喷雾干燥β-胡萝卜素微胶囊化采用啤酒废酵母源多糖富集组分：工艺优化、贮藏稳定性及释放行为

《Sustainable Food Technology》：Spray-dried β-carotene microcapsules using a brewer's spent yeast-derived polysaccharide-rich fraction: optimization, storage stability, and release behaviorOpen Access

　　

β-胡萝卜素极易受氧气、光照和热处理降解，限制了其在食品与营养补充剂体系中的应用。本研究以阿拉伯胶（gum arabic, GA）与啤酒废酵母源多糖富集组分（brewer's spent yeast-derived polysaccharide-rich fraction, PS）按1∶2（w w?1）组成壁材基质，优化β-胡萝卜素的喷雾干燥微胶囊化工艺。基于中心复合设计的响应面法（response surface methodology, RSM）用于优化芯壁比、进风温度与进料流速。最优条件为芯壁比0.23（w w?1）、进风温度156 °C、进料流速5.1 mL min?1，所得包埋量60.30 μg g?1、包埋效率94.60%。扫描电镜（scanning electron microscopy, SEM）显示GA–PS复合基质多呈球形且表面裂纹较少；傅里叶变换红外光谱（Fourier-transform infrared spectroscopy, FTIR）确认特征官能团保留且未形成新化学键。贮藏4周后，?30 °C真空包装保护效果最佳，维持β-胡萝卜素含量与抗氧化活性并抑制脂质氧化。微胶囊呈现介质依赖释放，在50%乙醇与模拟胃液中释放高于模拟肠液。结果表明啤酒废酵母源多糖富集组分可作为可持续壁材稳定β-胡萝卜素并调控其释放。

研究背景方面，β-胡萝卜素作为天然色素与维生素A原，因水溶性差且对光、氧、热高度敏感，在食品与功能配料中应用受限。传统壁材如麦芽糊精（maltodextrin, MD）、阿拉伯胶（GA）、乳清蛋白（whey protein, WP）各有缺陷：MD乳化弱、屏障差；WP受热易变性；GA成本与吸湿性问题突出。啤酒酿造产生大量废酵母，其细胞壁含β-葡聚糖与甘露糖蛋白等结构性多糖，目前未充分利用。研究人员假设GA负责油滴界面稳定、PS强化干燥基质与抗氧化屏障，从而开展将PS转化为功能壁材的循环食品工艺研究，论文发表于《Sustainable Food Technology》。

关键技术方法上，研究人员从越南胡志明市啤酒精酿厂获取鲜废酵母浆，经水洗、NaCl沉降、蛋白酶（2.5 AU-A g^?1，pH 5.5）45 °C酶解6 h、超声与离心回收PS（总多糖59.5%，β-葡聚糖5.57%，蛋白9.01%）。芯材为含β-胡萝卜素321 μg g^?1的木鳖果油（Gac oil），以Tween 20按1∶1（w v^?1）预乳化。壁材筛选采用单因素结合GA∶PS=1∶2（w w^?1）固定体系，总固形物20% w w^?1，LabPlant SD-06喷雾干燥机进风160 °C、进料5 mL min^?1初筛；继而用面心中心复合设计（face-centered central composite design, FC-CCD）三因素三水平RSM优化芯壁比（0.1–0.3）、进风温度（150–160 °C）、进料流速（4.5–5.5 mL min^?1）。贮藏实验采用PET/Al/PE铝塑复合袋真空与非真空封装，于?30 °C、4 °C、室温存4周，定期测β-胡萝卜素含量、过氧化值（peroxide value, PV）、DPPH自由基清除率与CIELAB色差。释放实验在10%乙醇、50%乙醇、3%乙酸及pH 1.2模拟胃液（simulated gastric fluid, SGF）、pH 6.8模拟肠液（simulated intestinal fluid, SIF）中37 °C振荡，UV-Vis 450 nm定量。

研究结果部分，3.1节壁材类型影响显示，GA+PS体系包埋量33.68 μg g^?1、包埋效率80.89%、DPPH清除率89.34%，均高于GA、MD、WP单独及MD+PS、WP+PS复合体系；机制归结为GA提供界面活性、PS通过β-葡聚糖氢键网络与甘露糖蛋白两亲性协同形成致密壁层。3.2节单因素表明GA∶PS=1∶2、芯壁比0.2、进风150 °C、进料4.5 mL min^?1各自较优，过高PS比例致黏度大、雾化差，过高芯壁比致表面芯材暴露。3.3节RSM拟合二次模型EY与EE的R²分别为0.98与0.99，显著项含X₁、X₂、X₃线性及X₁X₂交互与各项平方；最优解芯壁比0.23、进风156 °C、进料5.1 mL min^?1，预测EY 62.21 μg g^?1、EE 96.41%，验证值60.30 μg g^?1与94.60%，吻合度96.9%与98.1%。SEM见颗粒多球状、裂纹少；FTIR证实无新键形成。贮藏实验中?30 °C真空组4周后β-胡萝卜素保留率最高、PV最低、ΔE最小。释放研究中50%乙醇与SGF 180 min累积释放显著高于SIF，呈现醇浓度与胃肠环境依赖。

讨论与结论翻译部分，研究人员指出PS并非单纯惰性填充，而是与GA产生协同：GA吸附于油水界面稳定液滴，PS在脱水期形成多糖网络外壳限制氧扩散与芯材迁移。该废酵母源组分使包埋效率、氧化稳定性、色泽保持与环境响应释放同步提升，契合UN SDG 3、9、12。研究结论为：啤酒废酵母源多糖富集组分可替代部分GA作为可持续喷雾干燥壁材，在芯壁比0.23、进风156 °C、进料5.1 mL min^?1下获得EY 60.30 μg g^?1与EE 94.60%；?30 °C真空贮藏最优；释放随介质极性及消化阶段变化，SGF与高醇介质释放更快，证明该壁材体系具备食品级β-胡萝卜素稳态化与靶向释放潜力。