综述：乳制品中维生素C的包埋技术

《Dairy》：Vitamin C Encapsulation in Dairy Foods: A Review

　　

消费者日益倾向于购买营养密集型、清洁标签（clean-label）食品，这一趋势正在推动对维生素C强化乳制品的需求；然而，维生素C易受热、光、氧气及pH变化的影响而降解。维生素C易降解的特性使强化面临挑战，企业为弥补预期损失而添加维生素过量（overage），从而产生额外成本。对维生素C进行包埋可最大限度地减少降解，并提高乳制品的营养价值。本综述考察了四项通过不同包埋技术提高维生素C稳定性的案例研究，包括乳化结合喷雾干燥（emulsification with spray drying）、喷雾冷却（spray chilling）、脂质体包封（liposomal encapsulation）和挤出凝胶化（extrusion gelation）。采用酪蛋白凝胶（casein gel）包封维生素C用于维生素软糖、聚甘油单硬脂酸酯（polyglycerol monostearate, PGMS）用于饮用型酸奶、脂质体用于冰淇淋、海藻酸钠（sodium alginate）用于风味乳，均显著延缓了维生素降解。四项案例研究表明，维生素C包埋通过延缓维生素C降解、改善产品质量和延长货架期，为减少维生素过量添加提供了可行方案。当前包埋技术的局限性包括维生素包覆效率、工业可扩展性，以及技术是否能够与营养强化、清洁标签和产品货架期目标相匹配。

1. 引言
消费者饮食习惯和需求的变化推动着食品创新。2021年调查显示，67%的消费者更倾向于选择强化维生素和矿物质的食品，全球维生素强化食品需求预计到2030年增长7%。胰高血糖素样肽-1（GLP-1）类减肥药物的使用正在推动更高营养密度食品的需求。乳蛋白是必需氨基酸的完全来源，牛奶和酪蛋白的生物价（BV）为77–91，乳清蛋白为100–104，蛋白质消化率校正氨基酸评分（PDCAAS）为1.0。维生素C因其膳食重要性而备受青睐，但易受热、光、氧气和pH影响而降解，在复杂乳基质中更为突出。企业为符合标签声明规定，通常需添加约25%的过量（overage）维生素。包埋技术提供了一种清洁标签方案，可稳定天然抗氧化剂、维生素和益生菌，同时减少合成防腐剂的使用。

2. 乳化与喷雾干燥技术包封维生素C
2.1 乳化
制备喷雾干燥乳液时需考虑雾化产生的强烈应力，油滴破裂会降低包封效率，因此防止油滴破裂是最重要的参数。在5 MPa低雾化压力下，油滴尺寸显著小于进料乳液的液滴，表明应力足以克服毛细压力并对终产品产生负面影响。乳化在低温下进行，但胶囊尺寸难以控制。

2.2 喷雾干燥
喷雾干燥分为三个阶段：料液雾化、雾滴与热空气接触干燥、干颗粒经旋风分离器收集。进气温度通常为150–200°C。影响效率的因素包括无定形物料粘壁、塌陷或结块、雾化剪切应力、维生素在气液界面的位置及热变性等。喷雾干燥的优点是简单高效，可处理热敏材料，产品水分含量低；缺点是能耗高且易发生粘壁，导致停机清洁和产品损失。

2.3 乳蛋白作为包覆材料
酪蛋白和乳清蛋白具有乳化、起泡和成膜特性，可单独或联合使用作为包覆材料。乳蛋白能包封疏水和亲水性生物活性化合物，具有控释、提高包封效率和低pH保护等优点，且作为食品基成分符合清洁标签要求。

2.4 维生素软糖
维生素软糖通常需高温煮沸糖和胶凝剂，加工温度可加速维生素C降解；软糖pH通常较低以助凝胶形成，而维生素C在pH 4时降解最快；此外软糖水分含量随时间增加，使其成为包封维生素C的良好候选应用场景。

2.5 乳化与喷雾干燥案例研究
Yan等（2021）采用酪蛋白凝胶包封维生素C用于软糖，经十周加速货架期试验，包封维生素C保留率92%，未包封组为79%。制备过程中将维生素C溶液滴入酪蛋白分散液，加入凝乳酶促进酪蛋白凝胶形成，经均质、离心去除油相后与麦芽糊精混合，在进料流速0.54 L/h、入口温度180°C、出口温度80°C条件下喷雾干燥。傅里叶变换红外光谱-衰减全反射（FTIR-ATR）分析显示酪蛋白胶束与软糖基质间存在强氢键相互作用。模拟胃液（pH 1.2）和肠液（pH 6.8）释放试验表明，包封维生素C在前30分钟释放约15%，8小时累计释放达21%，说明酪蛋白在低pH下为维生素C提供了保护。

3. 喷雾冷却技术包封维生素C
3.1 喷雾冷却
喷雾冷却通过将喷雾干燥器出口温度调至脂质包覆材料熔点以下，将热的高脂含量水包油乳液喷入冷相中，脂质冷却固化形成微胶囊。颗粒物理性质取决于脂质类型及其与芯材的相互作用。该技术快速、节能、不使用溶剂，易于工业放大，且脂质材料与高脂乳基质兼容；缺点是芯材需耐受脂质熔点温度，脂质与芯材相互作用可能影响溶液稳定性。

3.2 脂质基包覆材料
聚甘油单硬脂酸酯（PGMS）等脂质材料具有乳化特性并可提供抗水蒸气屏障，脂肪酸的非极性疏水性质适合包封水溶性维生素。PGMS作为乳化剂已被广泛批准用于乳制品和焙烤食品。

3.3 饮用型酸奶
饮用型酸奶经乳酸菌发酵至pH 4.2–4.5，高水分含量和低pH环境加速维生素C降解。采用喷雾冷却以脂质包覆材料包封维生素C，可有效阻隔水分和氧气，延长货架期并减少过量添加。

3.4 喷雾冷却案例研究
Kim等（2002）采用喷雾冷却法以PGMS包封维生素C和铁用于强化饮用型酸奶，包覆材料与芯材比例为5:1，经0.33 mm喷嘴雾化后于5°C Tween 60溶液中固化。维生素C包封率达95%，铁包封率达73%。在4°C储存20天内，包封显著延缓了维生素C降解并降低脂质氧化，且未产生不良感官特性。

4. 利用脂质体包封维生素C
4.1 脂质体
脂质体是囊泡状脂质双分子层递送系统，可同时包封亲水和疏水性生物活性物。冻融法制备过程中，冷冻速率快于20°C/min会导致脂质体内冰晶形成，产生过大或变形的脂质体；冻融循环可增加水溶性溶质与脂质比例，提高包封效率。该方法制得的单层脂质体包封效率＞50%，粒径均匀。但脂质体制备成本高、半衰期短、不易规模化。

4.2 磷脂基包覆材料
磷脂的两亲性结构可稳定并保护芯材的生物活性和生物利用度。不同磷脂对脂质体特性有不同影响，二棕榈酰磷脂酰胆碱（DPPC）多层性最低，添加0.1 mol% DOPE-PEG200可在冻融循环中产生单层脂质体。磷脂天然存在于乳脂肪球膜中，作为乳化剂与乳基质高度兼容。

4.3 冰淇淋基质
冰淇淋制作过程中充气引入氧气，但低温储存温度及酪蛋白和乳清蛋白形成的脂肪-蛋白质网络降低了分子流动性并限制氧扩散，有利于维生素C保留。磷脂作为乳化剂与冰淇淋油包水乳液结构兼容。

4.4 脂质体案例研究
Tsyrendorzhieva等（2021）使用含97%磷脂的大豆卵磷脂制备脂质体包封维生素C，经三次冻融循环后通过100 nm孔径挤出，添加至冰淇淋中。最终产品维生素C含量为46.8±5.2 mg/100 g，可满足14岁以下儿童每日45 mg的推荐摄入量。包封样品较对照熔化阻力提高11%，感官评价显示更佳奶油质地和风味，且无可见冰晶。

5. 挤出凝胶化包封维生素C
5.1 挤出凝胶化
挤出凝胶化是一种扩散法技术，交联离子从外部储库扩散进入海藻酸盐溶液形成凝胶微胶囊。海藻酸中的古洛糖醛酸在水相中释放H₃O⁺，与Ca²⁺离子连接形成"蛋盒"模型结构。增加钙离子浓度可提高交联密度和胶囊刚性，但过快凝胶化可能因结构缺陷降低包封效率。该方法设备简单、Ca²⁺无毒，适合热敏性成分；但产量低，微胶囊可能大于500 μm且需额外洗涤步骤。

5.2 多糖基包覆材料
海藻酸钠是源自褐藻的天然亲水聚合物，具有稳定、抗菌和吸湿特性，在酸性pH（1.2–4.5）下稳定，在中性或微碱性条件下降解。海藻酸凝胶可冷制备且热不可逆，耐100°C高温。海藻酸钠虽是食品添加剂且可能影响清洁标签声明，但在乳品行业已广泛用于风味乳和冰淇淋的稳定与质构控制。

5.3 液态乳基质
牛乳中的维生素C在巴氏杀菌、灭菌或超高温（UHT）处理中显著降解。β-乳球蛋白（B-LG）通过氢键和范德华力与维生素C发生弱结合，可能提供有限的氧化保护。挤出凝胶化的低温过程适合液态乳环境中的维生素C包封。

5.4 挤出凝胶化案例研究
Thangaraj和Seethalakshmi（2015）以海藻酸钠包封维生素C强化风味乳。将海藻酸钠溶液以120 mL/min流速滴入0.2 M氯化钙溶液中，1000 RPM搅拌硬化，包封效率为78%。强化乳经71°C巴氏杀菌30分钟和121°C灭菌15秒后，30天内保留92±0.50 mg（约45%）维生素C，而对照未检测到维生素C。包封还防止了巴氏杀菌过程中乳的凝固和酸味产生。

6. 建议
不存在放之四海而皆准的维生素C包封技术，技术选择和包覆材料取决于目标产品基质、储存条件、感官属性和监管要求。当前挑战包括实验室技术难以放大至商业生产规模、包封增加生产成本、包封维生素C与乳组分相互作用机制不明、体内外生物利用度数据缺乏等。未来研究应聚焦于开发可规模化、成本效益高且环境可持续的包封体系，并建立标准化的包封效率和维生素保留率报告方法，以促进技术从概念验证向工业应用转化。