综述：香辛料精油微胶囊化的最新进展：结合传统与新型方法以提高稳定性、可控释放及生物活性保持

《Food Bioscience》：Current Progress in Microencapsulation of Spice Essential Oils: Bridging Conventional and Novel Approaches for Improved Stability, Controlled Release, and Bioactivity Preservation

　　

摘要

源自香料的精油以其生物活性特性而闻名。然而，由于其生物活性物质的挥发性，且对环境因素（如光、氧气和温度）敏感，其应用受到限制。微胶囊化用于保护精油，提高其稳定性并增强其功能性。本综述基于封装性能、释放行为、稳定性、成本、可扩展性和工业适用性，对各种封装方法（如喷雾干燥、冷冻干燥、复合凝聚、流化床包衣、超临界流体、皮克林乳液、分子包合和微流控）进行了批判性比较。还涵盖了重要的表征方法、常见的释放动力学模型以及控制封装和释放的物理化学机制。最后，讨论了人工智能、计算建模、刺激响应系统和混合递送系统以及可持续制造。本综述为开发高效、可扩展且面向应用的香料精油封装系统提供了一个简洁的框架。

引言

香料是用于为食物增添风味和香气的鲜制或干制植物产品 (?miechowska et al., 2021)。它们含有赋予其独特风味和香气的挥发性油。这些油也被称为芳香油或精油 (EOs)。精油富含芳香生物活性化合物，如萜烯、萜类、苯丙素类、含硫化合物（大蒜素、二烯丙基二硫化物等）、醛和酮等，提供广泛的健康益处 (Chen et al., 2023)。由于其不稳定和挥发的特性，精油的直接使用受到限制。这些油对光、热、湿度和氧气非常敏感 (Weisany et al., 2024; Huang et al., 2025)。为了克服这些限制，并在加工、储存和应用过程中提高精油的稳定性及功能性，微胶囊化作为一种稳健且广泛采用的策略脱颖而出，用于稳定和保护精油 (Abdul Mudalip et al., 2019; Liu, Xue, & Adhikari, 2023; Singh et al., 2022; Tanveer et al., 2020)。香料精油封装最常用和传统的方法是喷雾干燥、冷冻干燥和复合凝聚；然而，每种方法都存在固有的局限性，可能会损害封装效率、稳定性或成本效益 (Singh et al., 2022)。在喷雾干燥中，封装粉末回收率低，且喷雾室的高温可能会破坏微胶囊壁，导致挥发性化合物流失 (Altay et al., 2024)。在冷冻干燥中，生产出的粉末具有良好的封装效率且无粉末损失，但该方法生产出的粉末粒径不规则，且操作成本非常高 (Kumar & Suhag, 2024)。复合凝聚是一种无需热处理的技术，但它生产出的微胶囊仅在较小的 pH 和温度范围内稳定 (Yammine et al., 2024)。流化床、超临界流体沉淀、皮克林乳液等新方法生产出的封装油在粒径均匀性、更好的氧化稳定性和节能操作方面表现更好。每种新方法都比传统封装方法具有独特的优势。例如，皮克林乳液是一种无乳化剂的封装方法，可产生高度稳定的微胶囊 (Santos et al., 2020)，而微流控方法的封装效率高达 95%，并允许精油进行 pH 依赖性的胃释放 (Farahmand et al., 2023)。大量研究已专注于使用各种壁材对香料精油进行封装以及对所得系统进行物理化学表征，但针对封装技术的比较和方法导向评估仍然稀缺。因此，不同封装方法对香料精油的封装效率、稳定性、释放行为和功能性表现的影响尚未得到全面理解。尽管之前已讨论过精油微胶囊化，但针对香料精油特定封装技术的批判性比较仍未得到探索。关于潜在物理化学机制、分析技术局限性和数据驱动技术的文献仍然有限。本综述总结了用于封装香料精油的传统和新型封装技术，特别强调那些提供改善的稳定性、控释和增强功能性表现的新技术。通过系统性地强调方法论的进展及其相对优势，本综述通过纳入过程 - 结构 - 功能关系、表征方法、控释、工业转化以及新兴的人工智能 (AI) / 机器学习 (ML)、计算建模和数字孪生技术来解决这些差距。其关键创新之处在于为精油封装系统的合理设计和工业发展提供了一个全面的、基于机制的且面向未来的框架。

章节片段

微胶囊化

微胶囊化是一种用薄层保护材料包裹或涂层活性成分小液滴或颗粒的方法。该保护层包围核心材料，使其免受光、热、湿气和氧气等外部环境因素的影响。微胶囊化的主要目的是保护敏感物质，提高其稳定性，并控制活性成分的释放 (图 1)。这确保了活性成分是

封装技术的比较评估

香料精油的封装技术涵盖了一系列方法，每种方法在成本、热保护、结构精度和应用兼容性之间存在权衡。表 8 总结了用于香料精油封装的所有干燥方法的优势和局限性。喷雾干燥由于其低制造成本、与各种封装剂的兼容性、高保留率和稳定性，仍然是工业级别的首选

新型封装技术的工业放大挑战和实际可行性

香料精油封装技术的转移取决于热力学稳定性、传输现象和技术经济限制的批判性整合 (Wicaksono et al., 2019)。实验室研究侧重于最大化封装效率和有效保存挥发性物质，而工业适用性则由单元操作吞吐量、资本支出 (CapEx) 和法规安全性决定 (Zhou et al., 2025)。喷雾干燥是

扩散控释

精油释放的主要机制是扩散，其中生物活性化合物沿浓度梯度移动。这在不溶胀的基质中占主导地位。封装在大豆蛋白分离物和麦芽糊精基质中的肉桂醛遵循菲克扩散，其中壁材料作为物理屏障，减缓油的挥发 (Shao et al., 2021)。对于姜黄精油包合物，油的扩散取决于相对湿度

香料精油封装系统的表征技术

为了了解生物活性化合物的物理状态、递送的有效性以及挥发性化合物的长期稳定性，必须对封装的精油进行表征。由于精油对环境因素非常敏感，研究人员使用多种技术来验证核壳完整性和靶向释放能力。粒径影响封装油的释放动力学和生物利用度，因此确定物理尺寸和

封装香料精油的应用

封装的精油在多个领域找到应用，包括食品保鲜、食品包装、纺织品、制药和化妆品。表 11 列出了这些领域的一些最近研究。香料精油具有抗菌性，这是因为存在生物活性化合物。封装香料精油可保存其生物活性化合物，使其适用于食品保鲜应用 (Ju et al., 2019)。许多研究已探索了

未来展望和新兴研究方向

新兴的精油封装系统被定义为具有响应特定环境刺激（如 pH 值、波动、温度变化、湿度/水分和酶活性）触发释放的潜力 (Li et al., 2025; Yousefi et al., 2024)。这些油在智能或活性食品包装系统中找到应用。pH 是富含蛋白质食品中最常用的刺激物，其中挥发性胺 (TVB-N) 的释放使 pH 值向碱性偏移

结论

封装技术提供了各种方法，以改善香料精油的生物活性保留、氧化稳定性和控释。然而，没有单一技术在所有方面都优越；技术的选择取决于封装效率、挥发性保留、释放行为、颗粒特性、成本、可扩展性和工业适用性之间的权衡。界面相互作用、氢键、静电力、聚合物

CRediT 作者贡献声明

Yogesh Kumar: 撰写 - 原稿，资源，方法论，数据整理，概念化。Rajat Suhag: 撰写 - 原稿，数据整理，概念化。Samridhi Singh: 撰写 - 原稿，方法论，形式分析，数据整理，概念化。Alfredo Cassano: 撰写 - 审查与编辑，方法论，概念化。Murlidhar Meghwal: 撰写 - 审查与编辑，验证，监督，资源，方法论，调查，资金获取，

未引用参考文献

Arango-Ruiz et al., 2018; Benelli and Oliveira, 2019; Benito-Román et al., 2020; Calderón-Oliver and Ponce-Alquicira, 2022; Cerdá-Gandia et al., 2024; Kandasamy and Naveen, 2022; Li et al., 2025; Liapis and Bruttini, 2014; Liu et al., 2023; Soh and Lee, 2019; Tavares and Nore?a, 2020; Wicaksono et al., 1295; Zhang et al., 2020.

竞争利益声明

作者声明无利益冲突。

数据可用性

不，我们在提交的手稿文件之外没有任何研究数据。

竞争利益声明

作者声明他们没有已知的竞争财务利益或个人关系，可能会影响本文报告的工作。

致谢与资助

作者感谢印度大学拨款委员会 (UGC) 为博士学者 (SS) 提供资金支持，以在其高级研究奖学金 (SRF) 项目下进行研究工作，并感谢 NIFTEM-K 提供基础设施支持。本文的手稿编号为 NIFTEM-P-2025-74。

萨姆丽希·辛格 | 拉贾特·苏哈格 | 瑜伽什·库马尔 | 穆尔利达尔·梅赫瓦尔 | 阿尔弗雷多·卡萨诺

食物科学与技术系，国家食品技术创业与管理研究所，印度哈里亚纳邦索尼帕特县坤德利