通过微囊化技术，利用本地萨尔艾树胶（乳香树）稳定纳格浦尔橙皮精油

《Bioresource Technology》：Waste Nagpur orange peel essential oil stabilized by native Salai gum (Boswellia serrata) via microencapsulation

　　莫妮卡·辛格|施韦塔·德奥塔莱|迪维雅乔蒂·比斯瓦尔|阿努帕玛·库马尔|萨钦·A·曼达夫加内印度那格浦尔维斯韦斯瓦拉亚国家理工学院化学工程系SWAHA卓越中心摘要尽管精油富含生物活性成分，但由于其易挥发性、与水不相容以及易在加工过程中发生降解，其在大规模应用方面受到限制。为解决这些问题，研究人员改进了微囊化技术，通过提高精油的稳定性、便于处理以及实现可控释放，从而拓展其应用范围，可应用于食品、营养品等领域。研究表明，将麦芽糊精与树胶结合使用，能够进一步提升稳定性、封装效率及抗氧化性能。在本研究中，以那格浦尔本地柑橘的废弃果皮中提取的精油作为天然生物活性物质来源。研究人员设计了三种不同油含量及壁材组成的配方（仅麦芽糊精以及麦芽糊精与萨拉伊树胶复配），并对它们进行了评估。研究探讨了在不同壁材条件下，仅使用麦芽糊精或麦芽糊精与萨拉伊树胶复配对橙油微囊化效果的影响。乳液特性分析显示，加入树胶后，乳液的粘度增加了40–50%，滴粒尺寸则增长了15–20%。研究还发现，随着油含量的增加，油的保留率上升，而加入萨拉伊树胶后，基质结构也会发生变化。虽然两种封装方式的效率存在一定差异，但含树胶的麦芽糊精微囊具有30–40%更高的抑菌效果，这凸显了基质设计在提升功能性方面的重要性。本研究强调了基质设计是影响橙油微囊效率的关键因素，同时也有助于发展以当地柑橘为原料的产业链。引言精油是一类主要从植物中提取的化合物，富含萜类、酚类及其他挥发性生物活性分子，因此具有抗真菌和抗菌作用。然而，由于其对温度、光照、氧化等环境因素极为敏感，其保质期非常短，这限制了其在食品和药品领域的广泛应用（Lopez等人，2024；Mori-Mestanza等人，2025）。这一现状引发了科研界的关注，全球制药和生物医学领域正在努力解决化合物保存和可控释放的问题。喷雾干燥微囊化技术被广泛用于稳定这类挥发性化合物，通过将其嵌入固体壁材基质中，提高其储存稳定性、调控释放速度并减少蒸发（Noghabi，2020）。精油的诸多益处取决于多种因素，如来源、原材料类型（是否为废弃物或新鲜原料）、地区可获得性以及化学组成等（Pezantes-Orellana等人，2024）。本研究以马哈拉施特拉邦维达尔巴地区的当地废弃物——柑橘皮为研究对象。橙油主要存在于柑橘的果皮部分，其主要成分是柠檬烯以及其他萜类物质。值得注意的是，那格浦尔地区的橙油因其独特的化学成分而具有强烈的风味。虽然这使得该橙油气味浓郁，但其挥发性依然很高。再加上它已知的抗微生物和抗真菌特性，以及宜人的香气，使其有望被用于药品和化妆品配方中（Al Kamaly等人，2022；Gore等人，2024）。由于橙油具有挥发性、疏水性且易氧化，直接利用受到限制。研究人员采用聚合物封装技术来保持其天然成分的完整性，实现持续释放，从而保留其生物化学特性并延长保质期。目前常用的封装方法包括包埋、冷冻干燥、挤出等。但在实际应用之前，工业界通常会考虑可规模化性、成本和技术复杂性等因素（Lopez等人，2024；de Araújo等人，2020）。在现有的技术中，喷雾干燥因操作成本低、设备易得、可连续作业，且能使用多种壁材同时保持挥发性化合物的稳定性，而被视为一种实用且具工业吸引力的选择（Noghabi，2020）。像凝聚法这样的技术虽然具有更高的负载能力和持续释放能力，但由于操作复杂，适用性较差。冷冻干燥虽然能很好地保持化合物的完整性，但往往需要大量的能源和时间。换句话说，要实现更广泛的工业应用，这种技术需具备可规模化、成本效益高且操作简单的特点。喷雾干燥辅助封装技术（即微囊化技术）在药品和化妆品行业中被广泛用于将精油纳入各类配方中（Aguiar，2020）。最新研究表明，对于橙类/柑橘类精油而言，喷雾干燥辅助封装技术的封装效果优于冷冻干燥（Zawadzki等人，2016）。在喷雾干燥辅助封装下，产品的流动性、分散性、抗氧化性和抗菌性要么保持不变，要么有所提升，而且成本更低，更具工业应用价值。不过需要注意的是，封装效率在很大程度上取决于壁材的选择，因为壁材会影响乳液稳定性、界面相互作用、颗粒形态、封装效率以及释放动力学（Lopez等人，2024）。阿拉伯树胶、麦芽糊精、菊粉及其他多糖等碳水化合物和树胶基材料被广泛用作精油的壁材，人们通常会通过混合不同材料来平衡乳化性能、玻璃化转变行为以及在目标介质中的释放特性（Noghabi，2020）。研究表明，由于价格低廉、味道中性、溶解性好且具有良好的成膜性能，麦芽糊精是喷雾干燥封装技术中最常用的壁材之一（Vidovi?等人，2014）。然而，多项研究指出，单独使用麦芽糊精往往无法形成有效的保护膜。在高油含量情况下，麦芽糊精可能无法提供足够的界面保护，从而导致油分渗出。Fernandes de Araújo等人（2020）曾研究过麦芽糊精及麦芽糊精与明胶的复配物在橙油封装中的应用，其封装效率可达90%（de Araújo等人，2020）。因此，建议在设计封装体系时，在碳水化合物基底（麦芽糊精）的基础上添加凝胶剂。传统上，天然树胶和多糖被用作凝胶支撑材料。本研究探讨了天然萨拉伊树胶作为凝胶添加剂的潜力。萨拉伊树胶含有高分子量多糖成分，具有多个羟基和羧基功能团，因此具有很强的氢键形成能力和与生物活性物质的相互作用潜力（Sharma，2025）。虽然这种树胶传统上多用于医药领域，但作为精油封装的功能性壁材，其相关研究还相对较少。将麦芽糊精与阿拉伯树胶、波斯树胶等树胶，或菊粉等益生元多糖，以及蛋白质-碳水化合物复合物结合使用的配方，已展现出较高的封装效率（80–90%），并能提高生物活性油的抗氧化稳定性或实现可控释放（Noghabi，2020；Shahidi等人，2023；Marzieh等人，2022；Molaveisi和Shi，2024）。近期针对植物源树胶（如Alyssum homocarpum种子树胶、波斯树胶）的研究表明，基于树胶或树胶与海藻酸盐的基质能够显著提高乳液稳定性，形成光滑的球形微囊，并提升封装油的储存稳定性，这进一步体现了那些尚未得到充分研究的天然树胶作为功能性壁材的巨大潜力（Shahidi等人，2023；Molaveisi和Shi，2024）。本研究旨在以马哈拉施特拉邦维达尔巴地区那格浦尔产的本地橙子为原料，分别使用纯麦芽糊精和麦芽糊精与萨拉伊树胶复配作为壁材，对橙油进行微囊化处理。研究考察了不同油含量下麦芽糊精与萨拉伊树胶复配物的封装效率，并评估了所制微囊的抗菌性能。此外，还通过XRD、FTIR和SEM等手段对微囊的结构进行了形态分析。本研究分析了不同油含量对油-聚合物相互作用及基质结构的影响，进而探讨了这些变化对封装油生物特性和稳定性的影响。对于所有测试配方，研究人员都对其物理化学性质、抗氧化活性、抗真菌及抗菌性能进行了评估。此外，本研究还将天然树胶（本例中为萨拉伊树胶）作为二次基质强化材料，通过与单纯以壁材为基础的配方进行比较，深入分析了其作用。这项研究通过探讨在药品、食品和农业领域中，使用一种或多种辅助聚合物构建封装体系时的表现，为基质工程设计提供了有益参考。材料与方法本研究的目标是使用麦芽糊精和萨拉伊树胶作为壁材，制备那格浦尔本地橙油的喷雾干燥微囊粉末。所有实验均按照既定的实验室操作规范进行，包括乳液制备、喷雾干燥、仪器表征、植物化学分析以及抗真菌和抗菌性能检测。所采用的方法是根据其适用性来选择的。乳液特性在喷雾干燥之前，首先对乳液的表观粘度和平均滴粒直径进行了检测，以此评估配方组成对乳液结构的影响。这些参数是决定雾化效率、滴粒破碎情况以及干燥速率的关键因素，已有大量研究表明它们会影响喷雾干燥微囊的形态和功能特性（见表2）。各种喷雾干燥后粉末的视觉外观……结论本研究成功实现了那格浦尔地区橙油的微囊化制备，既可使用纯麦芽糊精作为壁材，也可与萨拉伊树胶复配后使用喷雾干燥技术，并通过优化条件与配方来实现这一目标。此外，研究还系统地分析了不同配方组成以及乳液原料的物理化学性质对封装过程及其生物活性的影响。初步CRediT作者贡献声明莫妮卡·辛格：写作——审阅与编辑、写作——初稿撰写、可视化、验证、方法学、研究实施、正式分析、数据整理、概念构思。施韦塔·德奥塔莱：写作——审阅与编辑、可视化。迪维雅乔蒂·比斯瓦尔：写作——审阅与编辑、写作——初稿撰写、可视化、验证。阿努帕玛·库马尔：资源提供、监督、可视化、写作——审阅与编辑。萨钦·A·曼达夫加内：写作——审阅与编辑、可视化、验证。关于写作过程中生成式AI和AI辅助技术的声明在撰写本文时，作者使用了Quill bot、Grammarly和Chat GPT等工具来优化语言和语法表达。在使用这些工具或服务之后，作者对内容进行了必要的审阅和修改，并对最终发表的文章内容负全责。利益冲突声明作者声明没有利益冲突。致谢作者感谢DST-Merino-CoE SWAHA、2023年斯里·兰克里希纳·帕拉曼斯农业研究基金以及Merino Industries limited在本研究过程中给予的持续支持与资金援助。