综述：利用食品级包埋系统中的基质与负载物相互作用，调控生物活性物质的包埋、保留及原位生成

《TRENDS IN FOOD SCIENCE & TECHNOLOGY》：Harnessing matrix–cargo interactions in food-grade encapsulation systems to modulate entrapment, retention, and in-situ generation of bioactives.

　　

背景

在自然界中，生物活性化合物与其周围基质之间的分子关系决定了这些生物活性物质在通往靶部位的过程中是如何被包装、保留和转化的。食品级封装系统中也存在类似的情况，其中基质与负载之间的相互作用方式决定了封装性能，然而这些相互作用是在单独的基质 - 负载组合背景下研究的，没有参考跨系统的共同规则。

范围和方法

本综述提出了一个概念框架，将食品级封装系统中的基质 - 负载相互作用分为三个功能类别：组装、粘附和生物催化。对于每个类别，我们概述了潜在机制，讨论了它们对封装性能的影响，展示了它们在食品系统中实施的例子，并确定了知识差距和未来研究机会。

主要发现和结论

我们将组装相互作用定义为当负载与基质成分之间的力或当负载引起的局部环境变化同时驱动基质形成和负载结合时发生的相互作用，影响封装效率、基质结构和负载分布。粘附相互作用产生于吸引力将生物活性物质保留在已形成的基质中时，建立了一个调节释放动力学的能量屏障。生物催化相互作用发生于基质具有内在催化活性并能转化其负载时，从而能够原位生成生物活性代谢物。

理解这些相互作用为设计封装系统提供了一条路径，该系统明确关注基质与负载之间的分子关系，以及如何利用这些关系来控制生物活性物质的截留、保留和原位生成。

引言

生命系统长期以来已经解决了精确稳定和递送生物活性分子的问题。在牛奶中，酪蛋白和磷酸钙之间的相互作用驱动胶束的自组装，将钙封闭在蛋白质基质中 (Farrell, Malin, Brown, & Qi, 2006)，说明了负载与基质成分之间的相互作用如何同时驱动基质形成和负载结合。植物细胞中的酚类化合物储存在液泡中或通过共价或非共价相互作用与蛋白质和多糖结合，从而控制其稳定性和释放 (Yuan et al., 2026)，举例说明了吸引力如何使负载保留在基质中。在乳糜微粒中，表面的载脂蛋白使脂蛋白脂肪酶能够水解被包裹的甘油三酯，在靶组织中释放脂肪酸 (Gugliucci, 2023)，证明了由基质介导的催化活性如何转化其负载。总之，这些例子反映了一个共同原则：在自然界中，载体与其负载之间的关系是性能的基本驱动力。在食品级封装系统中，已经报道了基质与负载相互作用影响封装性能的类似情况，然而它们是在单独的基质 - 负载组合背景下研究的，没有参考连接不同系统的共同规则。

受自然界观察到的共同原则启发，在此我们提出，食品级封装系统中的基质 - 负载相互作用可以组织成一个概念框架，将它们分类为组装、粘附和生物催化相互作用。通过在此分类下组织现有的机制证据并确定每个类别中的关键知识差距，我们旨在为新一代递送系统奠定基础，该系统在设计时明确关注给定的基质 - 负载相互作用（或其组合）如何促进封装、增强负载保留和转化生物活性功能。

章节摘录

食品级生物活性成分：机遇与递送挑战

将饮食视为慢性疾病风险可改变决定因素的科学基础已确立，随之而来的是工程化食品以精确和可靠地递送促进健康化合物的动力 (Ma, Liu, Fu, Zhou, & Lee, 2026)。生物活性成分，即能够调节生理过程并有助于预防疾病的非必需饮食成分 (Yates et al., 2021)，代表了这一努力的主要目标。常见

食品应用的封装系统理性设计

封装系统的性能，即它们在加工和储存期间保护负载的有效性，以及在消化期间释放负载的方式，受壁材料物理化学性质的影响，以及递送结构的架构和制造条件 (McClements, 2018a)。因此，封装系统的理性设计应基于连接材料和结构选择与功能的框架

定义食品级封装系统中的基质 - 负载相互作用

在此，我们将基质 - 负载相互作用定义为生物活性成分与其封装基质之间产生的功能（即物理化学和生物）关联。我们提出分为三个（非互斥）类别的分类，可以理解为不同类型的动态过程（表 1）。设 A 代表形成封装基质前的壁材料，A′代表由 A 形成的结构化封装基质，B 代表生物活性负载，C 代表一个

基质 - 负载相互作用的统一原则

综合来看，这些相互作用类别揭示了负载主动参与决定封装系统形成和性能程度的进展。在组装相互作用中，负载影响基质本身的形成和结构。在粘附相互作用中，负载由将其与非相互作用物种区分开来的力保留，并调节其空间分布和释放。在生物催化相互作用中，负载在化学上

知识差距和研究机会

尽管文献中有广泛实例，其中食品级封装系统中的基质与负载相互相互作用，但仍存在几个知识差距。本节确定了其中后果最严重的差距，并概述了最有可能推进该领域的研究方向。从我们的角度来看，推进该领域涉及两种互补的方法。首先，加深对面基质 - 负载相互作用的机制理解，在大多数迄今研究的系统中，

结论

本综述提出了一个框架，将食品级封装系统中的基质 - 负载相互作用组织为三个功能类别：组装、粘附和生物催化。每一种都代表了基质 - 负载关系塑造封装性能的独特机制。组装相互作用确立了负载可以主动参与甚至驱动基质的结构形成，而不是仅仅被动地占据它。粘附相互作用揭示了

未引用参考文献

Chen et al., 2023; Chen et al., 2024; Guerin et al., 2018; Li et al., 2023; Li et al., 2025; Zhu et al., 2025.

CRediT 作者贡献声明

塔纳·埃尔南德斯 - 巴鲁埃塔：概念化，撰写 - 初稿，可视化。尼廷·尼廷：撰写 - 审阅和编辑；资金获取。

致谢

这项工作由 USDA-NIFA（资助项目 2022-67017-37095 和 2022-67017-36239）资助。THB 是 UC MEXUS/CONACYT 博士研究员。

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