食品系统中的叶黄素：从分子不稳定性到结构导向递送及工业转化

《TRENDS IN FOOD SCIENCE & TECHNOLOGY》：Zeaxanthin in food systems: From molecular instability to structure-guided delivery and industrial translation

　　玉米黄质的不稳定性受分子特征和基质定位的影响。递送系统必须在储存保护与消化释放之间取得平衡。载体性能取决于结构-功能关系，而非单纯类型。食品基质需要针对稳定性、色泽和生物可及性的定制规则。工业转化需要考虑工艺、包装和成本的设计。引言玉米黄质正逐渐成为食品创新中具有战略意义的叶黄素类胡萝卜素，因为它兼具天然黄橙色色素和营养功能（Sanlier等，2024）。尽管玉米黄质被广泛认为是膳食性黄斑色素，但其与食品科学的相关性已超越眼部营养范畴（Bernstein等，2016）。对天然来源生物活性物质和清洁标签色素的需求日益增长，使玉米黄质成为功能性食品、强化饮料、乳制品、脂质基食品和特殊营养配方的有吸引力的候选成分（Pandey等，2025；G. Zhang，L. He，等，2024）。从配方角度来看，其强亲脂性和高度共轭多烯结构尤为重要，因为这些分子特征既支撑了其功能特性，也决定了其对周围食品环境的敏感性。因此，其在食品中的价值不仅取决于生物活性，还取决于化学保留率、色泽稳定性、基质相容性以及整个产品生命周期中的消化可及性。玉米黄质的配方难度源于三重限制的叠加。首先，其高度亲脂性结构导致水分散性差，限制了其直接添加到饮料和低脂食品中（G. Zhang，X. Qi，等，2024）。其次，其延伸的共轭多烯链易受氧、光、热、过渡金属和加工应力引发的氧化、异构化和裂解反应影响（Antonio J Meléndez-Martínez等，2023；Wijesekara等，2024）。第三，化学保留并不保证营养性能：玉米黄质必须从食品基质中释放，分配至脂质消化产物中，并在肠道摄取发生前掺入混合胶束中（Geng等，2023；Peng等，2024）。此处，胶束化指玉米黄质在消化过程中掺入混合胶束，生物可及性指消化后可被肠道摄取的组分，肠道摄取指跨肠上皮的转运，生物利用度指最终被吸收并可供全身利用的组分。这些限制在食物-肠道连续体中形成了核心的保护-释放权衡：在加工和储存过程中强烈保护玉米黄质的配方可能限制消化释放，而容易释放的配方则可能使其过早降解。为应对这些挑战，玉米黄质递送研究日益聚焦于结构化食品级载体系统，旨在改善分散性、稳定性和消化性能（Antonio J Meléndez-Martínez等，2026；G. Zhang，Y. Yan，等，2024）。当前方法涵盖乳液和纳米乳液、脂质体、脂质和生物聚合物颗粒、乳液凝胶、Pickering乳液和干粉（Arshad等，2025；Sereti等，2025）。然而，现有文献大多仍以配方为中心且较为零散。许多研究将包封效率、粒径、Zeta电位、短期保留率或体外生物可及性作为孤立结果报道，但较少研究解释载体结构如何控制玉米黄质物理状态、界面暴露、脂质消化、混合胶束形成和食品基质相容性等关联事件（Sereti等，2025；Wang等，2024）。因此，三个相互关联的挑战仍未充分解决：建立载体结构、保护和消化释放之间的机制联系；将性能从简化分散体转化到成分复杂的食品基质；以及将实验室规模配方性能与加工耐受性和实际产品要求相协调。现有综述主要从广义上讨论玉米黄质的来源、提取、健康效应或类胡萝卜素递送与生物利用度（Bouyahya等，2021；Hajeer等，2025；Sereti等，2025）。然而，将分子不稳定性、载体结构、胃肠道转化、基质特异性性能和工业可行性联系起来的食品系统导向综合仍然有限。因此，本综述旨在建立一个结构引导的框架，超越单纯列举递送平台，转而考察这些相互关联的因素如何共同决定玉米黄质性能。首先考察玉米黄质不稳定性的分子和微环境起源，包括氧化、异构化、物理状态转变和基质介导降解。然后根据载体组成、界面结构、微观结构组织、消化解组装和混合胶束形成，批判性评估工程化递送系统。随后将所得结构-功能关系应用于功能性饮料、乳制品及乳制品替代系统、富脂食品、粉末和特殊营养产品，同时考虑与工业转化相关的加工和放大限制。由于玉米黄质特异性递送研究仍比更广泛的类胡萝卜素递送研究有限，因此当叶黄素及其他叶黄素或类胡萝卜素系统提供与玉米黄质稳定性、释放或胶束化相关的机制见解时，将讨论其证据。通过整合分子不稳定性、递送结构、胃肠道命运、基质特异性要求和工业可行性，该框架为开发稳定、生物可及且工业可行的玉米黄质强化食品提供了实用设计原则。章节摘要分子结构和理化性质玉米黄质是一种叶黄素类胡萝卜素，化学鉴定为β,β-胡萝卜素-3,3′-二醇。与其他叶黄素类胡萝卜素一样，它由共轭多烯链和两个带有羟基的末端紫罗兰酮环组成（Chen等，2022；Sanlier等，2024）。这种分子结构既解释了玉米黄质的功能前景，也解释了其配方难度：共轭链贡献颜色和抗氧化反应性，而疏水骨架限制了水溶食品相关条件下玉米黄质的不稳定途径在食品系统中，玉米黄质不稳定性最好理解为耦合网络，而非独立降解途径的集合。氧化、异构化、裂解、聚集、结晶和基质介导的转化可能在加工、储存和消化过程中同时发生（Ali等，2025；Ying Liu等，2025；Q. Zhang等，2023）。实际后果是，玉米黄质保留率不能仅根据外部应激条件预测；它还与玉米黄质递送的设计原则玉米黄质递送系统的合理设计应始于玉米黄质在食品中的主要失效模式：水分散性差、氧化和光诱导降解、聚集或结晶，以及向混合胶束的低效转移。因此，有效的载体应提供三个相互关联的功能。首先，应提供疏水结构域或相容的结合区域，使玉米黄质保持分子分散或精细分布状态。其次，它应控制玉米黄质保护、释放和生物可及性的结构-功能关系玉米黄质递送系统的性能不能仅通过载体类型预测。同一平台可能因玉米黄质物理状态、界面结构、脂质消化率、粒径分布、基质流变性和消化诱导的结构解组装而产生不同结果。因此，需要结构-功能框架来解释为什么某些系统同时提高稳定性和生物可及性，而另一些则增强一种功能而牺牲另一种功能。玉米黄质递送系统的食品基质特异性应用玉米黄质研究的实际价值最终取决于玉米黄质能否在不出现不可接受的稳定性、感官质量、工艺耐受性或营养性能损失的情况下掺入真实食品产品中。因此，玉米黄质在食品中的应用应被视为基质特异性设计问题，而非通用强化策略。每个产品类别对分散、色泽、质地、氧化稳定性、加工工业转化：工艺耐受性、货架稳定性、可放大性和未来趋势工业转化要求玉米黄质递送系统在整个产品生命周期中进行评估，而非仅在孤立实验室条件下。在简化模型中表现良好的配方可能在均质化、巴氏杀菌、发酵、喷雾干燥、复溶、储存、分销或消化过程中失败。因此，工业相关性应通过包括工艺耐受性、货架稳定性、感官可接受性在内的综合标准来评估。结论和未来展望玉米黄质作为多功能食品成分具有巨大潜力，因为它兼具天然色素和营养相关性。然而，其在食品中的成功应用受制于一系列相互关联的挑战，涉及水分散性差、分子不稳定性、基质依赖性降解和低效胃肠道转运。这些挑战不应分开解决。相反，玉米黄质性能应通过未引用的参考文献Bao和Pignitter，2023；Dissanayake和Bandara，2024；Kang和Park，2025；Kim和Shin，2022；Lee和Kü?ükata，2025；Li等，2022；Liu等，2024；Liu等，2025；Liu等，2022；Meléndez-Martínez等，2026；Meléndez-Martínez等，2023；Meléndez-Martínez等，2021；Shi等，2024；Shi等，2024；Watmon和Yilmaz，2026；Wijesekara和Xu，2024；Yang等，2025；Yao等，2022；Yao等，2020；Zhang等，2024；Zhang等，2024；Zhang等，2024；Zhang等CRediT作者贡献声明Ying Luo：概念化、调查、可视化、撰写-初稿。Hongliang Li：概念化、正式分析、经费获取、项目管理、可视化、撰写-审阅与编辑。数据可用性本综述未生成或分析新数据。利益冲突声明作者声明不存在可能影响本文报告工作的已知竞争经济利益或个人关系。致谢本工作受中国山东省自然科学基金青年基金资助（ZR2025QC332）。Ying Luo|Hongliang Li