基于蛋白质的墙体材料，用于将鱼油微囊化，以作为EPA和DHA的来源

《Food and Bioproducts Processing》：Protein-based wall materials to microencapsulate fish oil as source of EPA and DHA

　　开发高度稳定、高效且生物可及性好的鱼油微胶囊，评估植物和动物来源蛋白基壁材料（如豌豆蛋白、大豆蛋白、钙caseinate及酶改性caseinate）及其酶处理的影响。结果表明钙caseinate结合转谷氨酰胺酶处理（TGASA）在微胶囊效率（90.5%）、氧化稳定性（MDA值最低）和肠道释放（32.5% EPA、24.4% DHA）方面最优，植物蛋白因颜色变化和低生物可及性表现较差，动物蛋白因结构致密性更利于保护脂质。

　　本研究聚焦于开发一种高度稳定、高效且生物可利用性的微胶囊，用于封装富含二十碳五烯酸（EPA）和二十二碳六烯酸（DHA）的鱼油。通过评估不同植物和动物来源的蛋白质基壁材料（包括未经酶处理和经酶处理的蛋白质），研究者探索了这些材料对微胶囊性能的影响。实验中采用喷雾干燥技术将乳化液转化为微胶囊粉末，并对最终产品进行了多项质量参数的评估，包括微胶囊收率、含水量、水分活度、仪器颜色、溶解指数、堆密度、压实密度、卡罗指数和豪斯纳比等。同时，还分析了微胶囊的总油含量、表面油含量、微胶囊效率、脂肪酸组成、氧化稳定性、形态学特征、粒径分布以及体外消化过程中EPA和DHA的释放情况。最终，研究结果表明，钙源酪蛋白（CAS）是鱼油微胶囊封装的最优选择，尤其是在微胶囊效率、氧化稳定性和肠道释放方面表现突出。

### 研究背景与意义

长链ω-3脂肪酸，特别是EPA和DHA，因其在预防心血管疾病、神经退行性疾病以及某些癌症（如结直肠癌和乳腺癌）中的重要作用，已成为营养学和食品科学领域的重要研究对象。然而，这些脂肪酸在天然食品中的摄入量往往不足，难以达到健康机构推荐的每日摄入量（约每人250毫克）。因此，通过添加鱼油或其乳化形式到食品中，成为提升ω-3脂肪酸摄入的一种常见策略。然而，这种方法存在诸多挑战，因为ω-3脂肪酸具有较高的氧化敏感性，其多个双键结构使其容易受到光照、热量和氧气的影响，从而导致风味和气味的劣化，如酸败和鱼腥味。此外，微胶囊技术为解决这些问题提供了一种有效的手段，通过形成保护屏障，减少外界因素对活性成分的暴露，同时实现控制释放和提高特定部位的吸收效率。

微胶囊技术中，喷雾干燥法因其操作简便、快速且适用于大规模连续生产，成为一种广泛应用的方法。该技术的基本过程是将液态乳化液转化为固态微胶囊，过程中，乳化方法和所选材料对最终微胶囊的性能具有重要影响。传统上，采用旋转-定子系统来降低表面张力，防止颗粒聚集，有时还会结合高压均质化以增强乳化液的稳定性并改善微胶囊的特性。在一些研究中，谷物糊精和乳清蛋白（无论是纯蛋白还是浓缩蛋白）被广泛用于鱼油微胶囊的封装，但近年来，研究者开始关注一些非传统的蛋白质基壁材料，特别是动物和植物来源的蛋白质，因其在乳化和封装过程中具有双重功能。

植物来源的蛋白质，如豌豆蛋白（PP）和大豆蛋白（SP），因其含有亲脂性和亲水性基团，能够有效促进油水界面的形成。这些蛋白质还与人类营养和健康密切相关，例如降低胆固醇水平、预防癌症和糖尿病等。相比之下，动物来源的蛋白质，如酪蛋白，虽然研究较少，但因其黏度、溶解性和乳化能力，展现出良好的封装潜力。此外，通过引入转谷氨酰胺酶（TGASA），可以催化蛋白质内部和外部的异肽键，从而形成更紧密和稳定的壁结构，提高微胶囊的稳定性和封装效率。

### 实验设计与方法

本研究采用鱼油作为核心材料，结合不同蛋白质基壁材料（PP、SP、CAS和TGASA）进行微胶囊的制备。实验共分为四个批次，每个批次的微胶囊均进行了三次制备，并在三次重复实验中进行分析。乳化液的制备过程包括将蛋白质溶解在蒸馏水中或缓冲液中，随后加入鱼油并进行高速混合，最终通过高压均质化处理以获得稳定的乳化液。对于TGASA批次，转谷氨酰胺酶在高压均质化后加入，并在水浴中进行反应以促进蛋白质交联，随后在高温下失活。

喷雾干燥过程在实验室规模的喷雾干燥机中进行，使用0.5毫米的喷嘴，保持室温搅拌，设定进风口温度为180℃，出风口温度在110-120℃之间。最终获得的微胶囊粉末被用于后续的性能评估。研究者通过一系列实验方法，如总油含量测定、表面油含量分析、微胶囊效率计算、脂肪酸定量、氧化稳定性测试、形态学分析（扫描电子显微镜）、粒径分布分析以及体外消化实验，全面评估了不同蛋白质基壁材料对微胶囊性能的影响。

### 实验结果与分析

实验结果表明，不同蛋白质基壁材料对微胶囊的多种质量参数产生了显著影响。在微胶囊收率方面，豌豆蛋白（PP）表现出最佳的性能，其收率高达81.48%±9.35%，其次是钙源酪蛋白（CAS）和TGASA（分别为57.12%±11.19%和55.49%±15.97%），而大豆蛋白（SP）的收率最低（45.35%±9.48%）。这一结果表明，PP在喷雾干燥过程中具有更高的效率，可能与其结构特性有关。

在含水量方面，所有微胶囊的含水量均低于4%，符合食品粉末的标准要求，确保了其长期微生物稳定性。然而，不同蛋白质基壁材料对水分活度的影响较为显著，其中TGASA的水分活度最高（0.25±0.05），而PP的水分活度最低（0.18±0.02）。水分活度的高低直接影响微胶囊的稳定性，较高的水分活度可能增加氧化风险，因此TGASA的水分活度虽然在实验范围内，但仍需进一步优化以确保长期保存。

在颜色参数方面，不同蛋白质基壁材料对微胶囊的色泽产生了明显影响。PP和SP的L值（亮度）较低，而CAS和TGASA的L值较高，表明它们具有更高的亮度。此外，PP和TGASA的a*值（红绿坐标）较低，而CAS和SP的a*值较高，表明它们呈现更明显的黄色。b*值（黄蓝坐标）方面，SP表现出最高的值（8.34±0.09），而TGASA和CAS的b*值较低，说明它们的颜色变化更少。这种颜色差异可能与蛋白质的天然色泽有关，PP和SP因含有较多的棕色成分，因此在微胶囊中表现出更深的颜色。

在溶解指数方面，PP表现出最高的溶解性（2.71±0.07 ODmax/min/mg），而CAS和SP的溶解指数较低（分别为0.09±0.01和0.08±0.01）。这表明PP在水中的溶解能力更强，而CAS和SP则更适用于高水分含量的食品体系，以提高封装材料的稳定性。在流动性能方面，PP表现出较差的流动性（卡罗指数为42.48±4.64，豪斯纳比为1.75±0.14），而CAS的流动性最佳（卡罗指数为23.87±1.42，豪斯纳比为1.31±0.02）。这表明CAS在食品加工中具有更高的适用性，特别是在需要良好流动性的应用中。

在总油含量方面，PP的总油含量最高（18.84%±1.40），其次是TGASA（16.74%±0.83）和CAS（15.87%±2.38），而SP的总油含量最低（13.01%±0.64）。这表明PP和TGASA在封装鱼油时能够提供更高的油含量，而SP则由于其较低的封装效率，导致总油含量较低。在表面油含量方面，SP表现出最高的表面油含量（6.85%±0.78），而TGASA的表面油含量最低（1.58%±0.44）。表面油含量的高低直接影响微胶囊的氧化稳定性，因此TGASA在这一方面表现更优。

微胶囊效率方面，TGASA表现出最高的效率（90.50%±5.67），其次是PP（74.67%±4.40）和CAS（74.03%±3.61），而SP的效率最低（32.48%±5.37）。这一结果表明，TGASA通过蛋白质交联作用，显著提高了微胶囊的封装效率。此外，PP和SP的表面油含量较高，可能影响其封装效率，而CAS的结构特性使其在封装过程中表现出更高的效率。

在脂肪酸定量方面，所有微胶囊均含有较高水平的EPA和DHA，其中PP和SP的EPA含量较高，而CAS和TGASA的DHA含量较高。在体外消化实验中，植物蛋白微胶囊在口腔阶段表现出更高的释放率，而动物蛋白微胶囊则在肠道阶段表现出更好的释放性能。这表明，动物蛋白基壁材料能够更好地保护ω-3脂肪酸在胃部环境中，使其在肠道中释放并被吸收。

在氧化稳定性方面，所有微胶囊的TBARs值（过氧化物含量）均较低，表明其在封装过程中具有一定的抗氧化能力。然而，SP的TBARs值最高（153.58±30.15 mg MDA/kg油），这可能与其较高的表面油含量有关，而PP和TGASA的TBARs值较低，表明其在氧化保护方面更优。尽管如此，所有微胶囊的氧化稳定性仍存在一定的不足，可能需要进一步优化配方或添加抗氧化剂以提高其长期稳定性。

在形态学分析中，不同蛋白质基壁材料对微胶囊的形态产生了显著影响。PP和SP微胶囊呈现球形结构，而CAS和TGASA微胶囊则呈现出更不规则的形态。扫描电子显微镜（SEM）图像显示，TGASA微胶囊的形态更接近卵形，这可能与其交联结构有关，有助于提高其保护性能。此外，PP和SP微胶囊表面出现凹陷，这可能是由于乳化液在喷雾干燥过程中水分蒸发速度较快所致。

在粒径分布方面，SP和TGASA微胶囊表现出单峰分布，而PP和CAS微胶囊则呈现多峰分布。粒径的大小对微胶囊的流动性和稳定性具有重要影响，较大的粒径通常意味着较差的流动性，而较小的粒径则有助于提高微胶囊的稳定性和分散性。CAS微胶囊的粒径最大（56.06μm），但其流动性能最佳，表明其结构可能在平衡粒径和流动性方面具有优势。

### 结论与展望

本研究的结论表明，钙源酪蛋白（CAS）和转谷氨酰胺酶处理的酪蛋白（TGASA）在微胶囊封装中表现出最佳的性能，特别是在微胶囊效率、氧化稳定性和肠道释放方面。相比之下，植物蛋白基壁材料（如PP和SP）虽然在某些参数上表现良好，但在整体性能上仍存在不足。CAS不仅在微胶囊效率上表现出色，还具备良好的流动性和溶胀性，使其成为食品工业中更理想的封装材料。

然而，研究中也发现，所有微胶囊的生物可利用性仍然较低，这可能与较高的壁材料比例、特定的蛋白质结构或消化条件有关。因此，未来的研究应进一步优化配方参数和消化条件，例如调整蛋白质与鱼油的比例、改进乳化方法或引入抗氧化剂，以提高微胶囊的生物可利用性和稳定性。此外，体外消化实验的结果表明，动物蛋白基壁材料能够更好地保护ω-3脂肪酸在胃部环境中，使其在肠道中释放并被吸收，这对于其健康效益的实现至关重要。

本研究为鱼油微胶囊的开发提供了新的思路，特别是在利用不同蛋白质基壁材料的特性进行优化。虽然之前的研究主要关注传统的壁材料，如谷物糊精，但本研究拓展了蛋白质基壁材料的应用范围，为食品工业提供了更多选择。未来，研究者可以进一步探索其他蛋白质基壁材料的潜力，结合抗氧化剂和酶处理技术，开发出更高效、更稳定的微胶囊，以满足市场需求并提升健康效益。