《JOURNAL OF FOOD PROCESSING AND PRESERVATION》：Spray-Drying Microencapsulation of Caesalpinia bonducella Extract: Physicochemical and Bioactive Properties of Functional Yogurt
编辑推荐：
采用喷雾干燥微胶囊化技术以增强刺果苏木（Caesalpinia bonducella (L.) Fleming）种皮水提物（CBSCE）在强化酸奶中的理化稳定性与功能递送效果。研究人员利用海藻酸钠-菊粉（1:2 w/w）双壁系统，在优化的喷雾干燥条件下（进风温
采用喷雾干燥微胶囊化技术以增强刺果苏木（Caesalpinia bonducella (L.) Fleming）种皮水提物（CBSCE）在强化酸奶中的理化稳定性与功能递送效果。研究人员利用海藻酸钠-菊粉（1:2 w/w）双壁系统，在优化的喷雾干燥条件下（进风温度160°C，出风温度80°C）制备包埋粉体（ECBSCE）。研究评估了10种不同脂肪含量（1.5%和3.0%）、提取物类型及浓度（1%、2% CBSCE或ECBSCE）的酸奶配方，并以原味酸奶为对照（n = 3批次）。含ECBSCE的配方在约6小时内达到目标发酵pH值，而对照酸奶需12小时。在30天贮藏期内，嗜热链球菌（Streptococcus thermophilus）和德氏乳杆菌保加利亚亚种（Lactobacillus delbrueckii subsp. bulgaricus）的活菌数持续增加，F2T4配方在第30天分别达到7.04和4.32 log CFU/mL，且ECBSCE强化酸奶中的活菌数始终高于对照酸奶。对对照酸奶和F2T4酸奶进行的傅里叶变换红外光谱（FTIR）分析证实了包埋的成功，鉴定出特征性的羟基、酰胺和羧酸盐谱带，表明与乳蛋白基质发生了分子相互作用。扫描电子显微镜（SEM）显示光滑、近球形的微粒（5–15 μm），能量色散X射线光谱（EDX）证实F2T4中富含有机元素谱（C、N、O和Cl）以及必需矿物质（K和Ca）。包埋组表现出最高的总酚含量（25.08 mg GAE/g）和DPPH自由基清除活性（37.79%），包埋效率为59.11%（表面清洗TPC法）。F2T4还获得了最高的总体感官可接受性评分（9点嗜好标度上为8.71 ± 0.25），超过对照酸奶（8.12 ± 0.23），并有效掩盖了提取物的苦味。贮藏结束时，2% CBSCE配方F1T2和F2T2的持水力最高（66.53%）。这些发现表明，海藻酸钠-菊粉喷雾干燥微胶囊化是将刺果苏木生物活性成分整合到功能性乳基质中的一种可行、可规模化且清洁标签的策略。
**刺果苏木提取物喷雾干燥微胶囊化及其在功能性酸奶中的应用：研究解读**
**一、研究背景与问题提出**
全球食品工业正经历向功能性食品的深刻转型，这一趋势源于消费者对饮食与长期健康之间关联的认识不断提升。发酵乳制品，尤其是酸奶，因其广泛的消费者接受度、丰富的营养价值和公认的益生菌价值，成为功能性强化的重要载体。植物源生物活性物质作为酸奶强化剂受到越来越多的研究关注。刺果苏木（Caesalpinia bonducella (L.) Flem.），俗称"Nicker nut"或"Latakaranja"，是阿育吠陀医学中具有重要民族药理学意义的药用植物。其种皮富含黄酮类、单宁、皂苷和酚酸等成分，赋予其显著的抗氧化、抗菌和抗炎活性。然而，将刺果苏木种皮粗提物直接添加到乳制品配方中，受到其强烈苦味和涩味的限制，这降低了感官可接受性和消费者依从性。解决这一感官障碍是本研究采用微胶囊化策略的主要技术动因。尽管在酸奶强化用草本提取物包埋方面已取得进展，但针对刺果苏木种皮提取物（ECBSCE）的包埋研究仍存在知识空白。研究人员此前已证实将该植物成分纳入酸奶的可行性，但尚未有研究系统考察喷雾干燥参数、壁材优化及其对发酵动力学、抗氧化保留、微观结构和感官可接受性的综合影响。
**二、研究目标与实验设计**
本研究旨在通过三个方面填补上述空白：（i）利用优化的海藻酸钠-菊粉（1:2）壁材体系制备并表征ECBSCE微粒；（ii）评估在两种脂肪水平（1.5%和3.0%）下，添加CBSCE和ECBSCE的酸奶的理化、微生物、质构和感官特性；（iii）对优化配方进行多模式表征（近似分析、FTIR、SEM和EDX）。研究人员假设海藻酸钠-菊粉壁材能够充分掩盖提取物的苦味，使其感官可接受性与对照酸奶相当或更优；包埋处理能在30天贮藏期内比游离提取物更有效地保留总酚含量（TPC）和自由基清除活性（DPPH、ABTS和SOSA）；壁材基质提供的控释作用能支持强化酸奶在整个贮藏期内维持更高的发酵剂活菌数。
**三、主要技术方法**
研究人员采用以下关键技术方法：超声辅助水提法提取刺果苏木种皮生物活性物质；喷雾干燥微胶囊化技术制备包埋粉体，使用Büchi B-290实验室型喷雾干燥器，以海藻酸钠-菊粉（1:2 w/w）作为双壁材体系；酸奶发酵制备采用直接式发酵剂（DVS）混合菌种；理化分析包括pH、可滴定酸度（TA）和脱水收缩测定；微生物学评估采用ISO 7889倾注平板法对嗜热链球菌和德氏乳杆菌保加利亚亚种进行活菌计数；抗氧化活性通过DPPH、ABTS和超氧阴离子清除（SOSA）三种独立测定法评估；总酚含量采用Folin-Ciocalteu比色法；质构剖面分析（TPA）使用质构仪进行双循环压缩测试；感官评价由42名半 trained 评估员采用9点嗜好标度进行；优化配方（F2T4）的傅里叶变换红外光谱（FTIR）、扫描电子显微镜（SEM）和能量色散X射线光谱（EDX）进行多模式表征。原料牛奶来自印度瓦拉纳西巴纳拉斯印度教大学畜牧场。
**四、研究结果**
**4.1 pH、TA与脱水收缩**
发酵在42°C下进行固定时长，终点pH因配方而异（首个贮藏间隔为4.09–5.47）。30天贮藏期内，所有酸奶的pH逐渐下降、TA逐渐上升，与发酵剂残余代谢活性引起的后酸化一致。关键的动力学差异在于：添加ECBSCE的酸奶约6小时达到目标发酵pH，而对照需12小时。该发酵时间缩短主要归因于海藻酸钠-菊粉包埋基质的复合生物活性。包埋处理组的活菌数更高，但其TA上升和pH下降比非包埋组更缓慢，表明生物聚合物包埋起到缓冲作用，具有保护性和控释效应。贮藏期末（第25–30天），2% CBSCE配方（F1T2和F2T2）的持水力（WHC）最高（66.53%），对照次之，而2% ECBSCE配方F2T4的最终WHC相对较低（52.43%），表明脱水收缩控制与抗氧化/感官性能在此系统中不一定同步。Pearson相关分析显示，pH与两种发酵剂活菌数呈负相关（r = ?0.802和?0.715，p < 0.001），TA和脱水收缩与活菌数呈正相关，符合发酵后持续代谢的机制。
**4.2 发酵剂活菌数**
在整个30天冷藏贮藏期间，所有配方的两种发酵剂活菌数均逐步增加。优化配方F2T4中，嗜热链球菌从6.07升至7.04 log CFU/mL，德氏乳杆菌保加利亚亚种从3.95升至4.32 log CFU/mL。包埋（ECBSCE）配方在相同脂肪水平下始终比相应非包埋（CBSCE）和对照处理维持更高的活菌数。大多数配方在贮藏中期即超过6 log CFU/mL的国际推荐功能阈值，而德氏乳杆菌保加利亚亚种始终低于该阈值，与其在酸奶发酵剂体系中基线生长速率较低一致。ECBSCE的添加未对发酵剂活力产生不利影响，海藻酸钠-菊粉基质可能提供了保护性微环境，减轻了多酚与发酵剂的直接接触。
**4.3 抗氧化活性与总酚含量**
ECBSCE和CBSCE的强化产生了浓度依赖性的TPC和自由基清除活性增加。F2T4（3%脂肪，2% ECBSCE）表现出最高值：TPC为25.08 mg GAE/g DW，DPPH抑制率为37.79%，ABTS抑制率为31.43%，SOSA为38.03%。包埋效率（EE%）通过表面清洗TPC法测定为59.11%，证实大部分负载的酚类组分被保留在海藻酸钠-菊粉壁材基质内。在等效浓度下，ECBSCE强化酸奶始终表现出比CBSCE对应组更高的TPC和自由基清除值，这与包埋对加工和初始贮藏期间酚类氧化损失的限制作用一致。30天贮藏后，CBSCE配方中TPC和抗氧化活性因游离多酚的氧化降解显著下降，而ECBSCE配方保留了显著更高比例的初始生物活性负载（p < 0.05）。SOSA方面，ECBSCE配方在贮藏至第20天前未出现统计学显著下降（p > 0.05），这归因于海藻酸钠亲水壳层的物理氧扩散屏障、海藻酸钠-菊粉基质的控释动力学以及喷雾干燥过程中美拉德衍生抗氧化化合物的独立贡献。
**4.4 质构剖面分析**
ECBSCE和CBSCE的添加以浓度和脂肪依赖方式显著改变了酸奶凝胶结构。1.5%脂肪组中，硬度随ECBSCE浓度增加而升高（F1T3：138.3 N；F1T4：227.7 N），相对对照（F1C：93.8 N），反映了高海藻酸钠-菊粉微胶囊负载在低脂肪含量下的网络刚化贡献。3.0%脂肪组中，F2T4表现出与商业酸奶应用中偏好的软凝胶质构特征一致的力学性能。CBSCE强化酸奶在等效浓度下始终表现出与ECBSCE对应组不同的硬度特征，确认质构改性主要由包埋基质而非提取物本身驱动。内聚性和弹性未受ECBSCE添加的显著影响，表明基本凝胶网络完整性得以保持。高脂包埋配方的软化机制归因于海藻酸钠-菊粉微粒对酸化过程中酪蛋白胶束聚集的物理干扰。
**4.5 感官评价**
感官分析显示，在大多数属性上，包埋（ECBSCE）配方始终优于对照和CBSCE强化酸奶（p < 0.05）。2%浓度的CBSCE强化酸奶（F1T2：5.80和6.53；F2T2：5.50和6.07）在组织质地和口感方面得分显著低于其ECBSCE对应组。F2T4（3.0%脂肪，2% ECBSCE）在所有10个配方中获得了最高的色泽与外观（8.73 ± 0.22）、风味（8.90 ± 0.25）和总体可接受性（8.71 ± 0.25）评分，超过对照（总体可接受性8.12 ± 0.23）。F2T4较高的脂肪含量可能通过脂肪作为风味载体和质构改良剂的作用，贡献了更丰富的口感和更饱满的风味感知。结果证实海藻酸钠-菊粉壳层通过物理隔离多酚组分并限制其与舌面苦味受体（TAS2Rs）的相互作用，有效实现了掩味效果。
**4.6 优化配方（F2T4）的表征**
近似分析显示F2T4含水量为39.26% ± 0.36%，脂肪4.48% ± 0.03%，蛋白质6.76% ± 0.09%，灰分1.03% ± 0.05%，粗纤维18.22% ± 0.09%（干重基），总可溶性固形物（TSS）为22.18 ± 0.03°Brix。与常规凝固型酸奶相比，F2T4含水量较低、粗纤维含量较高，反映了喷雾干燥种皮提取物粉体对总固形物组分的显著贡献。FTIR光谱分析显示，F2T4中O–H和N–H伸缩谱带（3600–3200 cm?1）比F2C更宽且向更低波数移动，表明氢键密度增加。最关键的差异出现在酰胺区域：F2C在1642.09 cm?1处显示典型的天然酪蛋白C=O伸缩Amide I谱带，而F2T4中该谱带移至1619.91 cm?1并变宽，与海藻酸钠壁材的羧酸盐C=O伸缩和蛋白质Amide I谱带的重叠一致。指纹区（1300–800 cm?1）中F2T4出现了额外的分辨谱带（1272.79、1216.86、1144.55和1083.8 cm?1）以及1042–1050 cm?1处的明显肩峰，归属于喷雾干燥过程中使用的多糖壁材的C–O和C–O–C伸缩振动。SEM成像显示F2T4中嵌入了球形到近球形、表面光滑、无可见裂纹的微粒（直径5–15 μm），而F2C显示连续均匀的酪蛋白网络，确认了微胶囊成功整合到酸奶凝胶结构中。EDX元素分析鉴定C、O、Ca和K为两种样品的主要成分，F2T4中额外检测到Na和Cl信号，与壁材和载体相关残留的保留一致，证实了微胶囊的成功掺入，且未引入异常元素污染物。
**五、结论与展望**
本研究的三项假设汇聚于一个统一的结构-功能论证：ECBSCE在海藻酸钠-菊粉双壁基质中，在化学层面（贮藏期间持续维持酚类含量和自由基清除活性）、物理层面（SEM、EDX和FTIR确认的基质整合）、感官层面（有效掩盖提取物固有苦味）和微生物层面（嗜热链球菌活菌数维持高于功能活性阈值）均保护了生物活性负载。这四条独立证据链在同一方向上的一致性构成本研究的主要贡献：单一、符合GRAS标准的微胶囊化策略可以同时解决稳定性、适口性和活力障碍，这些障碍共同限制了富含生物活性的植物成分在发酵乳制品中的应用，而无需针对每个障碍单独制定配方解决方案。未来规模化需注意：WHC在2% CBSCE配方中最高而非感官优化的F2T4中，提示抗氧化保留、感官可接受性和质构稳定性可能对壁材比例有不同的响应，可根据目标产品属性进行进一步微调。约59%的包埋效率足以赋予功能保护，但进一步优化壁材体系可能提高负载保留率，评估30天贮藏窗口以外的性能将有助于确定更广泛的工业分销适用性。总体而言，这些发现支持海藻酸钠-菊粉微胶囊化刺果苏木提取物作为功能性乳制品开发的可行平台，制造商可实际采用该策略，以未充分利用的植物抗氧化源强化酸奶，同时保障消费者和监管机构要求的感官和微生物标准。
