模拟反应挤出条件下鱼油在美拉德反应卵磷脂-葡萄糖基质中的包埋：物理化学特性与氧化稳定性

《Journal of Food Engineering》：Encapsulation of fish oil within a Maillard-reacted lecithin–dextrose matrix using simulated reactive-extrusion conditions: physicochemical characteristics and oxidative stability

　　

- 在模拟反应性挤出条件下，40%鱼油负载量时实现了57.8%的最大包封效率。
- 包封的鱼油在90天储存期间，氢过氧化物值和p-茴香胺值始终低于可接受的酸败限值。
- 卵磷脂-葡萄糖基质使氢过氧化物值降低约70%，美拉德反应额外降低了约82%，相对于游离鱼油总体降低了约95%。
- 卵磷脂-葡萄糖基质使p-茴香胺值降低约62%，而在所研究条件下美拉德反应未提供额外降低效果。
- 模拟反应性挤出在加工后立即保存了包封鱼油的营养质量，维持EPA含量（8.2–8.7%）、DHA含量（5.8–6.3%）和PUFA含量（43.4–44.3%）。

**引言**

多不饱和脂肪酸（PUFA）因其重要的生理功能和促进健康的特性，被广泛认为是人体健康和营养所必需的营养素（Tocher等，2019）。在不饱和脂肪酸中，Omega-3脂肪酸，包括二十二碳六烯酸（DHA，C22:6n-3）、二十碳五烯酸（EPA，C20:5n-3）和α-亚麻酸（ALA），因具有众多健康益处而具有重要意义（Khoshnoudi-Nia等，2020）。这些益处包括其对心血管健康的影响、抗炎特性、血压调节、癌症预防、神经功能维护及抗氧化能力（Khoshnoudi-Nia等，2020；Parolini，2019；Ruxton等，2005）。

由于缺乏特定的去饱和酶，人类无法内源性合成Omega-3脂肪酸，使其膳食摄入成为主要来源（Khoshnoudi-Nia等，2020）。因此，食品工业对开发富含Omega-3脂肪酸的强化产品表现出日益增长的兴趣。鱼油作为最常见的天然Omega-3脂肪酸来源之一，尤其富含EPA和DHA，因此含有鱼油的食品产品在满足这一膳食需求方面具有很高的价值。然而需要注意的是，多不饱和脂肪酸极易发生脂质氧化，从而降低产品质量和缩短保质期（Nickerson等，2014）。为避免脂质氧化和脂肪酸降解，文献中报道了多种包封材料（如蛋白质、多糖、美拉德反应复合物）和包封技术（如喷雾干燥、冷冻干燥、挤出包封）（Feng等，2022；Karaca等，2015；Khoshnoudi-Nia等，2020）。

挤出包封具有多项优势，包括加工成本低、可生产形状和质地范围广的产品，以及能够生成高密度、低孔隙率的结构，而这些结构难以通过其他包封方法实现（Castro等，2020；Kaushik等，2015）。常规热熔挤出已成功应用于包封多种生物活性化合物，包括挥发性风味化合物（乙酸乙酯、柠檬油、肉桂醛、丁香酚、壬酸、橙油和橙烯）、抗氧化剂（生育酚、槲皮素和抗坏血酸）和食用油，使用预成型的碳水化合物及生物聚合物基壁材，如麦芽糊精、淀粉、环糊精、蔗糖、玉米醇溶蛋白及其他玻璃态碳水化合物体系（Bamidele和Emmambux，2021）。这些研究证明可实现高包封效率，同时提高挥发性和氧化敏感化合物的保留率和稳定性。然而，仅有少数研究调查了脂质生物活性物质的挤出包封。Castro等（2020）使用预成型的豌豆蛋白-淀粉-麦芽糊精基质包封中链甘油三酯油，而Ying等（2015）使用预配制的玉米碴基基质包封向日葵油。值得注意的是，两项研究的加油量均限于约15%，凸显了当前将高含量脂质纳入挤出包封系统的挑战。在这两种情况下，包封依赖于将油物理性地纳入已建立的载体系统，而非在加工过程中同时形成功能性包封基质。

相比之下，挤出工艺能提供强烈混合以及受控的温度、压力和剪切力，从而实现反应性挤出过程，使材料改性及产品形成同步进行（Bamidele和Emmambux，2021；Bouvier和Campanella，2014）。作为一种可持续的过程强化技术，反应性挤出可通过高通量和短停留时间提高反应效率，同时减少反应体积、能耗、溶剂需求以及整体资本（CAPEX）和运营（OPEX）成本（Bouvier和Campanella，2014）。然而，在反应性挤出条件下开发包封工艺仍具挑战性，因为必须同时优化多个加工变量——包括温度、螺杆转速、水分含量、压力和油或水进料速率——以最大化包封效率，同时保持高不饱和油的氧化稳定性（Singh等，2007）。高温与强烈机械能的组合可能加速脂质氧化，特别是在未添加抗氧化剂的配方中，而高剪切和压力也会影响美拉德反应动力学及基质形成（Koch等，2017；Lund和Ray，2017）。此外，挤出包封通常加油量有限，约为10–15%，超过此值油将从模头泄漏，低于喷雾干燥通常实现的约20%（Harrington和Schaefer，2014）。相比之下，我们此前的研究表明，在常规间歇反应器中制备的美拉德反应卵磷脂-葡萄糖基质成功以40%油负载量包封了鱼油，同时保持了氧化稳定性（Donmez等，2024）。这些发现表明，将磷脂-糖类美拉德化学与反应性挤出相结合可能提供一种有前景的策略，通过实现功能性包封基质的原位形成，有望容纳更高油负载量，从而克服挤出包封当前的局限性。尽管具有这种潜力，反应性挤出在磷脂-糖类美拉德系统中的应用仍基本未被探索，反应性挤出相关加工条件对包封性能及包封鱼油氧化稳定性的影响也尚未系统研究。

多项研究已证实，在传统模型系统和间歇反应器中产生的磷脂连接型美拉德反应产物（MRP）具有抗氧化潜力（Lu等，2014；Shrestha和De Meulenaer，2014；Zamora等，2005）。最近，Wang等（2025）报道，大豆磷脂酰乙醇胺与罗望子胶之间形成的美拉德共轭物通过同时降低初级和次级氧化产物，显著增强了水包油乳液的氧化稳定性。类似地，Zhang等（2025）鉴定出磷脂酰乙醇胺-糖类美拉德反应产物是强效抗氧化剂，能够改善亚麻籽油的氧化稳定性并抑制氧化衍生醛的形成。这些发现进一步支持了磷脂连接型MRP作为富含脂质体系中天然抗氧化剂的潜力。

在我们此前的研究中，美拉德反应卵磷脂-葡萄糖基质也被鉴定为保护多不饱和脂肪酸免受氧化的有前景载体（Donmez等，2024）。然而需要注意的是，现有文献和我们此前的研究主要是在实验室规模的间歇反应器或相对低压条件下运行的简化模型系统中开展的。因此，对于升高的温度、压力和剪切力如何在反应性挤出条件下协同影响疏水性介质中卵磷脂与葡萄糖的美拉德反应，目前的理解仍然有限。此外，近期研究仍主要关注磷脂衍生MRP的抗氧化性能，而在类似挤出的加工条件下控制其形成的机制以及表征这些反应产物所需的分析方法仍基本未被探索。因此，需要进一步研究以建立增强氧化稳定性和油负载能力的加工条件，同时为放大至中试和工业规模的反应性挤出应用提供科学依据。

由于挤出加工的复杂性，在常规挤出实验中往往难以分离温度、压力和剪切力的单独效应。因此，此前使用实验室规模的流变学系统以受控方式重现模拟反应性挤出条件。例如，Emin等（2017）利用密闭腔体流变仪研究在代表挤出加工的升高温度和机械应力条件下高浓度植物蛋白的反应行为。作者证明，此类系统可提供有价值的机理信息，阐明在明确的模拟反应性挤出条件下加工变量的影响。因此，本研究采用类似方法，在受控的反应性挤出相关条件下研究美拉德反应卵磷脂-葡萄糖基质的形成。

此外，与常规蛋白质-糖类美拉德系统不同，磷脂连接型美拉德反应产物的直接表征在分析上仍具挑战性。近期研究表明，通常需要高级技术（如LC-MS/MS和NMR）来研究磷脂糖化产物及其反应途径，而常规用于蛋白质-糖类美拉德系统的方法可能提供的信息有限（Donmez等，2024；Han等，2020；Utzmann和Lederer，2000；Zhang等，2025）。

据我们所知，在模拟反应性挤出条件下，美拉德反应卵磷脂-葡萄糖基质中鱼油的包封尚未见文献报道。因此，本研究的目的是探讨模拟反应性挤出条件（温度、转速和等温保持时间）对美拉德反应卵磷脂-葡萄糖基质中包封鱼油的包封效率、理化性质和氧化稳定性的影响。此外，还评估了该系统在挤出相关条件下包封高鱼油负载量（40%）的能力。本研究的发现为该台式工艺未来放大至中试和工业规模反应性挤出操作提供了基础信息。

**材料**

脱油大豆卵磷脂（由阿根廷布宜诺斯艾利斯的Rusitec S.A.提供）含有约70%总磷脂（磷脂酰胆碱21%、磷脂酰乙醇胺20%、磷脂酰肌醇21%及其他磷脂8%）、30%大豆油和1.5–1.7%氮，氮含量主要来源于磷脂酰乙醇胺。卵磷脂中氮的主要来源是磷脂酰乙醇胺（PE），其可参与美拉德反应。

**包封效率**

表1中列出的操作参数（温度、反应时间和转速）对在各种模拟反应性挤出条件（R10–R17）下制备的美拉德反应卵磷脂-葡萄糖基质中包封鱼油的表面油含量和包封效率的影响见表2，相应样品见图2。表面油含量范围为16.9%（R13，100°C，50 rad/s，8 min）至37.4%（R11，140°C，1...）。

**结论**

本研究探讨了模拟反应性挤出条件（包括温度、转速和等温保持时间）对美拉德反应卵磷脂-葡萄糖基质中包封鱼油的包封效率、理化性质和氧化稳定性的影响。在40%的相对较高鱼油负载量下，实现了57.8%的最大包封效率。此外，模拟...

**CRediT作者贡献声明**

Osvaldo Campanella：撰写—审阅与编辑、可视化、验证、监督、项目管理、方法学、调查研究、资金获取、形式分析、数据整理、概念化。Alejandro E. Relling：撰写—审阅与编辑、可视化、验证、方法学、形式分析、数据整理、概念化。Juan Pablo Russi：撰写—审阅与编辑、可视化、验证、方法学、形式分析、数据整理、概念化。Jasper...

**利益冲突声明**

作者声明不存在利益冲突。

**数据可用性**

数据可按请求提供。

**伦理审查**

不适用。本研究不涉及人类受试者或动物。

**资助**

本工作受俄亥俄州立大学食品、农业与环境科学学院Carl E. Hass冠名教授账户（GF 602256）资助。

**竞争利益声明**

? 作者声明，他们不存在可能影响本文报告工作的已知竞争性财务利益或个人关系。

**致谢**

作者感谢Jose Smokowski对样品成像的贡献。

Dila Donmez | Jasper Limon | Juan Pablo Russi | Alejandro E. Relling | Osvaldo H. Campanella