综述：β-环糊精包合物作为超分子载体：食品工业中成熟与新兴的应用

《TRENDS IN FOOD SCIENCE & TECHNOLOGY》：β-Cyclodextrin inclusion complexes as supramolecular carriers: Established and emerging applications in the food industry

　　

摘要

背景：易挥发、疏水性且化学性质不稳定的化合物的稳定化和可控递送仍然是食品配方、保鲜和包装领域的主要挑战。β-环糊精（β-CD）及其选定衍生物是通用的超分子载体，能够形成可逆的主-客体包合物，从而提高溶解度、降低挥发性、增强抗氧化和耐热降解能力，并调节释放。

范围与方法：本综述通过跨尺度分析框架，批判性地评估了β-CD包合物体系，将主-客体识别与包合物稳定性同载体结构、食品基质依赖的释放、产品级功能性和转化约束联系起来。本文不是重新编目录制备方法或单一技术，而是对风味递送、活性包装、食品保鲜和生物活性稳定方面的证据进行比较分析，以识别可迁移的设计关系和方法学局限性。对探索不足的应用领域，包括3D食品打印、发酵、污染物去除和细胞农业，作为证据差距领域而非成熟技术领域单独讨论。

主要发现与结论：β-CD体系可实现接近99%的包埋效率，显著提高敏感化合物的表观溶解度和稳定性，并支持抗氧化、抗菌、控释和延长货架期等功能。近期平台将包合物与纳米纤维、薄膜、气凝胶、纳米海绵、纳米乳液和环糊精基金属-有机框架相结合，实现响应性释放、屏障增强和新鲜度监测。新兴应用包括界面结构化、发酵抑制剂清除、选择性污染物吸附和可食用支架中的递送，但在细胞农业方面的证据仍然因应用而异且有限。本综述应用跨尺度框架，其中主-客体分子相容性决定包合物稳定性，载体结构控制运输和释放，食品基质条件调节这些过程，而它们的相互作用决定产品级性能和转化可行性。

引言

现代食品系统的开发越来越依赖于能够保护化学不稳定化合物同时保持产品质量、安全性、功能性和消费者接受度的技术（Matencio等，2020）。众多生物活性化合物、风味分子、精油、天然抗氧化剂、色素、维生素和抗菌剂展现出相当大的技术潜力；然而，其实际应用经常受到低水溶性、高挥发性、易氧化性、热降解、光降解以及与周围食品基质不可控相互作用等因素的制约（Cid-Samamed等，2022）。这些局限性通常导致功效降低、货架期缩短、感官质量下降和最终产品功能不一致。因此，开发食品级包埋和递送系统以增强化合物稳定性并实现可控释放已成为食品科学与技术领域的主要研究焦点（Ahmadi等，2025）。

食品级包埋平台包括喷雾干燥微胶囊、脂质体、乳液和纳米乳液、蛋白质或多糖基颗粒、水凝胶和电纺基质。这些系统可提供高负载能力、结构保护和可调释放；然而，根据配方不同，可能需要表面活性剂、聚合载体相、有机溶剂、强烈均质化或干燥处理，并且可能改变最终食品产品的粘度、浊度、质地或感官特性（Matencio等，2020）。环糊精与这些平台不同，通过结构定义腔体中的可逆主-客体络合提供分子级包埋，无需对客体分子进行共价修饰或必然形成单独的脂质或多糖载体相。环糊精是通过淀粉的酶促转化产生的环状低聚糖，具有截锥形结构，具有相对疏水的内部腔体和亲水的外部表面（Crini等，2018）。这种结构使适合的疏水性和两亲性分子能够通过疏水相互作用、范德华力、氢键以及某些体系中的静电相互作用形成包合物。对于与腔体尺寸相容的客体分子，络合可以改善水分散性、降低挥发性、增强对环境胁迫的抵抗力，并调节释放，同时对食品基质的整体结构影响相对有限（Morin-Crini等，2021）。这些特性使环糊精成为通用且具有工业相关性的超分子载体，尽管其性能仍取决于客体分子的大小、几何形状、极性和主-客体亲和力（Zhou等，2022）。

在天然存在的环糊精中，β-环糊精（β-CD）因其有利的腔体尺寸、可获得性、成本效益和与众多食品相关化合物的相容性而备受关注。此外，还开发了几种β-CD衍生物，包括羟丙基-β-环糊精（HP-β-CD）、甲基-β-环糊精（M-β-CD）以及其他化学修饰类似物，以克服天然β-CD有限的水溶性同时保持其主-客体络合能力。这些材料扩大了环糊精技术在广泛食品相关系统中的应用范围，包括风味包埋、活性包装、可食性涂层、采后保鲜技术、营养递送系统和生物活性化合物稳定（Astray等，2020；Matencio等，2020；Zhang等，2024）。

近期进展显著扩展了β-CD的角色，使其超越了传统的风味保护剂用途。将β-CD包合物集成到电纺纳米纤维、水凝胶、可生物降解薄膜、可食性涂层、纳米海绵、乳液、脂质体系统和环糊精基金属-有机框架（CD-MOFs）中，已实现了多功能递送平台的发展，具有提高的包埋效率、增强的抗菌和抗氧化性能、可控释放特性和延长货架期功能（Khezerlou等，2025；Saffarionpour & Diosady，2025）。在食品包装应用中，β-CD基体系展现了作为天然防腐剂、精油、多酚和芳香化合物的储库的能力，可实现持续释放同时最大限度地减少不良感官影响。同样，在食品保鲜策略中，β-CD包合物在减少微生物腐败、延迟氧化变质、保持营养质量和延长水果、蔬菜、肉制品和其他高度易腐食品货架期方面显示出相当大的前景（Supaphol & Ngamplang，2026；Vitiello等，2025）。风味和芳香化合物的稳定是另一个快速扩展的研究领域。许多挥发性风味分子具有理想的感官特性，但在食品加工和储存过程中容易迅速蒸发、降解和保留不良（Kfoury等，2019）。通过主-客体络合，β-CD可显著改善风味保留、减少挥发性损失并促进可控释放，从而增强风味持久性和感官性能。对于营养重要的生物活性化合物如类胡萝卜素、多酚、黄酮类化合物、萜类和植物化学物质的稳定也报道了类似优势，这些化合物的功能通常因环境不稳定性和低生物利用度而受损（Qiu等，2023；Xiao等，2021）。

以前的综述已建立了重要的基础，但回答了不同的分析问题。Matencio等（2020）广泛调查了环糊精在食品科学中的应用，Cid-Samamed等（2022）系统回顾了包合物的制备、表征和一般食品应用，更专门的综述则考察了CD-MOFs（Khezerlou等，2025）等个体结构。然而，本综述专门关注β-CD及其选定衍生物，并应用跨尺度结构-功能-应用框架，在该框架中，主客体分子性质决定包合物稳定性，载体结构控制质量运输，食品基质组成调节分配和释放，而这些相互作用最终决定产品级功能性、安全性、可扩展性和商业可行性。在这些层次之间比较定量证据以识别可迁移的设计关系、分子或配方指标无法预测食品性能的条件以及剩余的证据差距。3D打印、发酵、污染物去除和细胞农业根据其证据成熟度作为前瞻性或探索不足领域进行讨论。

章节摘要

结构特征与主-客体识别

β-CD在食品应用中的技术功能源于其独特的超分子结构及其与各种疏水性和两亲性分子形成可逆主-客体包合物的能力。结构上，β-CD由七个α-(1→4)-连接的吡喃葡萄糖单元以环形构型排列组成，产生一个截锥形分子，具有相对疏水的内部腔体和亲水的外部表面。

β-CD制备策略

β-CD包合物在食品应用中的性能受用于组装主-客体结构的制备策略的强烈影响。所选制备方法影响包埋效率、客体负载、颗粒形态、包合物稳定性、释放行为以及与食品基质的相容性。因此，高效且可扩展的制备方法的开发已成为环糊精研究的中心方面，特别是随着食品应用的拓展。

β-CD在食品行业中的应用

以下应用章节将上述跨尺度框架付诸实践。不把风味递送、活性包装、食品保鲜和生物活性稳定视为孤立类别，而是根据分子主-客体相容性和包合物稳定性如何与载体结构、食品基质条件和所需释放谱相互作用来决定产品级性能来进行解释。这一区分很重要，因为相似的β-CD...

环糊精基金属-有机框架（CD-MOFs）

从被动包装向活性包装的转变代表了现代食品保鲜技术中最重大的发展之一。β-CD已成为一种通用的功能性组件，能够实现包括精油、多酚、抗氧化剂和天然抗菌剂在内的广泛生物活性化合物的掺入、保护和可控释放（Matencio等，2020；Zhang等，2024）。

最有前景的方向之一涉及...

水果和蔬菜保鲜

新鲜水果和蔬菜极易受到微生物腐败、水分损失、酶促褐变、氧化降解和生理衰老的影响。尽管精油和天然抗菌化合物作为合成防腐剂的替代品受到了极大关注，但其实际应用经常受到低水溶性、快速挥发和储存期间持久性不足的制约。基于β-环糊精的包合物体系已经出现...

多酚、黄酮类化合物和天然抗氧化剂的稳定

许多食品来源的生物活性化合物由于其对氧、光、水分和高温的敏感性而表现出有限的应用性。多酚、黄酮类化合物和相关抗氧化分子在加工和储存过程中经常发生降解，导致生物活性和功能价值大幅降低（Joolaei Ahranjani, Nodeh等，2026）。β-CD包合物体系提供了一种有效的策略来解决这些局限性，通过...

β-CD在食品系统中的前瞻性和探索不足应用

本部分讨论的应用在证据成熟度方面存在显著差异，并未作为成熟技术领域呈现。3D食品打印和污染物吸附有直接的β-CD相关实验支持，而发酵方面的证据更为有限，与细胞农业的联系仍然主要停留在转化层面。纳入这些领域旨在识别β-CD功能在机制上合理的扩展，并且重要的是，...

安全与法规考量

β-CD系统在食品递送、可食性涂层和活性包装中日益广泛的应用需要在分子和配方两个层面进行安全性评估。天然环糊精是淀粉衍生物，具有已确立的食品相关性；口服摄入后，α-和β-CD在上消化道中仅被部分消化，主要由肠道微生物代谢，而γ-CD更广泛地通过酶促降解，支持其总体有利的安全性能廓和可能的...

结论

β-环糊精包合物已成为解决易挥发、疏水性和化学不稳定食品化合物相关配方挑战的通用超分子平台。通过可逆的主-客体相互作用，β-CD及其衍生物可以改善表观溶解度、降低挥发性、增强抗氧化和耐热降解能力，并调节释放。这些功能支持四个已确立的应用领域：风味递送、活性包装、...

作者贡献声明

Parham Joolaei Ahranjani：形式分析、调查、可视化和撰写——初稿。Shahabaldin Rezania：概念化、数据整理、项目管理、资源。Mahnoush Beygisangchin：数据整理、调查。Hesam Kamyab：方法学、撰写——审阅与编辑。Kamine Dehghan：软件、验证。Giovanna Ferrentino：监督、撰写——审阅与编辑。

未引用参考文献

European Commission, 2018; Gupta等，2025; Hu等，2024; FAO/WHO联合食品添加剂专家委员会，1995; Joolaei Ahranjani等，2026; Joolaei Ahranjani等，2026; Li等，2023; 中华人民共和国国家卫生健康委员会，2024; Siva等，2025; Siva等，2025; U.S. Food and Drug Administration, 2001; Zhang等，2024; Zhang等，2024.

生成式AI和AI辅助技术在写作过程中的声明

在撰写本文期间，作者使用了Grammarly和生成式AI工具来改善文本的可读性、流畅性和清晰度，并协助语言编辑和润色。在使用这些工具后，作者根据需要审阅和编辑了内容，并对已发表文章的内容承担全部责任。

资助

本研究未获得公共、商业或非营利领域资助机构的任何专门资助。

利益冲突声明

作者声明他们没有已知可能影响本文所报告工作的竞争性经济利益。

缩略语列表

ABTS 2,2′-偶氮双(3-乙基苯并噻唑啉-6-磺酸)

ATPD 2-乙酰基-3,5-二甲基吡嗪

BE 白桦脂醇

β-CD β-环糊精

β-CD-MOF β-环糊精基金属-有机框架

CD 环糊精

CD-MOF 环糊精基金属-有机框架

CE 络合效率

CS 壳聚糖

Cur 姜黄素

DEMP 2,3-二乙基-5-甲基吡嗪

DFT 密度泛函理论

DSC 差示扫描量热法

DPPH 2,2-二苯基-1-三硝基苯肼

EE 包埋效率

ELPD 2-乙基-3,5-二甲基吡嗪

FESEM 场发射扫描

Parham Joolaei Ahranjani | Shahabaldin Rezania | Mahnoush Beygisangchin | Hesam Kamyab | Kamine Dehghan | Giovanna Ferrentino

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