蝦青素是一種具有強(qiáng)抗氧化活性的類胡蘿卜素，廣泛存在于海洋生物中，如雨生紅球藻、三文魚、蝦、蟹等。不同來源蝦青素其分子形態(tài)存在差異，按照酯化程度區(qū)分，蝦青素分為游離蝦青素、蝦青素單酯和蝦青素雙酯，雨生紅球藻中蝦青素主要以酯化形式存在。蝦青素因其獨(dú)特的分子結(jié)構(gòu)而具有強(qiáng)抗氧化性，能夠有效清除自由基，保護(hù)細(xì)胞膜和脂質(zhì)免受氧化損傷。微膠囊化是將活性物質(zhì)包埋在壁材中的一種保護(hù)手段，該技術(shù)能夠?qū)⑽r青素包裹在微小的膠囊中，提高其水溶性、穩(wěn)定性和生物利用度，從而提高其利用效率、拓展其在食品領(lǐng)域中的應(yīng)用范圍。

近年來，蝦青素微膠囊化技術(shù)的研究取得了顯著進(jìn)展，多種壁材和制備方法被應(yīng)用于蝦青素微膠囊化。多糖類物質(zhì)因其良好的生物相容性、可生物降解性和豐富的官能團(tuán)，成為微膠囊壁材的理想選擇。褐藻糖膠是一種從褐藻中提取的天然多糖，具有良好的成膜性和水凝膠特性，能夠形成穩(wěn)定的微膠囊結(jié)構(gòu)，有效保護(hù)蝦青素酯免受外界環(huán)境的影響。阿拉伯膠作為一種傳統(tǒng)的食品級(jí)多糖，具有良好的乳化性和穩(wěn)定性能，能夠提高蝦青素酯在水中的分散性和穩(wěn)定性。菊粉是一種天然存在的果聚糖聚合物，其高水溶性、低黏度和形成凝膠狀結(jié)構(gòu)的能力使其成為微膠囊壁材合適的候選者。殼聚糖具有良好的生物黏附性和緩釋性能，用其作為微膠囊壁材可實(shí)現(xiàn)可控和靶向遞送的能力。

青島農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院的李紅光、馬佳華、楊魯*等選取褐藻糖膠、阿拉伯膠、菊粉和殼聚糖4 種多糖作為壁材。通過多糖基質(zhì)微膠囊化技術(shù)制備4 種單一壁材的蝦青素微膠囊，同時(shí)考察其包封率、保留率、穩(wěn)定性以及生物利用度，分析多糖包埋處理后蝦青素的穩(wěn)定性和生物利用度，旨在為蝦青素酯開發(fā)利用提供理論基礎(chǔ)。

01

多糖基蝦青素酯微膠囊表征

含水率是微膠囊產(chǎn)品的重要指標(biāo)之一，過多的水分會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)品結(jié)塊、霉變等不良結(jié)果。由表1可知，本研究制備的4 種不同多糖基質(zhì)的蝦青素酯微膠囊粉末含水率都在2%～5%，符合微膠囊產(chǎn)品控制要求。微膠囊的流動(dòng)性對(duì)產(chǎn)品的實(shí)際應(yīng)用影響顯著，在沖調(diào)時(shí)，要求粉末油脂具有良好的流動(dòng)性以達(dá)到快速溶解的效果。流動(dòng)性不佳的粉末油脂產(chǎn)品容易出現(xiàn)黏結(jié)的情況，影響其在水中分散的效果。流動(dòng)性與粉末油脂顆粒的形狀有關(guān)，形狀越規(guī)則，產(chǎn)品的流動(dòng)性越好。休止角是粉體堆積層的自由斜面在靜止的平衡狀態(tài)下與水平面所成的最大角度，常用于表征微膠囊的流動(dòng)性。休止角低于30°表明微膠囊具有很好的流動(dòng)性；休止角在30°～45°代表具有較好流動(dòng)性；休止角在45°～60°表示流動(dòng)性一般；休止角高于60°表示流動(dòng)性較差。本研究制備的4 種多糖基蝦青素酯微膠囊休止角在35°～45°，表明具有較好的流動(dòng)性。其中，菊粉-蝦青素酯微膠囊休止角最大（44.12°），這可能是由于菊粉吸濕能力比較強(qiáng)，導(dǎo)致產(chǎn)品水分含量偏高以及表面黏度增加，從而降低了流動(dòng)性。此外，包封率是評(píng)價(jià)微膠囊產(chǎn)品包埋效果的重要指標(biāo)，包封率越高壁材對(duì)芯材的包埋效果越好。杜艷瑜等以大黃魚魚卵磷脂為壁材制備的蝦青素微膠囊包埋率高達(dá)90.12%。Fang Rongxi等通過乳液溶劑蒸發(fā)制備了一種蝦青素包封率70.82%的微膠囊，而本研究采用噴霧干燥法制備的阿拉伯膠-蝦青素酯微膠囊包封率高達(dá)（96.64±0.33）%，相比上述兩團(tuán)隊(duì)制備的微膠囊，本研究制備的微膠囊具有最佳蝦青素酯保護(hù)潛力。

微膠囊的微觀結(jié)構(gòu)與其多種宏觀屬性有關(guān)，例如蒸發(fā)速率、壁材物理化學(xué)性質(zhì)。微膠囊囊壁的完整性影響著其對(duì)芯材的保護(hù)能力，微膠囊的形態(tài)也決定著產(chǎn)品的流動(dòng)性。由此可見，觀察蝦青素酯微膠囊產(chǎn)品的表面形態(tài)具有重要意義。由圖1可知，4 種多糖基蝦青素酯微膠囊的粒徑主要分布在5～30 μm，阿拉伯膠-蝦青素酯微膠囊粒徑最大（20～30 μm），其次是殼聚糖-蝦青素酯微膠囊和褐藻糖膠-蝦青素酯微膠囊，菊粉-蝦青素酯微膠囊粒徑最小，分布于2～10 μm，小尺寸顆粒有利于粉末油脂快速溶解，增加在固體飲料產(chǎn)業(yè)中的適用性，但是過小的顆粒尺寸則會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)品流動(dòng)性下降。此外，對(duì)比微膠囊在微觀形態(tài)方面出現(xiàn)的差異，菊粉-蝦青素酯微膠囊囊壁完整，粉末呈球形，表面光滑、無裂紋（圖1A）?？赡苁怯捎诰辗巯鄬?duì)于其他壁材具有較低的黏度和良好的熱穩(wěn)定性，水分蒸發(fā)速率較穩(wěn)定，蒸汽的快速膨脹對(duì)其影響較小。菊粉較好的微觀形態(tài)也有利于提高其流動(dòng)性及避免芯材與外界不良因素的作用。褐藻糖膠-蝦青素酯微膠囊近似球形、且致密，出現(xiàn)輕微的皺褶和凹陷（圖1B），這可能是褐藻糖膠具有較高的黏度和成膜性，導(dǎo)致在乳液噴霧干燥過程中各部位蒸發(fā)速率不同，從而使凝結(jié)效果不一，微膠囊表面形成不同程度的皺褶和凹陷。此外，蒸汽的快速熱膨脹則會(huì)導(dǎo)致孔洞、囊膜破裂或者表面裂紋的形成，如阿拉伯膠-蝦青素酯微膠囊除了表面凹陷程度比較嚴(yán)重，呈不規(guī)則形狀外，還出現(xiàn)了顆粒表面輕微破裂的現(xiàn)象（圖1C），出現(xiàn)這種現(xiàn)象可能是阿拉伯膠其玻璃化轉(zhuǎn)變溫度（

T

g ）較低（約50～60 ℃），在噴霧干燥高溫（進(jìn)風(fēng)160～180 ℃）條件下，壁材軟化，內(nèi)部蒸汽壓力易突破囊壁，導(dǎo)致表面裂紋。如圖1D所示，殼聚糖-蝦青素酯微膠囊中的顆粒存在黏連的情況，這可能是表面油脂較多或者乳液黏度過大導(dǎo)致，雖然這些顆粒之間界限模糊但是囊壁完整且致密度高，幾乎沒有裂紋和破裂現(xiàn)象，所以仍然具有對(duì)芯材的保護(hù)作用。

02

多糖基蝦青素酯微膠囊穩(wěn)定性分析

微膠囊化產(chǎn)品的穩(wěn)定性與很多因素相關(guān)，除了芯材與壁材比例、囊壁厚度、致密度和完整性等內(nèi)在因素外，還與環(huán)境溫度、光照及氣氛等外界因素相關(guān)。在實(shí)際產(chǎn)品應(yīng)用中，光照、氣氛對(duì)蝦青素的不良影響可通過避光包裝、填充惰性氣體解決，蝦青素產(chǎn)品貯存和運(yùn)輸過程中的熱降解是影響其貨架期的主要因素，所以包封壁材對(duì)蝦青素產(chǎn)品儲(chǔ)藏穩(wěn)定性的研究尤為重要。由圖2可知，蝦青素酯對(duì)照樣品保留率在第4天就顯著下降至（12.11±1.11）%，4 種多糖基蝦青素酯微膠囊穩(wěn)定性顯著優(yōu)于未微膠囊化的蝦青素酯。此外，阿拉伯膠-蝦青素酯微膠囊第4天時(shí)保留率僅有（56.23±4.87）%，明顯低于其他3 種多糖基蝦青素酯微膠囊（保留率＞95%）。這可能是由于阿拉伯膠-蝦青素酯微膠囊表面凹陷程度比較嚴(yán)重，并且顆粒出現(xiàn)破裂的現(xiàn)象（圖1C）。貯存時(shí)間為20 d時(shí)，褐藻糖膠-蝦青素酯微膠囊保留率最高，為（86.55±2.12）%；其次是菊粉-蝦青素酯微膠囊，為（66.97±3.86）%；然后是殼聚糖-蝦青素酯微膠囊，為（56.66±3.24）%。它們都明顯高于阿拉伯膠-蝦青素酯微膠囊和未微膠囊化的蝦青素酯。綜上所述，多糖基蝦青素酯微膠囊穩(wěn)定性顯著優(yōu)于未微膠囊化的蝦青素酯。

為了更加準(zhǔn)確地比較4 種多糖壁材對(duì)蝦青素酯穩(wěn)態(tài)化的效果，本研究進(jìn)一步采用Arrhenius方程對(duì)4 種多糖基蝦青素酯微膠囊在不同溫度條件下的降解曲線進(jìn)行擬合，得到蝦青素酯微膠囊在不同溫度條件下降解率和釋放時(shí)間之間的關(guān)系。從表2可以看出，ln G與時(shí)間呈良好的線性關(guān)系（

R

2 ＞0.9） ，且蝦青素酯的熱降解符合一級(jí)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)方程。釋放速率常數(shù)可以反映化學(xué)反應(yīng)快慢，數(shù)值越大表示反應(yīng)越快。由釋放速率常數(shù)可知，不同壁材蝦青素酯微膠囊的速率常數(shù)隨著溫度升高而不同程度地增加，直接導(dǎo)致高溫條件下蝦青素酯的快速降解。褐藻糖膠-蝦青素酯微膠囊活化能最高（74.06 kJ/mol），表明其較難發(fā)生氧化降解反應(yīng)；其次是菊粉-蝦青素酯微膠囊；阿拉伯膠-蝦青素酯微膠囊活化能最低（34.86 kJ/mol），更易于氧化降解。該結(jié)果與4 種多糖基蝦青素酯微膠囊微觀形態(tài)觀察結(jié)果相印證，微膠囊顆粒完整、致密，表明穩(wěn)定性更高；顆粒表面出現(xiàn)嚴(yán)重凹陷或破裂的現(xiàn)象，表明微膠囊保護(hù)效果顯著降低。但是該結(jié)果與4 種多糖基蝦青素酯微膠囊包封率并不完全對(duì)應(yīng)，這是因?yàn)榛罨艹耸馨饴屎臀⒂^形態(tài)影響還受到其他因素的影響，如多糖壁材的化學(xué)組成、分子結(jié)構(gòu)、與蝦青素酯的相互作用等。所以阿拉伯膠-蝦青素酯微膠囊包封率最高，但是熱穩(wěn)定性卻最低。綜上所述，多糖基蝦青素酯微膠囊粉末的微觀形態(tài)比包封率對(duì)蝦青素酯穩(wěn)定性的影響更大。

03

多糖基蝦青素酯微膠囊生物利用度

蝦青素酯微膠囊只有在消化道中適當(dāng)?shù)牟课会尫挪㈨樌鉃橛坞x蝦青素才能進(jìn)一步被吸收進(jìn)入血液循環(huán)系統(tǒng)，到達(dá)各個(gè)器官發(fā)揮其生物學(xué)功能。由圖3可知，小鼠經(jīng)口灌胃4 種多糖基蝦青素酯微膠囊后，血清和肝臟中游離蝦青素的含量呈先上升后下降的趨勢，在灌胃后8 h達(dá)到峰值，24 h后低于檢測限。由圖3a可知，殼聚糖-蝦青素酯微膠囊在灌胃8 h后，血清中蝦青素質(zhì)量濃度達(dá)到峰值 （

max ） ，為（0.93±0.20）μg/mL，在隨后的16 h，蝦青素在血清中的濃度不斷下降。由于血液在動(dòng)物體內(nèi)主要起運(yùn)輸功能，吸收進(jìn)入血液中的游離蝦青素并不能在血液中停留太長時(shí)間，而是被運(yùn)送到各個(gè)組織器官中，所以血液中蝦青素的代謝曲線呈現(xiàn)出先上升后下降的單峰趨勢。雖然蝦青素能夠蓄積在肝臟等組織器官，但是其蓄積限量以及其在各組織器官中的代謝速率都是未知的。如圖3b所示，肝臟中蝦青素含量曲線呈單峰形態(tài)可能是由于前期（0～8 h）蝦青素的蓄積量大于代謝量，含量呈上升趨勢；8～24 h過程中，肝臟中蝦青素的代謝速率開始上升且蝦青素的供應(yīng)量急速下降，最終導(dǎo)致肝臟中蝦青素的含量開始下降，蝦青素濃度曲線呈下降趨勢。當(dāng)24 h時(shí)肝臟中蝦青素基本代謝完全。

蝦青素的生物利用度可以通過計(jì)算其在小鼠體內(nèi)濃度-AUC進(jìn)行表示。如表3所示，灌胃4 種多糖基蝦青素酯微膠囊產(chǎn)品的小鼠AUC都高于蝦青素酯組，說明合理設(shè)計(jì)多糖基質(zhì)對(duì)蝦青素酯代謝有顯著的促進(jìn)作用。其中，灌胃殼聚糖-蝦青素酯微膠囊樣品的小鼠體內(nèi)血清中蝦青素含量最高，AUC為（6.59±0.62）μg·h/mL，是灌胃蝦青素酯對(duì)照樣品的1.94 倍。導(dǎo)致該結(jié)果的主要原因是食品基質(zhì)的不同，蝦青素酯不溶于水，其在體內(nèi)消化吸收時(shí)，需要首先由來自膽囊的膽鹽進(jìn)行乳化，減少其表面張力，才能形成細(xì)小的乳化微粒與體內(nèi)相關(guān)酶反應(yīng)，將蝦青素酯轉(zhuǎn)化為游離蝦青素進(jìn)入血液循環(huán)系統(tǒng)。相比之下，多糖基蝦青素酯微膠囊易溶于水形成小液滴，更容易與體內(nèi)酶系結(jié)合。因此，多糖基蝦青素酯微膠囊能夠顯著提高蝦青素酯的生物利用度。此外，褐藻糖膠-蝦青素酯微膠囊給藥的小鼠肝臟中AUC最高，為（31.53±2.52）μg·h/g，其次為殼聚糖-蝦青素酯微膠囊（（29.64±2.84）μg·h/g），顯著高于菊粉和阿拉伯膠包封的蝦青素酯微膠囊。結(jié)果表明蝦青素酯生物利用度的促進(jìn)效果與微膠囊壁材種類具有相關(guān)性。但是該結(jié)果與包埋率和微膠囊微觀形態(tài)的數(shù)據(jù)趨勢并不完全一致，這可能因?yàn)槲r青素酯微膠囊消化吸收是一個(gè)復(fù)雜的過程，與其在胃腸道中的穩(wěn)定性、控制釋放、腸道滯留時(shí)間、水解率和跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白等因素相關(guān)。

結(jié)論

本研究探討了4 種多糖基質(zhì)蝦青素酯微膠囊微觀形態(tài)、穩(wěn)定性和生物利用度。熱穩(wěn)定性結(jié)果表明，4 種多糖基蝦青素酯微膠囊中褐藻糖膠-蝦青素酯活化能最高，其次是菊粉-蝦青素酯微膠囊。結(jié)合掃描電子顯微鏡結(jié)果可知，多糖基蝦青素酯微膠囊的完整性和壁材致密性比包封率更能表征蝦青素酯微膠囊穩(wěn)定性。蝦青素酯微膠囊壁材完整，趨向于球形更有利于提高蝦青素酯穩(wěn)定性；蝦青素酯微膠囊微觀形態(tài)出現(xiàn)嚴(yán)重褶皺，且伴隨著壁材破裂，蝦青素酯穩(wěn)定性下降。總體而言，微膠囊化的蝦青素酯樣品穩(wěn)定性顯著高于游離蝦青素酯油樣品。小鼠體內(nèi)消化吸收實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，基于多糖基質(zhì)的蝦青素酯微膠囊生物利用度顯著高于蝦青素酯對(duì)照組。4 種多糖基質(zhì)蝦青素酯微膠囊中，褐藻糖膠-蝦青素酯微膠囊和殼聚糖-蝦青素酯微膠囊樣品生物利用度顯著高于另外2 種多糖基蝦青素酯微膠囊，表明褐藻糖膠和殼聚糖基質(zhì)具有高效促進(jìn)蝦青素酯消化吸收的作用。該結(jié)果可為后續(xù)建立復(fù)合食品基質(zhì)體系提供明確的多糖基質(zhì)。

本文《多糖基質(zhì)蝦青素酯微膠囊制備及其穩(wěn)定性和消化吸收特性》來源于《食品科學(xué)》2025年46卷第16期100-106頁，作者：李紅光，馬佳華，畢聰慧，陶裕，徐杰，王林彬，邵廷，楊魯*。DOI：10.7506/spkx1002-6630-20250123-173。點(diǎn)擊下方閱讀原文即可查看文章相關(guān)信息。

實(shí)習(xí)編輯：農(nóng)夢琪；責(zé)任編輯：張睿梅。點(diǎn)擊下方閱讀原文即可查看全文。圖片來源于文章原文及攝圖網(wǎng)