《Food Research International》：Thermo-responsive shellac/HPMC double-layered microcapsules for controlled release and stability enhancement of baker's yeast in frozen dough
编辑推荐：
•7.5%比例的柠檬酸三丁酯能够平衡壳胶的储存刚性与其热软化特性。•30?mPa?s粘度的羟丙基甲基纤维素可提升酵母的负载量及其存活率。•HPMC核心的膨胀与壳胶的软化共同作用，促使酵母释放。•微胶囊能在经过6次冻融循环后仍保持86.47%的酵母存活率。引言冷冻面团技术能够延长产
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7.5%比例的柠檬酸三丁酯能够平衡壳胶的储存刚性与其热软化特性。
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30?mPa?s粘度的羟丙基甲基纤维素可提升酵母的负载量及其存活率。
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HPMC核心的膨胀与壳胶的软化共同作用，促使酵母释放。
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微胶囊能在经过6次冻融循环后仍保持86.47%的酵母存活率。
引言
冷冻面团技术能够延长产品的保质期并保证生产一致性，但冷冻过程中的应力（如冰晶的形成与重结晶）以及温度波动会严重影响酵母的活性以及面团中交联的麸质网络结构（Arias等人，2024；Zhao等人，2023）。在其他以小麦为原料的面团体系中，也观察到了由冻融作用引起的品质下降现象，比如饺子皮的情况（Liu等人，2025）。更严重的是，在非预期的低温存储阶段，较高的水分流动性会引发酵母过早发酵，这会消耗可发酵物质并提前产生气体，从而导致最终烤制出的面包体积减小、口感粗糙（Yang等人，2022）。因此，如何在冷冻存储过程中保持酵母的活性，同时又能根据需要启动发酵过程，对于提升冷冻发酵面团的质量至关重要。目前的改善方法，包括使用冷冻保护剂、优化生产工艺（Arias等人，2024；Chen等人，2023）以及通过基因工程改造酵母菌株（Tanahashi等人，2024），往往因为效果有限、存在监管障碍或难以获得消费者认可而受到限制（Qu等人，2025）。虽然微囊化技术可以通过物理屏障提升细胞存活率（Yan & Kim，2024），但单层水合系统（如海藻酸水凝胶）的阻水性能较差，无法防止存储过程中因水分作用导致的过早激活现象（Jastrz?bska等人，2021）。此外，传统的包封方法，如喷雾干燥，会使酵母暴露在强烈的热应力和剪切应力之下，从而导致其活性大幅下降（de la Cruz-Gavia等人，2018）。因此，亟需一种温和且不会破坏酵母活性的包封方法，用来制备双层微胶囊。
壳胶是一种由虫胶树分泌的天然树脂，具有出色的成膜能力以及疏水的阻水性能，被广泛用于食品和药品的包衣材料中（Baek等人，2022；Yuan等人，2022）。其高度致密的酯类交联结构能够有效阻碍气体和水蒸气的渗透。然而，纯壳胶薄膜本身具有较高的脆性，因此在低温冷冻应力作用下极易出现微裂纹。引入疏水的柠檬酸类增塑剂，比如柠檬酸三丁酯，可以插入到壳胶的刚性链之间，打破其自身的氢键连接，从而在分子层面调控壳胶的自由体积占比及其玻璃化转变温度（Tg）（Chaos等人，2018）。羟丙基甲基纤维素则是一种应用广泛的亲水性聚合物，它具备优异的吸水能力、成膜性能、体积膨胀特性以及抗乙醇渗透的能力（Yusri等人，2021）。HPMC还能在水分作用下产生明显的膨胀效应，从而为微胶囊外壳的破裂提供必要的机械动力（Ghadermazi等人，2019）。因此，将经增塑处理的壳胶的阻水功能与HPMC的膨胀驱动功能结合在一起，构建双层微胶囊结构，是一种有望同时实现冷冻保护和按需释放目标的可行策略。
基于以上考虑，本研究开发了一种新型的热响应型核壳双层微胶囊，该微胶囊由具有膨胀特性的HPMC内核和经过增塑处理的壳胶外层构成。我们通过系统地优化HPMC的粘度等级，确保了微胶囊较高的负载量；同时利用柠檬酸三丁酯调控壳胶外壳的热机械相变特性，使得微胶囊在存储期间能够保持良好的玻璃态阻隔性能，而在发酵所需的35–40?°C温度下则能发生可控制的膨胀破裂。我们通过基于修正浊度的触发释放与稳定性指数以及光学显微镜技术，对微胶囊的温度响应特性及其形态变化进行了定量和直观的分析。最后，我们在冷冻面团体系中验证了这种双层微胶囊体系在提升酵母活性以及实现可控发酵方面的有效性。
章节要点
材料
活性干酵母（Saccharomyces cerevisiae，低糖型）购自中国宜昌的安琪酵母股份有限公司。食品级脱色脱蜡壳胶则从中国北京的艾高文宝科技有限公司购买。粘度分别为5?mPa·s、15?mPa·s、30?mPa·s、50?mPa·s和100?mPa·s的羟丙基甲基纤维素、柠檬酸三丁酯以及吐温80均为分析级产品，均购自上海麦克林生化科技有限公司。
负载量、附着效率、得率及粒径分布
我们通过负载量、附着效率、得率以及粒径分布这几个指标来评估HPMC-酵母核心的制备质量。如表1所示，HPMC的粘度会对负载量产生显著影响，当粘度为30?mPa·s时负载量达到最高值，为76.15%。附着效率则呈现非单调变化趋势：粘度为15?mPa·s的组别附着效率最高，为88.0%，而粘度为100?mPa·s的组别附着效率最低，为60.3%。各组别的得率变化范围相对较小，其中最高得率
结论
在本研究中，我们成功开发出一种热响应型的双层壳胶/HPMC微胶囊体系，该体系能够在冷冻面团中有效保护酵母，并实现按需释放酵母的功能。通过系统地优化HPMC的粘度（设定为30?mPa·s）以及壳胶外层中柠檬酸三丁酯的浓度（设定为7.5%），我们得到了既具备冷冻存储稳定性，又能在发酵温度下响应并释放酵母的微胶囊配方。微胶囊的内层HPMC层能够形成连续的包覆层，
作者贡献说明
谢英曼：负责论文的初稿撰写、方法设计以及正式分析工作。朱海萌：负责资源筹备与实验研究工作。王志豪诚：参与方法设计以及数据整理工作。陈向伟：负责软件应用及相关方法研究工作。傅鸿飞：承担验证工作以及资源协调工作。王业群：负责项目管理工作。张珍娜：承担监督指导工作。王云阳：负责论文的审阅编辑工作以及资金筹集工作。
利益冲突声明
所有作者均声明，他们不存在任何可能影响本文研究结果的已知财务利益关系或个人关系。
致谢
本项研究得到了陕西省“区域发展人才项目”中的“高层次人才特殊支持计划”[项目编号202002]以及2023年宝鸡市的“农业科技创新项目”[项目编号K4050124059]的支持。同时，我们也感谢中国西北农林科技大学食品科学与工程学院的仪器共享平台所提供的帮助。
谢英曼|朱海萌|王志豪诚|陈向伟|傅鸿飞|王业群|张珍娜|王云阳
