基于乳化/内部凝胶法的β-葡聚糖-海藻酸钠复合微胶囊构建及其对叶黄素稳定性的增效机制研究

【编辑推荐】本研究针对叶黄素(LUT)易氧化降解、水溶性差等问题，采用乳化/内部离子凝胶法，以β-葡聚糖(CUD)和海藻酸钠(SA)为壁材构建复合微胶囊。通过单因素和响应面实验优化工艺，获得81.36%的包封率，显著提升LUT在光照、高温及胃肠环境中的稳定性，其降解半衰期优于游离LUT和单壁微胶囊，为功能性食品开发提供新策略。

　　

在功能性食品领域，叶黄素(Lutein, LUT)作为天然类胡萝卜素，因其卓越的抗氧化活性和视网膜保护作用备受关注。然而，这种脂溶性分子对光、热极度敏感，在加工和储存过程中易发生异构化和降解，且其胃肠道吸收率不足5%，严重制约了实际应用价值。传统解决方案如喷雾干燥会破坏热敏成分，而单纯海藻酸钠(SA)微胶囊又面临胃酸环境易崩解的困境。如何构建兼具高包封率和强稳定性的递送系统，成为食品科学领域的重大挑战。

内蒙古乳业技术创新中心等机构的研究团队创新性地将β-葡聚糖(Curdlan, CUD)与SA复合，通过乳化/内部离子凝胶法成功开发出叶黄素微胶囊系统。这项发表于《International Journal of Biological Macromolecules》的研究，通过材料复配与工艺优化，使微胶囊在结构强度、环境耐受性和控释性能方面实现突破性进展。

研究团队采用三阶段技术路线：首先通过水包油(W/O)乳化将CUD-SA-LUT-CaCO₃
体系分散于大豆油相；随后添加酸释放Ca²⁺
触发双重交联（SA的离子凝胶与CUD的配位键合）；最后离心收集微胶囊。通过X射线衍射(XRD)和差示扫描量热(DSC)验证了LUT的无定形封装状态，并利用流变学分析量化了复合凝胶的储能模量提升幅度。

【单因素实验分析】
研究揭示了CaCO₃
添加量对凝胶网络密度的调控规律：当用量从1%增至3%时，包封率(EE)提升至峰值81.36%，但过量Ca²⁺
会导致颗粒聚集。通过响应面法确定最优工艺参数组合，使微胶囊粒径控制在20-50μm的理想范围。

【结构表征】
XRD图谱显示CUD-SA微胶囊使LUT结晶峰完全消失，证实其成功转化为分子分散态；DSC检测到复合壁材的熔融焓比单一SA提高38.6%，表明CUD通过β-(1,3)-糖苷键增强了热稳定性。流变测试中复合凝胶的损耗角正切值(tanδ)降低至0.12，揭示CUD的刚性链段有效抑制了SA网络的蠕变行为。

【稳定性评估】
加速实验表明：在50°C下储存15天后，CUD-SA-LUT的保留率(78.4%)显著高于SA-LUT(61.2%)和游离LUT(29.8%)。动力学分析显示复合微胶囊的光降解半衰期延长至142小时，是游离LUT的4.3倍。体外模拟消化实验证实，CUD的耐酸性使胃阶段释放率控制在12%以下，而肠阶段通过胰酶触发突释达到82%的生物可利用量。

【结论与展望】
该研究开创性地将CUD引入乳化凝胶体系，其β-葡聚糖链与SA的协同作用产生了"刚性增强-柔性缓冲"的双重效应：Ca²⁺
交联点密度提升使微胶囊抗压强度增加，而CUD的热致凝胶特性则补偿了SA的温度敏感性。作者Weichen Wang等提出的复合壁材策略，不仅将LUT的加工耐受性提高至食品灭菌要求(121°C/15min)，其11.60mg/g的载量更为高剂量营养素递送树立了新标准。这项技术可延伸至其他不稳定活性成分的封装，为功能性食品开发提供普适性解决方案，同时拓展了CUD在食品工业中的应用场景。