品的货架期；3）优化制备工艺，建立低成本、高通量的生产方法，以满足大规模生产的需求；4）通过智能化设计，增强控释精度与可控性。随着消费者对健康和创新食品的需求不断增强，凝胶珠在精准营养输送、个性化健康管理和高端食品设计中的应用潜力更加突出。这一技术的持续发展不仅有助于提升功能性食品的质量与多样性，也为食品工业注入了新的发展活力。

引文格式：

陈帅, 田文妮, 萧卓楠, 等. 凝胶珠在功能食品稳态包埋和增效递送领域的应用研究进展[J]. 食品科学, 2025, 46(12): 367-378. DOI:10.7506/spkx1002-6630-20250106-032.

CHEN Shuai, TIAN Wenni, XIAO Zhuonan, et al. Recent progress in application of gel beads for stabilized encapsulation and enhanced delivery of functional foods[J]. Food Science, 2025, 46(12): 367-378. (in Chinese with English abstract) DOI:10.7506/spkx1002-6630-20250106-032.

实习编辑：梁雯菁；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

为汇聚全球智慧共探产业变革方向，搭建跨学科、跨国界的协同创新平台，由北京食品科学研究院、中国肉类食品综合研究中心、国家市场监督管理总局技术创新中心（动物替代蛋白）、中国食品杂志社《食品科学》杂志（EI收录）、中国食品杂志社《Food Science and Human Wellness》杂志（SCI收录）、中国食品杂志社《Journal of Future Foods》杂志（ESCI收录）主办，西南大学、 重庆市农业科学院、 重庆市农产品加工业技术创新联盟、重庆工商大学、重庆三峡学院、西华大学、成都大学、四川旅游学院、西昌学院、北京联合大学协办的“ 第三届大食物观·未来食品科技创新国际研讨会 ”， 将于2026年4月25-26日 （4月24日全天报到） 在中国 重庆召开。

长按或微信扫码进行注册

为系统提升我国食品营养与安全的科技创新策源能力，加速科技成果向现实生产力转化，推动食品产业向绿色化、智能化、高端化转型升级，由北京食品科学研究院、中国食品杂志社《食品科学》杂志（EI收录）、中国食品杂志社《Food Science and Human Wellness》杂志（SCI收录）、中国食品杂志社《Journal of Future Foods》杂志（ESCI收录）主办，合肥工业大学、安徽农业大学、安徽省食品行业协会、安徽大学、合肥大学、合肥师范学院、北京工商大学、中国科技大学附属第一医院临床营养科、安徽粮食工程职业学院、安徽省农科院农产品加工研究所、安徽科技学院、皖西学院、黄山学院、滁州学院、蚌埠学院共同主办的“第六届食品科学与人类健康国际研讨会”，将于 2026年8月15-16日（8月14日全天报到）在中国 安徽 合肥召开。

长按或微信扫码进行注册

会议招商招展

联系人：杨红；电话：010-83152138；手机：13522179918（微信同号）