《Gels》：Gummies: From Confectionery to Functional Hydrogel-Based Bioactive Delivery Systems
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软糖已从传统糖果产品演变为能够包埋和释放生物活性化合物的水凝胶基系统。本综述考察了调控其结构和功能的主要配方与技术因素，重点关注亲水胶体（hydrocolloids）的使用、替代甜味体系、分子相互作用、生物活性物质的引入以及新兴技术在其生产中的近期应用。文献检
软糖已从传统糖果产品演变为能够包埋和释放生物活性化合物的水凝胶基系统。本综述考察了调控其结构和功能的主要配方与技术因素，重点关注亲水胶体（hydrocolloids）的使用、替代甜味体系、分子相互作用、生物活性物质的引入以及新兴技术在其生产中的近期应用。文献检索自Scopus、Web of Science、ScienceDirect和Google Scholar数据库，涵盖2005年至2026年8月期间发表的研究。文献表明，亲水胶体类型和甜味剂组成显著影响凝胶形成、水分迁移、氢键、结晶、质构和贮藏稳定性。植物副产物、提取物和海洋来源成分提供了额外的生物活性化合物来源，而微胶囊化（microencapsulation）、纳米胶囊化（nanoencapsulation）、高静水压加工（high-pressure processing, HPP）、冷冻浓缩（cryoconcentration）、超声（ultrasound）和3D打印（3D printing）为增强其保护和释放提供了机遇。然而，生物活性化合物与凝胶基质之间的相互作用可能影响质构、感官接受度、稳定性和生物可及性（bioaccessibility）。因此，开发功能性软糖需要全面理解配方、水凝胶结构、加工条件和生物活性稳定性，以获得具有适宜技术、感官和功能特性的产品。
**1. 引言**
软糖因其令人愉悦的感官特性、柔软的质构、丰富的风味和颜色以及多样化的配方，成为各年龄段消费者中最受欢迎的糖果产品之一。传统上，软糖以亲水胶体作为凝胶剂，结合甜味剂（蔗糖和葡萄糖浆）、食用酸、风味剂和色素进行生产。然而，随着消费者对新颖感官体验和健康导向食品需求的不断增长，这类产品经历了显著演变。软糖柔软的质构、较高的消费者接受度、便捷的剂型以及配方多样性，使其成为包埋健康促进化合物的理想基质。在此背景下，软糖作为基于水凝胶的生物活性化合物递送系统——包括维生素、多酚（polyphenols）、肽、矿物质、益生菌和营养保健品成分——引起了广泛科学关注，增强了其作为具有健康益处的功能性产品的潜力。因此，软糖的开发已从传统的以糖为基础的糖果逐步转向功能性、营养保健甚至药用递送系统。21世纪见证了消费者对食品健康益处的日益关注，导致对生物活性化合物（天然存在于食品、植物和农工副产物中的功能性分子，具有包括抗氧化、抗菌和抗炎在内的有益生物活性）的兴趣不断增长。这一趋势推动了软糖配方领域显著的再工程化进程，通过引入新型成分并应用传统与新兴技术来实现。软糖配方在成分选择方面已大幅多样化，包括替代甜味剂、植物基亲水胶体以及来源于农工副产物的天然生物活性化合物。功能性软糖生产的这些进步促进了该领域的快速扩张，全球市场预计到2030年将超过240亿美元，年增长率达11.8%。尽管取得了这些进展，功能性软糖的开发仍面临与理化稳定性、质构特性、感官接受度和货架期保存相关的重要挑战。本综述聚焦于作为水凝胶基递送系统的功能性软糖，强调成分组成、加工条件与最终产品性能之间的关系。
**2. 软糖基质：亲水胶体的作用**
**2.1 动物基蛋白**
传统软糖通常以大量蔗糖和葡萄糖浆结合凝胶剂配制，其中最常用的是明胶（gelatin）。明胶一般通过胶原蛋白的部分水解获得，胶原蛋白是存在于动物结缔组织（如皮肤、骨骼、肌腱和软骨）中最丰富的结构蛋白。明胶因其优异的凝胶化、稳定、起泡和质构化特性而广泛应用于糖果工业。这些特性受高分子量分布和多肽链长度的强烈影响，而后者取决于加工条件（如提取时间、温度）以及与其他成分（包括糖和多酚）的相互作用。然而，尽管明胶具有技术优势，其在开发更健康的软糖产品中的应用面临两个主要挑战：第一，作为主要来源于猪、牛、鱼和家禽等的动物源成分，它排除了素食和纯素消费者，同时在受宗教饮食要求（如清真和犹太认证）管控的市场中存在限制；第二，明胶表现出热可逆行为，若最终产品暴露于高温环境，基质将发生明显熔化，甚至可能恢复至液态，因此在温暖气候或夏季必须严格控制贮藏条件。
**2.2 植物基多糖**
**2.2.1 果胶**
果胶（pectin）作为一种纯素成分，是一种无毒复合多糖，广泛用于食品和制药工业。其化学结构主要由通过α-(1→4)糖苷键连接的半乳糖醛酸单元组成。基于酯化度，果胶分为高甲氧基果胶（high-methoxyl pectin, HMP）和低甲氧基果胶（low-methoxyl pectin, LMP）。HMP在酸性条件和较高糖浓度下形成凝胶，而LMP通过二价阳离子（尤其是钙离子）的离子交联形成凝胶。与明胶相比，果胶展现出不同的凝胶特性，其制备的软糖弹性较低、咬断感更短，形成独特的感官体验。然而，果胶可能需要更高的糖浓度以达到理想的甜度和风味。可溶性大豆多糖（soluble soybean polysaccharides, SSPS）是来源于大豆的类果胶多糖，因其结构特性和高可溶性膳食纤维含量，作为功能性食品配料日益受到关注。其两亲性以及与蛋白质和其他食品组分相互作用的能力提供了包括乳化、稳定和保水在内的功能性特性。
**2.2.2 淀粉**
淀粉（starch）被公认为最丰富的植物源多糖之一，广泛用作食品工业中的增稠、稳定和结构化剂。其主要由直链淀粉（amylose）和支链淀粉（amylopectin）两种葡萄糖聚合物组成，二者的相对比例影响糊化行为、凝胶形成以及食品的最终质构特性。凝胶特性与糊化过程相关：淀粉颗粒在加热时吸水、膨胀并部分丧失结晶结构，随后在系统冷却时，溶出的聚合物重新组织并形成能够保持水分的三维网络，为水凝胶基质提供结构完整性。在软糖配方中，淀粉作为重要的结构化剂，优化水分保持并改善质构特性。尽管具有优势，淀粉基凝胶通常比明胶产品弹性更低，且在贮藏期间可能易于回生（retrogradation），随时间改变其质构。
**2.2.3 海藻**
海藻是丰富的可再生多糖来源，最重要的海藻源亲水胶体包括琼脂（agar）、海藻酸盐（alginate）和卡拉胶（carrageenan），分别提取自红藻和褐藻。琼脂主要由琼脂糖（agarose）和琼脂果胶（agaropectin）组成，海藻酸盐由β-D-甘露糖醛酸和α-L-古洛糖醛酸组成，卡拉胶则由不同硫酸化程度的硫酸半乳聚糖链构成。基于化学组成和分子排列，这些亲水胶体呈现不同的凝胶机制：琼脂在冷却时形成热可逆凝胶，海藻酸盐通过与二价阳离子（钙）的离子交联形成凝胶，卡拉胶通过与特定离子和多糖链的相互作用形成凝胶。从技术和功能角度看，海藻亲水胶体具有优异的持水能力、热特性、黏度控制和质构改性功能。此外，岩藻依聚糖（fucoidan）和石莼聚糖（ulvan）等天然新兴海藻多糖因其生物活性特性和多样的化学功能而受到日益关注。这些多糖单独凝胶形成能力有限，但可与其他亲水胶体或适当交联剂混合形成多功能生物材料。
**2.2.4 其他亲水胶体**
除上述常规凝胶剂外，其他亲水胶体已成为开发软糖配方的新型可食用聚合物。阿拉伯胶（gum arabic）在糖果工业中用作稳定剂和增稠剂，可防止糖结晶并改善质构特性，同时作为优良的微胶囊化剂保护挥发性和生物活性化合物。瓜尔胶（guar gum）作为有效的增稠剂，有助于改善生物材料基质的质构特性：与琼脂结合时，所得基质展现出增强的弹性和咀嚼性，这归因于涉及瓜尔胶半乳糖侧链的分子间相互作用。刺槐豆胶（locust bean gum）具有增稠、稳定和乳化特性，在低温低浓度下可形成高黏度溶液，与其他多糖结合可改善黏度和凝胶强度。
**3. 甜味体系及其对结构稳定性的影响**
**3.1 常规糖类与替代甜味体系**
甜味剂是影响消费者对软糖接受度的最重要因素之一，因为甜味剂在质构和风味方面发挥着双重技术作用。糖通过作为水结合剂影响水凝胶网络的结构形成和稳定，通过固定水凝胶网络内的自由水分子来降低水分活度，减少室温贮藏期间的脱水收缩（syneresis），并影响玻璃化转变温度（glass transition temperature, T
g）。过量糖消费与活性氧（reactive oxygen species, ROS）产生增加相关，导致代谢综合征、糖尿病、肥胖、癌症、高血压、龋齿和心血管疾病等非传染性疾病风险增加。在此背景下，食品工业正积极寻求替代甜味体系来开发更健康的产品。多元醇（polyols）作为蔗糖替代品受到广泛关注：研究表明多元醇可改变凝胶的胶体性质，通过其亲水性减少与胶体系统相互作用的水量，增加低酰基结冷胶（low-acyl gellan gum）凝胶中有效明胶浓度，从而增强凝胶网络并提高屈服应力。木糖醇（xylitol）因其高甜度、热稳定性、低热量值（2.4 kcal/g）和成本效益而被广泛使用，基于木糖醇的软糖展现出与传统蔗糖软糖相当的理化性质和整体消费者接受度。
**3.2 调控软糖水凝胶系统稳定性的分子相互作用**
**3.2.1 分子相互作用与氢键**
软糖系统中水凝胶的形成主要受非共价分子相互作用（特别是氢键）以及聚合物-聚合物和聚合物-水相互作用的调控。这些相互作用驱动生物聚合物链缔合形成三维网络，为软糖基质提供结构完整性和机械稳定性。羟基、羧基和氨基之间形成的氢键通过促进链缔合和降低分子流动性来稳定水凝胶网络，而聚合物-水相互作用调控水分固定、溶胀行为和凝胶弹性。聚合物-聚合物相互作用决定水凝胶网络的密度和连接性，直接影响硬度、内聚性、咀嚼性和结构抗性。
**3.2.2 葡萄糖浆与葡萄糖当量（DE）的作用**
葡萄糖浆是软糖配方中的主要碳水化合物组分之一，既作为甜味剂，也是调控凝胶形成、质构和贮藏稳定性的关键结构成分。其功能性很大程度上取决于葡萄糖当量（dextrose equivalent, DE），DE反映淀粉水解程度以及葡萄糖、麦芽糖、低聚糖和残余多糖的分子量分布。DE的变化直接影响加工过程中的黏度、水分迁移和聚合物相容性。此外，葡萄糖浆在控制蔗糖结晶和降低水分活度方面发挥重要作用，从而有助于形成均匀的水凝胶网络并延长产品货架期。
**3.2.3 多元醇与水结合**
多元醇（包括山梨糖醇、麦芽糖醇、赤藓糖醇、异麦芽酮糖醇和木糖醇）作为部分或完全蔗糖替代品被广泛引入功能性软糖配方，其多个羟基基团能够与亲水胶体和水分子形成广泛氢键，改变聚合物网络的组织并改善凝胶基质内的水分保持。通过其对水的强亲和力，多元醇可降低水分活度（a
w）并减少自由水流动性，限制水分迁移并可能改善贮藏期间软糖产品的微生物和物理稳定性。此外，多元醇通过影响玻璃化转变温度（T
g）、分子流动性和聚合物增塑来改变水凝胶系统的热行为。
**3.2.4 贮藏期间的分子不稳定性：相分离、脱水收缩和结晶**
软糖水凝胶的结构稳定性高度依赖于亲水胶体、碳水化合物和水之间的分子相容性。聚合物组分之间的热力学不相容性可能诱导相分离，产生富含聚合物和富含糖的区域，破坏三维凝胶网络的连续性并产生机械稳定性降低的非均相微观结构。随着相分离的进展，水凝胶可能变得更容易发生脱水收缩，聚合物链重排促使贮藏期间固定水的逐渐释放。保水能力的降低加速凝胶收缩、增加硬度、降低弹性，损害软糖产品的结构完整性和感官品质。另一主要劣变机制是蔗糖结晶：当过饱和糖系统具有足够的分子流动性以启动成核和晶体生长时即会发生；晶体形成破坏均匀的水凝胶网络，导致起粒、失透、不良质构变化，最终丧失产品品质和货架期。
**3.2.5 对质构和货架期的影响**
综合而言，亲水胶体、碳水化合物、多元醇和水之间建立的分子相互作用决定了软糖水凝胶系统的结构组织和长期稳定性。氢键、聚合物相容性和水分固定之间的平衡调控着连续三维网络的形成，直接影响硬度、弹性、内聚性、回弹性和咀嚼性，同时控制保湿性和抗结构变形能力。从配方角度看，理解这些分子机制为设计具有定制机械性能、改善贮藏稳定性和增强包埋生物活性化合物保护的软糖水凝胶提供了理论基础。
**4. 可持续性与软糖中生物活性物质的引入**
糖果工业日益接受循环经济原则，因为其生产过程允许整合水果副产物（占废弃原料高达35%），这些副产物可提供生物活性化合物和纤维，产出营养价值高且环境影响可能更小的产品。天然防腐剂和抗氧化剂（如迷迭香提取物、绿茶提取物、维生素C和生育酚）可在不使用人工添加剂的情况下延长食品货架期。将草本提取物引入糖果产品可提供包括抗炎活性在内的生物活性效应，从而满足消费者对天然配方的需求。在软糖开发中，富含酚类化合物、类黄酮和抗氧化活性的叶片提取物可能产生苦涩味，降低感官接受度；应用喷雾干燥微胶囊化不仅可掩盖提取物的苦涩味以改善产品接受度，还提供物理屏障，限制生物活性化合物与蛋白质或多糖凝胶网络之间的直接相互作用。这种保护效应有助于保持凝胶结构完整性，改善包埋化合物的稳定性和控释。生物活性化合物的引入直接影响产品的感官特性：例如，红甜菜根提供甜菜苷色素和天然糖类，可用作色素和甜味剂；番石榴可丰富维生素谱并提供有助于凝胶化的果胶以及果实特征香气。
**5. 软糖中的其他功能性添加剂**
花粉因其酚类和类黄酮含量及抗氧化和抗炎活性，已被引入功能性软糖配方。蜂胶乙醇提取物通过恰亚籽黏液与明胶的复合凝聚法进行微胶囊化，实现高酚类保留（15.36 mg没食子酸当量/g）和显著的抗氧化能力（60.10 μmol TE/g）。干绿蜂胶提取物的直接添加可提高软糖抗氧化活性高达465%。含蜂蜜软糖展现出明显的抗菌活性（针对变形链球菌、金黄色葡萄球菌和大肠杆菌）。含蜂蜜和蜂胶的软糖抗氧化能力据报告比商业产品高十倍，经体外消化后保留约40%活性。蜂胶提取物的游离添加可能对软糖质构和感官接受度产生负面影响，增加硬度并产生不良风味，然而微胶囊化和纳米胶囊化均可保持凝胶结构、掩盖苦味并在不损害最终产品感官品质的情况下维持抗氧化功能。
**6. 未来挑战**
**6.1 原料来源**
农工副产物（果皮/废料）的增值化利用、海藻等未充分利用的海洋资源以及鱼皮明胶的生产代表了获取具有功能潜力的生物活性化合物和凝胶剂的增长趋势。未来研究应探索更多植物基来源，特别是果蔬加工副产物（如柑橘皮、葡萄渣、苹果渣、石榴皮、番茄皮和蔬菜叶片），以及利用离子凝胶化技术和发酵等稳定化技术对其进行加工。
**6.2 甜味剂互换**
用多元醇（木糖醇、异麦芽酮糖醇、赤藓糖醇）或天然甜味剂（甜菊糖、蜂蜜）替代蔗糖并结合植物基亲水胶体，可降低血糖反应并改善营养特性，但可能影响软糖质构和消费者接受度。利用甜菜根和龙舌兰等农工副产物获得的糖浆作为软糖配方填充剂具有重要意义，特别是在其组成和功能特性方面。
**6.3 新兴技术**
微胶囊化和纳米胶囊化（使用淀粉或明胶纳米颗粒）已被证明可有效保护生物活性化合物、掩盖不良风味并实现控释。高静水压加工（HPP）推动了对凝胶行为和稳定性（流变学）的研究，例如将HPP应用于魔芋葡甘聚糖多糖以优化凝胶和色素保留。3D打印技术是功能性软糖开发的关键技术，能够实现生物活性化合物和药物的引入与控释、改善感官接受度并基于消费者需求调整质构；添加桃胶多糖（peach gum polysaccharide, PGP）至明胶凝胶可提高表观黏度和热稳定性，打印精度超过90%，经胃肠消化后姜黄素保留率达80%。在医学领域，3D打印半固态挤出（semi-solid extrusion, SSE）技术用于制备含异烟肼和吡哆醇的双效软糖，30分钟内释放率达80%，冷藏稳定性达30天。冷冻浓缩（cryoconcentration）作为新兴技术，可在低温下操作以保留花青素和多酚，浓缩倍数可达鲜样的五倍，掺入商业水凝胶的提取物已展示长达21天的稳定性。
**6.4 稳定性**
软糖质构和稳定性的主要挑战在于平衡功能性与感官品质；生物活性化合物的引入或糖被多元醇替代可能改变聚合物网络。未来开发聚焦于设计采用双亲水胶体系统（如明胶与杂化卡拉胶或琼脂与刺槐豆胶）的基质，以调控硬度和弹性并缓解脱水收缩问题。生物活性物质的微胶囊化是避免与基质不良相互作用的关键策略，而大振幅振荡剪切（large-amplitude oscillatory shear, LAOS）测试等先进流变学表征技术的实施将有助于更深入理解口感、质构感知和风味释放。
**6.5 生物可及性**
在生物可及性领域，主要挑战在于消化后生物活性化合物回收率低以及提取物与凝胶基质之间的不良相互作用。已有研究报告含黑加仑果渣提取物的软糖中花青素生物可及性不足17%，橙皮多酚在软糖中的回收率低于添加提取物的45%，这归因于可能的热降解或与明胶蛋白的结合。功能性软糖对肠道微生物群的影响也值得关注：长期食用富含叶黄素的软糖增加了厚壁菌门/拟杆菌门比值（与肥胖相关的生物标志物）。未来展望聚焦于优化凝胶基质以增加疏水性化合物的释放并保护益生菌，通过冷冻干燥浓缩提取物以在不损害质构的情况下提高生物活性物质含量，并评估长期代谢影响。
**7. 结论**
软糖已从传统糖果产品演变为用于包埋和递送生物活性化合物的水凝胶基系统。其最终特性取决于亲水胶体、甜味剂、水和功能性成分之间的相互作用，这些相互作用决定了结构、质构、稳定性和生物活性化合物的保留。替代甜味剂、植物材料和农工副产物的使用，结合新兴加工技术，提供了机遇但也带来了需要应对的挑战，以改善软糖的营养和功能特性。感官接受度、结构稳定性和生物可及性仍是功能性软糖开发中的关键挑战。当前趋势主要由消费者对低糖、天然、可持续和功能性产品的需求驱动，以及水凝胶和控释技术的进步所推动。因此，需要食品工程研究来确定软糖的稳定性、货架期和感官接受度，同时需要与医疗保健专业人员开展跨学科研究，以更好地理解基质与生物活性化合物之间的相互作用及其对生物可及性和生物利用度的影响。所提出的软糖开发和创新新兴技术应进一步验证和放大，整合技术、感官、营养和生物学证据，以支持具有确证健康益处和适当监管支持的功能性软糖开发。
**8. 材料与方法**
本研究采用结构化叙述性综述方法。叙述性方法因其涵盖异质性和跨学科文献而被选用，涉及功能性软糖、水凝胶基食品系统、天然聚合物、甜味剂、生物活性化合物、递送系统、食品加工和健康促进特性等相关主题。综述由四个预设问题指导，涉及水凝胶形成材料、甜味剂和配方的技术作用、生物活性化合物的引入与稳定，以及新兴技术方法。文献检索在PubMed、Scopus、Web of Science、SpringerLink、ScienceDirect和Google Scholar等主要科学数据库中进行，检索策略结合了软糖系统、水凝胶与食品级聚合物、生物活性化合物与功能特性、递送与新兴技术等概念域的相关术语。检索覆盖2005年1月至2026年8月发表的出版物，优先纳入英文文献。初检共获得283条记录，去重20条后对263条记录进行标题和摘要筛选，随后对223篇全文出版物进行合格性评估，排除16篇，最终207篇出版物纳入叙述性综合。
