柑橘精油包封对储存过程中牛奶基质中抗氧化能力及细菌生长的影响

《Journal of the Science of Food and Agriculture》：The effect of citrus essential oil encapsulation on antioxidant capacity and bacterial growth in a milk matrix during storage

　　本研究通过包埋柑橘精油于zein颗粒中，探讨其缓释特性对抗氧化和抗菌活性的影响。结果表明，钙磷涂层和果胶凝胶网络包埋的精油颗粒在牛奶中释放更慢，减少与脂质、蛋白质的相互作用，从而提高抗氧化和抑制细菌增殖的效果。

　　本研究聚焦于食品中生物活性物质功能提升的技术探索，特别关注柑橘精油（Citrus Essential Oil, CEO）在乳制品中的应用。CEO是一种由柑橘果皮提取的挥发性混合物，主要由具有疏水特性的萜烯类化合物组成，这些成分不仅赋予食品愉悦的香气，还具有抗氧化、抗菌和抗炎等多重功能。然而，CEO的高疏水性和易挥发性使其在水性食品体系中面临诸多挑战，例如与食品成分的不良相互作用、易降解以及难以均匀分散等问题，从而限制了其实际应用效果。为了解决这些问题，研究团队采用了微胶囊技术，将CEO封装在玉米醇溶蛋白（Zein）颗粒中，并通过不同包覆材料控制其释放速率，以评估这种封装方式对CEO在食品体系中功能表现的影响。

研究中，研究人员设计了两种CEO微胶囊：一种是快速释放型（CEO/ZPs），另一种是缓慢释放型（CaP-AlgGel-CEO/ZPs）。后者通过在玉米醇溶蛋白颗粒表面包覆钙磷酸盐和海藻酸盐凝胶层，形成了一种多层结构，从而有效延缓CEO的释放过程。这种设计的核心在于通过物理屏障保护CEO免受食品成分的干扰，同时确保其在食品体系中能够持续发挥作用。研究者进一步将这些微胶囊添加到不同脂肪含量的牛奶（脱脂牛奶和全脂牛奶）以及纯水中，观察其在不同食品基质中的释放行为、溶解情况以及功能表现。

在释放动力学方面，研究发现CEO在牛奶基质中的释放速度显著快于在水中的释放速度。这可能与牛奶中丰富的疏水性成分（如脂肪颗粒和蛋白质）有关，这些成分能够促进CEO的溶解，从而加快其从微胶囊中释放。相比之下，CaP-AlgGel-CEO/ZPs在所有基质中均表现出较慢的释放速率，这使得其在维持CEO功能方面更具优势。研究者采用三种释放模型（Korsmeyer–Peppas模型、一级动力学模型和Higuchi模型）对CEO的释放行为进行了分析，其中Korsmeyer–Peppas模型和一级动力学模型的拟合度较高，而Higuchi模型的拟合效果较差。通过这些模型，研究团队进一步明确了CEO释放机制与食品基质性质之间的关系，例如脂肪含量、蛋白质结构和基质的极性匹配等因素对CEO释放速率的影响。

在功能评估方面，研究者重点考察了CEO及其微胶囊在食品基质中的抗氧化能力和抗菌效果。对于抗氧化活性的评估，采用了DPPH（1,1-二苯基-2-三硝基苯肼）自由基清除实验。结果显示，自由CEO在纯水中几乎无法表现出DPPH清除活性，而CEO微胶囊，尤其是缓慢释放型CaP-AlgGel-CEO/ZPs，在整个储存过程中均显示出显著的抗氧化效果。这表明，CEO的封装不仅有助于其在水性基质中的稳定性，还能够通过与食品成分的相互作用，提高其在复杂食品体系中的活性表现。相比之下，快速释放型CEO/ZPs和Alg-CEO/ZPs在储存初期表现出较高的抗氧化能力，但随着时间推移，其效果迅速下降，这可能与其快速释放导致CEO被基质中的成分迅速消耗有关。

在抗菌效果方面，研究者通过菌落计数法评估了CEO及其微胶囊对食品基质中细菌的抑制作用。结果显示，在纯水中，自由CEO能够有效抑制细菌生长，而CEO微胶囊由于其释放速率较快，反而在一定程度上促进了细菌繁殖，这可能是因为微胶囊本身提供了部分营养物质。然而，在牛奶基质中，尤其是全脂牛奶，缓慢释放型CaP-AlgGel-CEO/ZPs表现出更强的抗菌能力。这种差异主要归因于CEO在牛奶中的释放速率较低，从而能够更长时间地保持其抗菌活性，同时避免被基质中的成分迅速中和或消耗。此外，牛奶中的蛋白质和脂肪成分可能通过形成稳定的胶体结构，促进CEO的分散，从而提高其与细菌细胞膜的接触效率，增强抗菌效果。

研究还通过主成分分析（PCA）对CEO微胶囊在不同基质中的表现进行了系统性分析。PCA结果显示，基质类型对CEO微胶囊的抗氧化能力有显著影响，而储存时间则主要影响其抗菌效果。这一发现进一步强调了食品基质复杂性对CEO功能表现的重要性。例如，全脂牛奶由于含有更多的脂肪成分，能够提供更多的疏水性环境，促进CEO的溶解和释放，从而增强其功能表现。而脱脂牛奶由于脂肪含量较低，其对CEO的溶剂化能力相对较弱，导致CEO的释放速度较慢，从而影响其功能发挥。

此外，研究团队还探讨了CEO在不同基质中的分布情况。通过实验发现，CEO在牛奶中的溶解度显著高于在水中的溶解度，这可能与牛奶中丰富的疏水性成分有关。然而，这种高溶解度并不一定意味着CEO能够充分发挥其功能，因为部分CEO可能被基质中的成分结合或固定，从而降低了其与自由基或细菌的接触机会。相比之下，缓慢释放型微胶囊能够有效维持CEO在基质中的浓度，减少其与食品成分的直接相互作用，从而保留其功能特性。这一现象在脱脂牛奶中尤为明显，其中CaP-AlgGel-CEO/ZPs的微胶囊在储存期间表现出较低的CEO溶解度，说明其释放速率的控制对维持CEO功能具有关键作用。

本研究的结果表明，通过合理设计微胶囊结构，可以显著提升CEO在食品基质中的功能表现。特别是缓慢释放型微胶囊，不仅能够有效延长CEO的释放时间，还能减少其与食品成分的不良相互作用，从而在不同食品基质中发挥更持久的抗氧化和抗菌效果。此外，研究还指出，食品基质的复杂性是影响CEO功能发挥的重要因素，因此在实际应用中，应根据不同的食品体系选择合适的微胶囊类型和释放速率。例如，在脂肪含量较高的食品基质中，缓慢释放型微胶囊能够更好地维持CEO的活性，而在脂肪含量较低的基质中，可能需要通过其他方式增强CEO的分散性和稳定性。

研究团队进一步讨论了CEO微胶囊在食品体系中的应用潜力。由于CEO的疏水性和易挥发性，传统的直接添加方式容易导致其在储存过程中迅速流失，影响其功能效果。而通过微胶囊技术，不仅可以提高CEO的稳定性，还能通过控制释放速率，使其在食品体系中更均匀地分布，从而更有效地发挥其抗氧化和抗菌功能。这种技术在食品保鲜、风味提升以及营养强化等方面具有广泛的应用前景。例如，在乳制品中，CEO微胶囊能够有效抑制细菌生长，延长产品的保质期，同时保留其天然香气和营养成分。

此外，研究还指出，尽管CEO具有良好的抗菌活性，但在实际食品体系中，其功能可能受到基质成分的干扰。例如，牛奶中的蛋白质和脂肪成分可能通过吸附或包裹作用，减少CEO与细菌的直接接触，从而降低其抗菌效果。因此，通过微胶囊技术将CEO包裹在玉米醇溶蛋白颗粒中，并进一步通过钙磷酸盐和海藻酸盐层进行包覆，能够有效缓解这种干扰，使CEO在食品基质中保持更高的活性水平。这一发现对于开发新型食品添加剂具有重要意义，尤其是在需要长期保持功能活性的食品体系中。

从应用角度来看，本研究为食品工业提供了一种可行的解决方案，即通过微胶囊技术改善CEO在食品基质中的分布和功能表现。这种技术不仅能够提高CEO的稳定性，还能通过调控其释放速率，使其在特定时间点或特定条件下释放，从而更高效地发挥其功能。例如，在乳制品中，缓慢释放型CEO微胶囊能够在储存过程中持续释放CEO，使其更长时间地保持抗菌和抗氧化能力。而快速释放型微胶囊虽然在初期能够快速发挥功能，但随着时间推移，其效果可能迅速下降，导致食品品质的波动。

本研究的结论强调了封装技术在食品体系中保护生物活性物质功能的重要作用。通过合理设计微胶囊的结构和释放机制，可以有效避免CEO与食品成分的不良相互作用，提高其在复杂食品基质中的可用性和稳定性。同时，研究还指出，CEO的功能表现不仅取决于其释放速率，还受到食品基质类型和储存时间的影响。因此，在实际应用中，需要综合考虑这些因素，以优化CEO微胶囊的性能，确保其在食品体系中的长期有效性。

本研究的意义不仅在于揭示了CEO在食品基质中的行为机制，还为食品工业中生物活性物质的应用提供了新的思路。通过封装技术，可以有效提升CEO的稳定性，使其在食品加工和储存过程中保持更高的活性，从而满足食品保鲜和功能强化的需求。此外，该研究也为其他生物活性物质在食品体系中的应用提供了参考，表明通过合理设计封装材料和释放机制，可以显著提高这些物质的功能表现。

综上所述，本研究通过对CEO微胶囊在不同食品基质中的释放行为和功能表现的系统分析，揭示了封装技术在提升生物活性物质功能方面的潜力。缓慢释放型微胶囊在保持CEO活性方面表现出显著优势，尤其是在脂肪含量较高的食品基质中。这些发现不仅为食品工业提供了新的技术手段，也为食品科学领域进一步探索生物活性物质在复杂食品体系中的应用奠定了基础。未来的研究可以进一步探讨不同封装材料对CEO功能的影响，以及如何通过优化封装策略，提高CEO在不同食品体系中的适用性。