封装微藻生物质作为天然着色剂在棉花糖糖果中的创新应用

《JOURNAL OF FOOD PROCESSING AND PRESERVATION》：Innovative Application of Encapsulated Microalgae Biomass as Natural Colorants in Marshmallow Confections

　　

该项研究调查了添加封装微藻生物质小球藻（Chlorella vulgaris, CV）、杜氏盐藻（Dunaliella salina, DS）和紫球藻（Porphyridium cruentum, PC）作为天然色素和生物活性化合物来源的棉花糖类糖果的开发。研究人员通过喷雾干燥（spray drying）以麦芽糊精（maltodextrin）为载体生产微藻粉末，并以0.10–0.50?g/100?g的浓度将其掺入配方中。评估了棉花糖样品的理化性质（水分、水活度（water activity, aw）、pH）、质构特性（硬度（hardness）、弹性（springiness）、内聚性（cohesiveness）、咀嚼性（chewiness））和颜色（L^*、a^*、b^*、色度（chroma）、色调角（hue angle））特征。结果表明，微藻的添加显著影响了水分含量、水活度和pH，同时使样品富含类胡萝卜素（carotenoids）和叶绿素（chlorophylls）。在含有0.50?g/100?g DS的棉花糖中观察到最高的类胡萝卜素含量（1.11?μg/g），而在0.50?g/100?g CV样品中记录了最高的叶绿素含量（0.99?μg/g）。增加添加水平降低了明度（L^*）并增强了绿色和红色属性，证实了微藻作为天然色素的有效性。质构剖面分析（Texture Profile Analysis, TPA）显示，硬度从对照样品的1095.6?g分别降低到含有最高水平PC、DS和CV的棉花糖中的475.7、517.7和692.6?g。感官评价确认，消费者接受度最高可达0.30?g/100?g，更高浓度会导致异味。总体而言，封装微藻生物质被证明是棉花糖糖果的有效成分，能够在保持可接受感官品质的同时增强营养价值、天然颜色和质构。

**论文解读文章**

**研究背景与意义**
随着消费者对健康与营养的关注日益增长，食品工业致力于开发富含天然成分和生物活性化合物的糖果产品。传统糖果常含合成色素和高糖，正逐渐被含天然生物活性成分的配方所取代。微藻因其丰富的营养组成（包括蛋白质、色素如叶绿素（chlorophylls）和类胡萝卜素（carotenoids）、藻胆蛋白（phycobiliproteins）、多不饱和脂肪酸及抗氧化剂）而成为有前景的天然来源。本研究中使用的三种微藻——小球藻（Chlorella vulgaris, CV）、杜氏盐藻（Dunaliella salina, DS）和紫球藻（Porphyridium cruentum, PC）——被认定为GRAS（一般公认安全），具有食品应用潜力。已有研究将微藻应用于果冻糖果、软太妃糖和口香糖等产品，但棉花糖作为一种低密度、充气的糖果，其基质特性（泡沫结构而非凝胶网络）与上述产品有显著差异，导致封装微藻颗粒在其中的行为（如气泡稳定、色素释放、持水能力、质构修饰及异味掩蔽）可能不同。因此，有必要系统评估封装微藻生物质在棉花糖基质中的性能，以填补这一研究空白。本研究旨在将封装微藻（CV、DS、PC）以0.10–0.50?g/100?g的浓度添加至棉花糖配方中，并评估其对理化、质构、颜色、货架期稳定性和感官属性的影响，为开发新型天然着色糖果提供科学依据。该论文发表在《JOURNAL OF FOOD PROCESSING AND PRESERVATION》。

**主要技术方法**
研究人员采用喷雾干燥（spray drying）技术，以麦芽糊精（maltodextrin, 12–16 DE）为壁材，对三种微藻生物质（CV、DS、PC）进行微胶囊化（microencapsulation），制备封装粉末。随后，将封装微藻粉末以不同浓度（0.10、0.20、0.30、0.40、0.50 g/100 g）掺入棉花糖配方中，并设置对照组（无微藻）及两种商业色素对照组（红甜菜色素RBC、叶绿素色素CC）。评估方法包括：理化分析（水分、水活度aw、pH、密度）、质构剖面分析（TPA，使用TA-XT质构仪，5 kg载荷，50%形变压缩）、分光光度法测定总类胡萝卜素和总叶绿素含量（甲醇提取，665 nm和475 nm吸光度）、色差计测定颜色（CIELAB系统，L^* a^* b^*、色度C^*、色调角h^°）、加速货架期试验（25°C/70%相对湿度，6周，监测ΔE^*）及感官评价（9点喜好度测试，20名训练有素品评员，来自Taya? G?da研发中心）。

**研究结果**

**3.1 理化性质**
通过水分、水活度、pH和密度测定，研究人员发现添加封装微藻显著影响了棉花糖的理化参数。水分含量范围为10.44–12.61 g/100 g，商业色素对照组（CC和RBC）水分最高，DS和CV高浓度样品水分最低；水活度（aw）范围为0.595–0.649，微藻添加导致aw降低，归因于微藻生物质结合自由水或增加总可溶性固形物；pH值在6.09–6.97之间，CV样品pH随浓度显著升高，而PC和DS样品与对照组无显著差异；密度显示低浓度微藻（如PC.M.01）增加基质粘度，限制气泡膨胀，而高浓度则促进空气掺入，形成更疏松结构，其中CV组密度最低。

**3.2 质构特性**
通过质构剖面分析（TPA），研究人员发现随着微藻浓度增加，硬度（hardness）、胶粘性（gumminess）和咀嚼性（chewiness）显著降低（p < 0.05），而弹性（springiness）和内聚性（cohesiveness）基本保持不变。例如，对照组硬度为1095.6 g，而PC.M.05、DS.M.05和CV.M.05分别降至475.7、517.7和692.6 g。这种软化效应可能与微藻组分（蛋白质和多糖）干扰明胶网络及泡沫结构有关，与果冻糖果中硬度增加的趋势相反，凸显了基质依赖性。

**3.3 色素含量**
通过分光光度法，研究人员发现微藻添加显著提高了棉花糖的总类胡萝卜素和总叶绿素含量（p < 0.05）。DS.M.05的类胡萝卜素含量最高（1.11 μg/g），CV.M.05的叶绿素含量最高（0.99 μg/g），而商业色素对照CC的总类胡萝卜素最高（1.17 μg/g），RBC的叶绿素较高（0.66 μg/g）。封装过程有助于保护色素免于加工过程中的降解。

**3.4 颜色**
通过色差计测定，研究人员发现所有微藻样品的明度（L^*）随浓度增加而显著降低（p < 0.05），表明颜色变暗。PC使红色（a^*正值）增强，DS使绿色（a^*负值）和黄蓝色（b^*）增强，CV则主要增加绿色调。微藻提供的天然色素（叶绿素、类胡萝卜素、藻红蛋白）赋予棉花糖多样化的颜色，与商业色素相比，颜色强度较低但更自然。

**3.5 感官属性**
通过9点喜好度测试，研究人员发现微藻浓度在0.30 g/100 g及以下时，感官可接受性良好；超过此阈值后，香气、甜度和气味分数显著下降（p < 0.05），归因于微藻固有的土腥味、海藻味和挥发性化合物（如醛、酮、脂肪酸）。然而，外观和颜色分数在高浓度下反而提高，因天然色素更鲜艳。质构、硬度和咀嚼性在各浓度间无显著差异。

**3.6 加速货架期**
通过加速货架期试验（25°C/70% RH，6周），研究人员监测总色差ΔE^*发现，除少数低浓度样品外，大多数微藻处理组在6周后ΔE^*低于3.0，表明颜色稳定性可接受。其中，高浓度PC和DS样品（0.30–0.50 g/100 g）显示出更低的ΔE^*值，颜色保持更稳定；而对照组在6周后ΔE^*达4.69，颜色变化较大。

**总结与结论**
本研究成功开发了三种含封装微藻（PC、DS、CV）的棉花糖配方，作为天然生物活性化合物的新来源。结果表明，微藻的添加显著影响了理化、质构和感官属性，提高了类胡萝卜素和叶绿素含量，降低了硬度、胶粘性和咀嚼性，同时保持了弹性和内聚性，赋予产品更柔软、更有弹性的结构。尽管高浓度增强了色素含量，但感官评价显示最佳接受度为0.30 g/100 g，超过此浓度则出现不良风味。总体而言，封装微藻生物质是开发创新糖果产品的有前景成分，可作为合成添加剂的天然替代品，满足消费者对更健康、清洁标签产品的需求。未来研究应聚焦于先进封装策略以改善风味掩蔽，并评估不同储存条件下的长期稳定性，同时进行微结构表征（如SEM、CLSM）以直接评估泡沫结构和凝胶网络相互作用。