综述：波斯胶作为一种天然亲水胶体的先进创新应用：理化性质、生物聚合物相容性及包封技术

《Food Hydrocolloids for Health》：Advances and Innovative Applications of Persian Gum as a Native Hydrocolloid: Physicochemical Properties, Biopolymer Compatibility, and Encapsulation Technologies

本综述聚焦源自伊朗的天然亲水胶体——波斯胶，系统阐述了其独特的结构特性、与其他生物聚合物（如海藻酸钠、乳清蛋白WPI、豌豆蛋白PPI）的相容性及其在包封技术（如喷雾干燥、离子凝胶法）中的应用潜力。文章指出，波斯胶作为一种经济可持续的进口胶体替代品，在提升微胶囊（microbeads）包封效率、保护益生菌（probiotics）和鱼油等活性成分方面展现出广阔前景，是食品与制药行业极具价值的包封剂（encapsulating agent）。

　　

引言

包封技术是一种通过微小聚合物涂层保护敏感生物活性成分的有前景的技术，可增强其在加工和储存过程中的稳定性。根据尺寸，包封结构通常分为大颗粒（>5000 μm）、微颗粒（1–5000 μm）和纳米颗粒（<100 nm），常被称为微珠和微胶囊。包封材料通常是生物聚合物，如多糖和蛋白质（例如，树胶、乳清蛋白、植物蛋白）。这些涂层不仅能稳定活性化合物，还能增强食品和药品的营养及功能特性。鉴于进口亲水胶体成本高昂以及伊朗生产天然胶的有利条件，本地胶作为可持续替代品正受到越来越多的关注。波斯胶，一种源自扁桃属（Amygdalus）树的伊朗本土亲水胶体，由约30%的可溶性和70%的不溶性部分组成，其行为类似于果胶和卡拉胶，在包封系统中显示出巨大潜力。

波斯胶：化学组成与特性

波斯胶是一种从山杏仁树（Prunus scoparia）中提取的天然亲水胶体，在伊朗当地有多种名称。其化学上是一种阴离子多糖亲水胶体，由约20–25%的可溶性和75–80%的不溶性部分组成。水分含量约为9.4%，总灰分约1.62%，酸不溶性灰分约0.23%，蛋白质含量约0.5%，碳水化合物含量约88.4%。与其他水溶性胶类似，波斯胶可形成高粘度粘性溶液，是食品配方中合适的增稠和稳定剂。波斯胶的多糖骨架主要由半乳糖和阿拉伯糖以约1:2的摩尔比构成。这种独特的分子结构赋予了其乳化、凝胶和保水等功能特性，这些在包封和涂层应用中至关重要。

波斯胶的理化和结构特性

作为一种天然植物亲水胶体，波斯胶具有独特的理化和结构特性，使其适用于食品、制药和包封系统。其可溶性部分尤其富含碳水化合物并含有少量蛋白质，这有助于其在溶液中的功能行为。结构上，波斯胶含有的多糖主要由阿拉伯糖和半乳糖以约2:1的比例组成，并含有微量成分如鼠李糖。其支链结构增强了其水溶性和增粘能力。该胶的阴离子性质源于糖醛酸残基，有助于其乳化、稳定和增稠能力。波斯胶溶液通常表现出非牛顿假塑性流体行为，具有剪切稀化特性。这些流变特性在需要控制粘度和质地的应用中非常理想。差示扫描量热法（DSC）评估的热特性表明其具有相对较高的热稳定性，这对于喷雾干燥等热密集型加工操作是有利的。此外，其表面活性使其能够降低油水相之间的界面张力，支持其在乳液体系中的应用。在成膜能力方面，波斯胶表现出中等的拉伸强度和柔韧性，这使其适合作为可食用膜和涂层的组分。

波斯胶与其他生物聚合物的相容性

由于其独特的分子结构和阴离子性质，波斯胶与包封和食品系统中常用的一系列生物聚合物表现出良好的相容性。它与多糖和蛋白质相互作用的能力为开发具有改进理化特性的新型亲水胶体复合物开辟了途径。海藻酸钠、壳聚糖、阿拉伯胶以及各种植物和动物源蛋白已被广泛探索与波斯胶联合应用。波斯胶的亲水主链在与其它聚合物结合时有助于凝胶化、乳化和稳定。这些相互作用通常是协同的，导致更好的包封效率、成膜性能和机械稳定性。静电相互作用、氢键和链缠结是波斯胶与其他生物聚合物相容性的主要机制。

与海藻酸钠的相容性

海藻酸钠是一种从褐藻中提取的天然多糖，因其生物相容性、可生物降解性以及在钙离子等二价阳离子存在下强大的凝胶形成能力而被广泛使用。然而，其相对较高的成本和有限的本地可用性促使研究人员探索将其与波斯胶等天然胶混合，以降低包封系统中的成本并改善功能特性。波斯胶是一种具有支链多糖结构的阴离子亲水胶体，但本身缺乏强大的凝胶能力。当与海藻酸钠结合时，波斯胶通过增加水凝胶系统的柔韧性、保水性和粘度来补充海藻酸钠的凝胶基质，从而改善微珠或微胶囊的质地和机械稳定性。研究表明，与单独使用海藻酸钠相比，由波斯胶和海藻酸钠混合物形成的微珠表现出更高的结构完整性和包封效率。波斯胶的添加降低了海藻酸钠微珠的脆性，形成了更具内聚性和柔韧性的基质，适合在加工和储存过程中保护敏感的益生菌和油脂等生物活性化合物。

与蛋白质的相容性

将波斯胶与蛋白质基生物聚合物结合，为开发新型包封系统提供了一种有前景的方法，这得益于多糖和蛋白质之间多样的相互作用机制——如氢键、静电相互作用和疏水效应。这些组合可导致凝聚层或复合基质的形成，从而增强包封效率、稳定性和控释行为。由于其阴离子性质和部分蛋白质含量（约0.5%），波斯胶可以与动植物源蛋白相互作用。最近的研究集中于其与乳清蛋白分离物（WPI）和豌豆蛋白分离物（PPI）的相互作用，这两种蛋白因其凝胶形成、乳化和成膜特性而广泛应用于食品和营养品行业。与乳清蛋白的结合可在受控pH和离子条件下形成复合凝聚层，产生具有优异机械稳定性和增强生物活性物质包封的微胶囊。与豌豆蛋白的配方则增强了包封基质的柔韧性和生物功能性，特别是在温和凝胶条件下用于微珠或微胶囊形成过程。此外，大豆蛋白分离物（SPI）和鹰嘴豆蛋白等其他蛋白质也与波斯胶表现出相容性。

波斯胶在包封技术中的应用

包封技术涉及将生物活性化合物、香料、益生菌或药物包埋于涂层材料内，以保护它们免受不利环境因素影响，控制其释放，并增强其稳定性和生物利用度。波斯胶作为一种具有独特理化特性的天然亲水胶体，最近因其在包封中的应用而受到关注，特别是在微珠和微胶囊形式中。波斯胶形成粘性溶液并与其他生物聚合物相互作用的固有能力，使其适用于相分离、喷雾干燥和挤出等微胶囊化技术。其部分不溶性和凝胶形成潜力，特别是与海藻酸钠等凝胶剂结合时，能够形成坚固的胶囊和微珠，保护敏感芯材。研究表明，通过挤出或离子诱导凝胶法生产的波斯胶基微珠，与单一聚合物系统相比，表现出更高的包封效率和控释特性。例如，当包封基质中使用波斯胶时，负载鱼油或益生菌的微胶囊在胃肠道条件下显示出更高的氧化稳定性和存活率。此外，波斯胶通过喷雾干燥与乳清蛋白或豌豆蛋白结合，可产生具有增强机械强度和生物活性保留能力的微胶囊。这些杂化基质在开发功能性食品和营养品方面很有价值，可为酚类和精油等不稳定化合物提供保护。

商业化应用面临的挑战

尽管波斯胶作为天然亲水胶体具有 promising 的功能特性，但其广泛的商业应用仍面临若干挑战。一个主要问题是由于地理和气候条件影响源植物，导致其化学组成和理化性质存在变异性。这种变异性可能导致工业过程中性能不一致，降低了食品和药品制造商的可靠性。此外，与瓜尔胶或黄原胶等成熟的商业胶相比，其提取和纯化工艺仍欠优化。天然胶通常含有杂质，包括不溶性部分、蛋白质和无机材料，如果未充分去除，可能会影响其功能特性或引发安全问题。缺乏标准化的加工方案导致批次间不一致，限制了大规模生产和工业接受度。另一个挑战在于关于长期储存稳定性以及在不同加工条件下与其他食品成分相互作用的了解有限。

天然胶的监管方面

对于包括波斯胶在内的天然胶的监管环境正在发展，但仍对其商业利用构成重大挑战。与获得美国食品药品监督管理局（FDA）或欧洲食品安全局（EFSA）等监管机构明确安全批准的广泛认可的胶（如瓜尔胶、黄原胶或阿拉伯胶）不同，许多天然胶缺乏全面的毒理学和过敏性数据，而这些对于作为食品添加剂或药用辅料获得批准至关重要。在伊朗，天然胶受益于传统使用和本地熟悉度，但对于出口和国际应用，波斯胶必须符合国际标准。这涉及对其纯度、微生物安全性和化学组成进行广泛表征，以满足食品法典委员会指南，并确保不受重金属或农药等有害物质污染。此外，标签法规和界定其在各种食品类别中的允许使用水平需要协调，以促进全球市场的接受。进行全面的毒理学研究、遗传毒性试验和过敏性评估对于获得监管批准和确保消费者安全至关重要。

结论与未来展望

波斯胶作为一种具有独特理化和结构特性的天然亲水胶体，在包封技术，特别是在食品和制药工业中的应用具有巨大潜力。其与海藻酸钠等其他生物聚合物以及乳清蛋白和豌豆蛋白等蛋白质的相容性，使得能够开发具有增强机械强度、稳定性和控释能力的复合材料。这些杂化系统不仅提高了包封过程的效率，还减少了对昂贵进口亲水胶体的依赖，促进了更可持续和更具成本效益的生产方法。尽管有这些 promising 的发展，波斯胶的全部潜力仍未得到充分探索，特别是在纳米包封和靶向递送系统等先进包封技术中。未来的研究应侧重于优化工艺参数以增强波斯胶基微珠和胶囊的功能特性。使用先进的表征工具研究生物聚合物界面的分子相互作用可以进一步改进高效递送载体的设计。此外，将蛋白质伙伴的范围扩大到乳清蛋白和豌豆蛋白之外，纳入其他植物和动物源蛋白，可能解锁新的功能应用。需要进行体内研究，评估用波斯胶复合材料包封的生物活性化合物的生物利用度和健康益处，以便将实验室发现转化为实际应用。总之，波斯胶独特的结构特征加上其经济和生态优势，使其成为包封应用的宝贵候选者。持续整合食品科学、高分子化学和生物技术的跨学科研究，对于充分利用其能力并扩大其工业应用至关重要。