凝膠珠是一類由凝膠材料（天然或合成材料）制備的具有三維網絡結構的微小球狀結構膠體，其內部的網絡結構能夠包封和保護活性成分，如營養(yǎng)物質、功能性添加劑和微生物等。凝膠珠在食品領域中具有廣泛應用，尤其在活性成分的穩(wěn)定化、靶向釋放和功能食品開發(fā)等方面展現出極大的應用潛力。

此外，凝膠珠包封有助于提升食品的感官品質和加工適應性，使其適用于食品的多種類型，既能改善食品質構和口感，又能掩蓋營養(yǎng)強化成分的風味缺陷，同時不影響食品的整體感官特性。在功能性食品的創(chuàng)新開發(fā)方面，凝膠珠在包封Omega-3脂肪酸和益生菌等活性成分方面表現出顯著優(yōu)勢。凝膠珠的三維網絡結構不僅能有效提高這些敏感成分的穩(wěn)定性，還可降低加工、運輸和貯藏過程的經濟成本。因此，凝膠珠技術的應用不僅促進了營養(yǎng)成分的優(yōu)化遞送，也為功能性食品的創(chuàng)新開辟了新方向。

華南農業(yè)大學食品學院的陳帥、肖杰*，仙樂健康科技股份有限公司的方素瓊*等總結凝膠珠技術在食品領域中的研究與現狀，重點討論其制備方法、基材選擇、功能特性以及在食品領域的應用。同時，總結凝膠珠對食品的穩(wěn)定性、營養(yǎng)輸送及功能性改善的作用，探討其在未來食品開發(fā)中的潛力和挑戰(zhàn)，旨在為凝膠珠技術在功能食品的創(chuàng)新與開發(fā)提供參考。

01

凝膠珠的制備技術

凝膠珠的制備通常包括顆粒的形成及交聯(lián)固化兩個主要步，合適的材料組成設計及制備技術是凝膠珠控制性制備的關鍵（圖1）。傳統(tǒng)技術如乳化、離子交聯(lián)和凝聚法，以其操作簡便和制備高效的特點，廣泛應用于食品和生物活性物質的包封。此外，靜電噴霧與微流控等先進制備技術的應用有助于凝膠珠的尺寸均一、結構精準性及功能化設計。

1.1 傳統(tǒng)技術

1.1.1 乳化

乳化技術是制備凝膠珠的重要方法，通過將兩種不相溶的液體（如油-水或水-油）在乳化劑或機械剪切作用下形成微小乳液滴，經過固化、清洗和收集等步驟，最終得到穩(wěn)定的凝膠珠。如乳液模板法通過液滴模板的組裝機制實現微米級（50～500 μm）孔隙結構的調控；雙乳液法（W/O/W或O/W/O）利用水-油-水或油-水-油多重界面屏障，構建脂溶性與水溶性活性成分的分級負載體系；而乳液凝膠法則通過界面化學交聯(lián)構建具有高機械強度的三維網絡結構，顯著提升凝膠珠在胃腸遞送過程中的結構完整性。楊曦等結合乳化技術和離子固化，調控攪拌速率和鈣離子濃度，成功制備了幾微米到幾百微米的海藻酸鈉凝膠球。此外，研究表明，蛋白基的壁材對沙棘油的封裝效率高于多糖基壁材（包埋率：蛋白基＞80%，多糖基＜60%），但多糖基制劑具有更好的球形度。類似地，在對黃皮提取物的包封研究中，豌豆蛋白-麥芽糊精的包封率最高（84%），且具有低水分含量和低吸濕性。Wang Ziyou等通過乳化技術制備了負載牛至精油（OEO）的明膠/角叉菜膠的凝膠珠用于番茄保鮮，發(fā)現微膠囊凝膠珠包封的OEO具有緩慢釋放特性（釋放時間持續(xù)80 h以上）。

1.1.2 離子交聯(lián)

離子交聯(lián)法是一種制備凝膠珠的經典方法，它利用多聚電解質材料與多價離子交聯(lián)劑之間的靜電相互作用形成穩(wěn)定的三維網絡結構。例如，海藻酸鈉中的羧基（—COO-）與多價陽離子（Ca2+、Fe3+）通過靜電相互作用組裝成三維網絡結構，形成“雞蛋盒模型”結構的凝膠珠。果膠也可與鈣離子反應制備凝膠珠。Reichembach等通過鈣離子和三聚磷酸鈉的交聯(lián)制備了果膠凝膠珠和果膠-CS凝膠用于包封咖啡精油，發(fā)現果膠-CS凝膠珠具有良好的機械性能和抗消化性。離子交聯(lián)技術因其簡單高效、過程溫和，已成為產業(yè)化生產的重要方法。

1.1.3 凝聚

凝聚技術是一種通過誘導相分離或化學反應快速形成三維交聯(lián)凝膠珠的方法。Yang Liying等利用凝聚技術制備了負載OEO的明膠-阿拉伯膠微囊，有效延長草莓的保質期（長達7 d）并提高草莓VC含量（比對照組高出約1.5 倍）。凝聚技術還可通過溶劑交換或沉淀的方式制備凝膠珠，如Wang Tao等通過溶劑交換-揮發(fā)法制備了包封次氯酸鈉的聚乳酸（polylactic acid，PLA）和聚乙烯醇（polyvinyl alcohol，PVA）基凝膠珠，用于番茄的保鮮。此外，pH值誘導也是凝聚技術的常用方法，其原理是基于pH值變化引發(fā)基質材料溶解性變化或內部分子交聯(lián)從而形成凝膠珠。例如，CS在pH值變化下形成凝膠珠。凝聚技術因其操作方式簡便，且多采用親水性的材料和交聯(lián)劑，對生物活性物質具有良好的保護作用，廣泛用于包封精油、多酚等活性物質。但不同的交聯(lián)方式和速率會導致凝膠珠結構不均、機械性能差等問題。

1.2 先進制備技術

1.2.1 微流控

微流控技術是一種通過精確控制微尺寸通道上的流體行為，生成高度均一且結構可精準調控的液滴。在凝膠珠制備方面優(yōu)勢顯著，尤其擅長生成尺寸均勻、形狀規(guī)則的凝膠珠。液體在微通道內流動，受到流體動力學因素（剪切力、界面張力等）使凝膠材料液滴在交聯(lián)劑或凝固液中形成凝膠珠。其原理類似于傳統(tǒng)的乳化技術，互不混合的兩相或多相液體在微米尺寸通道上產生微液滴，接著通過固化、分離、清洗等步驟收集凝膠珠。微流控技術的優(yōu)勢在于液滴的單分散性和可重復性，這得益于其可精確控制實驗條件，如芯片的通道幾何形狀、流速和流體的黏度等。通過設計不同的微通道芯片或調控流速能夠生成不同結構的微液滴，從而制備結構各異的凝膠珠，如單相、雙相及多相凝膠珠。Wu Yuting等通過改變微流控芯片的結構制備出單相油芯和多相油芯的凝膠珠。微流控系統(tǒng)可通過調節(jié)流速、材料濃度和界面張力，精確控制凝膠珠的尺寸、形態(tài)及內部結構。此外，采用多通道并聯(lián)設計的方式，微流控技術的制備效率能夠得到有效提升，可滿足規(guī)?；a需求。

1.2.2 靜電噴霧

靜電噴霧技術（或電噴霧技術）是一種利用高電壓產生的強電場力將液體分散成微小液滴的技術，適用于制備尺寸均勻、結構穩(wěn)定的凝膠珠。通過高電壓在液體噴嘴和接收器之間形成強電場，液滴利用電場力克服液體的表面張力從錐尖噴射出，液滴在空氣中飛行并固化或在接收液中固化，最終生成凝膠珠。靜電噴霧技術的特點在于強靜電場克服了傳統(tǒng)液滴依靠重力滴落的問題，能夠精準地控制液滴的大小和形狀。在電場控制下生成尺寸均勻的液滴，粒徑分布窄，可制備微米級至納米級凝膠珠。研究發(fā)現，利用靜電噴霧技術制備的負載肉桂醛的海藻酸鈉凝膠珠，其最小粒徑為155.3 μm，包埋率為86%，負載率為45%。Dorneles等通過電噴霧技術制備了負載南洋杉苞片提取物的凝膠珠，其粒徑約為1.5 mm。研究表明，同軸靜電噴霧技術可以為包封的益生菌提供更多的保護。然而，靜電噴霧技術單噴嘴流速較低、設備要求較高、液體需具備適當的電導性和流變學特性等限制了其材料選擇與高通量生產加工。凝膠珠的先進制備技術如圖2所示。

02

食品中凝膠珠的基材

在食品工業(yè)中，凝膠珠的制備工藝及基材選擇對其包封效率、活性物質的保護能力以及釋放性能具有決定性的直接影響。本節(jié)梳理不同制備工藝所采用的壁材及其封裝的功能性物質，展示各類基材的多樣性與其在食品中應用的典型實例（表1）。

2.1 海藻酸鹽

海藻酸鹽是一類天然來源的陰離子多糖，主要存在于褐藻（如巨藻、海帶、馬尾藻）中，是海藻細胞壁的重要組成部分，由

D

-甘露糖醛酸（M段）和

L

-古羅糖醛酸（G段）單元組成。海藻酸鹽中含有大量的羧基基團（—COO - ）能與多價陽離子（如Ca 2+ ）結合交聯(lián)生成三維凝膠網絡。M段和G段含量的差異不僅決定了海藻酸鹽分子質量的大小，還影響了其與多價陽離子形成凝膠的強度。根據鈣離子擴散方向的不同，可將海藻酸鹽形成凝膠球的機制分為正向球化和反向球化。鈣離子從外向海藻酸鹽液體的內部擴散，形成實心的凝膠球稱為正向球化。相反地，反向球化是指鈣離子從海藻酸鹽溶液的內部向外擴散，形成具有液芯的凝膠爆珠。海藻酸鹽濃度、交聯(lián)過程中鈣離子濃度和交聯(lián)時間是影響海藻酸鹽凝膠球制備過程的主要因素。Mokhtari等發(fā)現表面活性劑的加入會顯著降低海藻酸鹽凝膠珠的尺寸，提高凝膠珠的包埋率。海藻酸鹽凝膠珠在生物活性成分的封裝、緩釋與靶向釋放方面應用廣泛。

2.2 明膠

明膠是一種天然蛋白質，由膠原蛋白通過部分水解得到，因其良好的生物相容性和可加工性，被廣泛用于制備凝膠珠。明膠基凝膠珠的形成機制主要歸結于熱敏性凝膠化作用以及化學交聯(lián)作用這兩大關鍵要素。明膠基凝膠珠能夠形成均勻的凝膠網絡，便于實現活性物質的控釋和保護；同時，其可降解性確保其在環(huán)境中自然分解，適用于環(huán)境友好型材料和體內應用。為提升凝膠珠的機械強度和穩(wěn)定性，可采用交聯(lián)劑（如戊二醛、谷氨醛或天然多糖）對明膠進行化學交聯(lián)，形成共價鍵連接的三維網絡，從而增強凝膠的耐溶脹性和長期穩(wěn)定性。Yang Liyang等使用戊二醛作為交聯(lián)劑，制備了封裝OEO的凝膠珠。此外，明膠可以通過靜電相互作用和分子間氫鍵提高海藻酸鹽網絡的內聚性和穩(wěn)定性。Ni Fangfang等將明膠加入海藻酸鹽中，再與Ca2+交聯(lián)形成雙交聯(lián)的水凝膠珠，顯著提升了其網絡結構的穩(wěn)定性。然而，明膠凝膠珠亦存在不容忽視的局限性，其在機械性能方面表現較差，未經過交聯(lián)處理的明膠凝膠珠易溶脹或降解。此外，明膠凝膠珠還呈現出較高的環(huán)境敏感性，高溫、高濕度或酸性環(huán)境下，其穩(wěn)定性易喪失，從而限制了其廣泛使用。

2.3 CS

CS是一種由甲殼素脫乙?；傻奶烊魂栯x子多糖，其分子結構由

N

-乙酰葡糖胺和

D

-葡糖胺單元通過

-1,4糖苷鍵連接的線性多糖，具有廣譜的抗菌效果。CS分子中的正電荷（NH + 3 ）與多價陰離子（如三聚磷酸鈉、硫酸根、檸檬酸鹽）結合，形成離子交聯(lián)凝膠化從而構建三維網絡結構。Ding Xiaoqing等基于分子間靜電相互作用，通過將改性得到的帶負電荷的羧甲基魔芋多糖（CMKGM）與帶正電荷的CS顆粒復合形成自組裝的CMKGM-CS納米凝膠。利用pH值的變化也能夠促使CS形成凝膠，如Li Zi’ao等首先制備了茶樹油微膠囊粉，后加入CS或結冷膠，然后通過進樣器將混合溶液滴入1 mol/L NaOH溶液中制備水凝膠珠。相似的制備原理也可用來制備CS和PVA氣凝膠微球。通過優(yōu)化CS的來源、性質及制備條件，可以設計具有特殊功能的CS凝膠珠，用于食品保鮮和營養(yǎng)遞送。

2.4 合成材料

合成材料具有來源廣泛、成本低、穩(wěn)定性高、功能多樣化等諸多特點。如聚乙二醇（PEG）水凝膠由于其親水性和生物相容性常應用于活性物質或酶的封裝。Suvarli等通過帶有紫外線的微流控裝置制備了包含

-半乳糖苷酶的PEG-DA（光誘導劑）水凝膠微粒，表現出優(yōu)異的固定化性能，并在室溫條件下保持了偶聯(lián)酶的活性（28 d后殘留活性為115%，比對照組高出21%）。聚丙烯酸（PAA）是源自丙烯酸的聚合物，具有強大的黏合力和可回收性，同時還具有無毒特性，其每個單體單元中均存在的羧基（—COOH）基團增加了活性表面位點數量，具有作為遞送水凝膠的潛力。例如Gao Jiande等制備了羧甲基淀粉-

g

-PAA/硅酸鹽黏土復合材料并將其與海藻酸鈉混合，滴入CaCl 2 溶液中交聯(lián)形成包含鹽酸小檗堿的水凝膠珠，復合水凝膠表現出pH值響應特性。釋放實驗表明，在pH 1.2條件下12 h累計釋放量低于10%，在pH 6.8和pH 7.4條件下累計釋放量高于80%。PVA是固定納米酶、蛋白質和小分子以實現對不同靶點靈敏檢測的絕佳候選材料，同時也被用作成本低、機械強度高、穩(wěn)定性好的固體載體。Wei Chonghui等通過交聯(lián)PVA和CS的固體載體制備含有納米酶RuO 2 水凝膠珠，與未受保護的RuO 2 相比，在長期貯存后RuO 2 仍具有良好的催化功效。

03

凝膠珠功能化應用

凝膠珠憑借其獨特的結構特性和高度可調控的功能設計，在食品科學與活性物封裝等領域展現出廣泛的應用前景。因此，本文進一步圍繞凝膠珠在風味和香氣的封裝、功能組分的穩(wěn)態(tài)包封、消化道控釋及靶向遞送4 個方面展開討論（圖3），以闡明凝膠珠技術在優(yōu)化生物活性物質傳遞與功能釋放中的潛在價值及應用策略。

3.1 風味和香氣的封裝

風味物質通常對環(huán)境因素，如溫度、濕度、光和氧氣非常敏感，這些因素會影響其穩(wěn)定性和有效性。在食品加工和貯存過程中，風味物質的易揮發(fā)性和對環(huán)境的敏感性使其難以保持穩(wěn)定，因此需要有效的封裝技術。凝膠球作為一種封裝載體，通過其三維網格結構能夠以物理方式捕獲并穩(wěn)定封裝活性成分，從而有效保護這些敏感物質免受外部環(huán)境的影響。

研究發(fā)現，通過靜電噴霧制備負載薄荷精油的納米膠囊珠，可以顯著延長精油的持續(xù)釋放時間至180 min。Kang等制備了一種乳液基海藻酸鈣凝膠珠（EF-CAG），用于負載3-MB（熟牛肉風味），實現了3-MB的熱響應性釋放。在烹飪過程中，EF-CAG顯著增強了3-MB的風味釋放，同時未對外觀或風味穩(wěn)定性產生不良影響，并可在4 ℃條件下維持風味穩(wěn)定性達10 d。Wang Minqi等將疏水性風味物質烯丙基甲基二硫化物（AMDS）封裝于海藻酸鈣凝膠珠，研究了離子強度對模擬烹飪和長期貯存過程中AMDS穩(wěn)定性的影響，結果發(fā)現加熱或貯存后脂滴從凝膠珠中泄漏，高濃度的離子強度加劇了泄漏現象。此外，風味物質的穩(wěn)定性與釋放性能可能與凝膠珠的交聯(lián)密度、網格孔隙和尺寸密切相關。例如，通過調控海藻酸鹽凝膠珠的粒徑，可以實現對百里香酚釋放速率的控制。研究發(fā)現，粒徑顯著影響釋放速率，海藻酸鈉納米珠的持續(xù)釋放時間比微米珠延長了24 h。Hu Jingyi等利用β-環(huán)糊精和CS作為壁材，制備了封裝2,3-二乙基-5-甲基吡嗪（DEMP）（堅果香味）的熱響應凝膠珠。結果顯示，貯存30 d后，包封的DEMP相比游離狀態(tài)的DEMP保留率提高了約2 倍。此外，Li Kaixin等的研究發(fā)現，麥芽糊精與乳清分離蛋白制備的凝膠珠能夠降低風味物質的擴散。凝膠珠封裝體系的顯著優(yōu)勢在于其響應性風味釋放特性，而這種釋放行為主要受pH值、溫度和酶等因素的調控。

3.2 功能組分的穩(wěn)態(tài)包封

凝膠珠對食品中容易受環(huán)境因素（如氧氣、濕度、溫度、pH值、光線和酶）影響的活性成分具有良好的包封穩(wěn)定效果。凝膠珠的三維網絡結構能夠發(fā)揮物理屏障的作用，有效隔絕了外界因素（氧氣、水分和微生物等）對封裝于凝膠球內活性成分的影響。Zhang Ming等報道了一種基于雙乳液填充的海藻酸鹽水凝膠珠（AA-HB）用于封裝遞送抗壞血酸，發(fā)現AA-HB在4 ℃和25 ℃貯存60 d時具有良好的穩(wěn)定性和抗氧化性能，AA-HB對抗壞血酸具有顯著的緩釋作用。研究表明，大豆蛋白納米纖維和海藻酸鈉制備pH值響應性凝膠珠能夠保持花青素顏色的穩(wěn)定性（96 h貯存期間內花青素顏色變化（Δ

E

）＜5）。

凝膠的材料顯著影響凝膠球的功能特性。例如，利用pH值敏感的凝膠材料（如CS或海藻酸鹽）可以增強活性物質在特定pH值環(huán)境下的穩(wěn)定性。研究表明，向海藻酸鈉中加入PVA能夠延緩海藻酸鈉凝膠珠在小腸內的提前降解，制備的姜黃素-海藻酸鈣/PVA凝膠珠在結腸中10 h的姜黃素累計釋放量達到90%，有效減少了姜黃素在小腸階段的提前釋放，并顯著提升了姜黃素在胃和小腸中的穩(wěn)定性。Guedes等開發(fā)了一種淀粉-海藻酸鹽-明膠乳液填充的水凝膠珠，發(fā)現這種封裝技術能夠減少油脂氧化并提高

-胡蘿卜素的穩(wěn)定性。淀粉基微粒還延長了

-胡蘿卜素的保質期，在加速貯存條件下（65 ℃、6 d），封裝的

-胡蘿卜素損失率僅降低約25%?；谀蜔崮z材料的凝膠珠展現出優(yōu)異的高溫隔離能力，能夠在高溫加工或貯存條件下保護包封成分。Zhao Yana等報道了一種利用氧化淀粉酯、海藻酸鈉和CS為壁材制備的多層水凝膠珠，用于封裝紫蘇精油（PLEO）。研究顯示，水凝膠珠封裝顯著提升了PLEO的熱穩(wěn)定性，熱穩(wěn)定性提高約6 倍。此外，采用CS-植酸酶復合物作為芯層，海藻酸鹽-角叉菜膠作為殼層制備的水凝膠珠，能夠在90 ℃加熱后保留70%的植酸酶催化活性，從而有效保護其催化功能免受熱損傷。進一步研究還發(fā)現，海藻酸鹽/CS包衣復合物顯著提升了白藜蘆醇的抗輻射能力。與游離白藜蘆醇相比，封裝后的白藜蘆醇光穩(wěn)定性提高了約2 倍。

3.3 功能組分的消化道控釋

凝膠珠在消化道中的行為對于其控釋性能和營養(yǎng)遞送至關重要。消化道不同部位的環(huán)境特性，例如胃中的低pH值和高機械剪切力、小腸的酶活性以及結腸的微生物作用，都會顯著影響凝膠珠的釋放模式和控釋效果。凝膠珠技術在封裝礦物質元素方面表現出優(yōu)異的效果，不僅有效減少了礦物質（如鐵、鋅、鈣）的異味，顯著提高了其在腸道中的吸收率。CS凝膠珠封裝鐵離子，避免鐵的金屬味影響食品口感并防止其與其他成分發(fā)生相互作用。Sun Wenxian等報道了一種通過亞鐵離子（Fe2+）交聯(lián)制備的大豆分離蛋白/山楂果膠水凝膠珠，用作口服補鐵材料。研究表明，該體系能夠顯著減少亞鐵離子在模擬胃液中的損失，從而降低對胃的刺激性，同時在模擬腸液中實現緩慢釋放，展現出良好的靶向遞送性能和胃腸道耐受性。

凝膠珠包封的多酚類物質（如茶多酚、花青素、維生素等）有效降低多酚物質的氧化降解，同時提高胃腸道的穩(wěn)定性和吸收率。Kou Fang等通過金屬-多酚網絡合成鐵-兒茶素納米顆粒（Fe-CANPs），再通過海藻酸鹽的成凝膠機制包封Fe-CANPs，制備了鐵-兒茶素水凝膠珠。研究表明，鐵-兒茶素水凝膠珠顯著提高了體系的熱穩(wěn)定性，且Fe-CANPs表現出良好的釋放性能，其中兒茶素和VC的釋放量分別為66.1%和50.7%。Geng Mengjie等利用海藻酸鈉凝膠珠共包封VC和VE，發(fā)現W/O/W乳液凝膠珠能調控脂肪的水解，顯著提升VC和VE的生物可及性（VC：90.20%和VE：95.19%）。在其他研究中，如表沒食子兒茶素沒食子酸酯和槲皮素、亞麻籽油和槲皮素以及膠原肽和蝦青素也發(fā)現類似的規(guī)律。此外，凝膠珠的消化和控釋行為與其凝膠材料和交聯(lián)程度有關。研究表明，海藻酸鹽凝膠珠的體外消化行為會受到海藻酸鹽中甘露糖醛酸/古洛糖醛酸比值及鈣離子交聯(lián)濃度的顯著影響。

3.4 功能組分的靶向遞送

近年來，凝膠珠在食品功能組分包封與遞送領域的研究備受關注。凝膠珠技術不僅能夠顯著提高其在復雜加工過程和胃腸環(huán)境中的穩(wěn)態(tài)，還能提升功能組分的靶向遞送能力，從而增加其生物可及性與生物利用度，為功能性食品和營養(yǎng)補充劑的研發(fā)提供創(chuàng)新性的解決方案。小腸是活性物釋放的主要場所，pH值（6.5～7.5）和消化酶的作用能夠導致凝膠珠壁材（多糖、蛋白等）發(fā)生溶脹或降解，從而逐漸釋放出包封的活性物。而在結腸中，微生物分泌的酶（如CS酶、纖維素酶）會進一步降解凝膠材料，從而實現活性成分的釋放。因此，通過優(yōu)化凝膠珠的設計及材料選擇，可使其對這些環(huán)境條件產生響應，從而實現活性成分的精準釋放。Song Jie等利用海藻酸鈉和腐植酸（HA）制備遞送

L

-抗壞血酸（

L

-AA）的凝膠珠（海藻酸鈉/HA-Ca 2 + ），結果表明，海藻酸鈉/HA-Ca 2+ 凝膠珠表現出良好的緩釋藥物特性和pH值敏感性，

L

-AA在模擬胃液和腸液中最大釋放量分別為23.67%和82.64%，實現了對

L

-AA的有效包埋及腸道遞送。Feng Yaping等的研究進一步表明，在海藻酸鈉凝膠珠的基材中加入膠原蛋白水解物，可以顯著提高茶多酚的包埋率和保留率。與單獨海藻酸鈉凝膠珠相比，該復合體系在高溫及酸堿條件下的茶多酚保留率提升約20%。此外，另一項研究開發(fā)了由海藻酸鈉、結冷膠和羧甲基纖維素鈉構建的三元復合水凝膠珠，用于封裝和遞送活性乳鐵蛋白（LF）。研究結果顯示，該復合凝膠珠的包埋效率超過80%。在模擬胃液中，LF的最高釋放量僅為2.2%，而在腸液中釋放量超過60%，表明三元復合水凝膠珠實現了對LF的有效包埋和遞送。

此外，凝膠珠具有結腸靶向遞送的潛力。Liu Siyao等制備菊粉-CS-海藻酸鹽三元凝膠微球用于槲皮素的結腸靶向遞送，結果表明超過80%的槲皮素成功在結腸中釋放，展現出良好的結腸靶向性。同樣地，低聚糖-果膠凝膠珠也被發(fā)現能夠實現槲皮素的胃腸穩(wěn)態(tài)和結腸靶向遞送。進一步研究表明，凝膠材料的性質差異也是影響凝膠珠消化與控釋性能的重要因素。Li Mingyuan等利用瓊脂糖-海藻酸鈉為載體制備番茄紅素和白藜蘆醇納米乳水凝膠珠，發(fā)現瓊脂糖的加入能夠有效延緩活性物質（番茄紅素和白藜蘆醇）的釋放。綜上所述，凝膠珠的控釋行為與其材料特性、交聯(lián)程度以及消化環(huán)境中的pH值和酶活性密切相關。因此，通過合理設計凝膠珠的材料與結構，能夠實現針對不同消化道部位的精準遞送，從而提升活性成分的生物利用度，優(yōu)化其健康效益。

04

Omega-3脂肪酸和益生菌的穩(wěn)態(tài)遞送

Omega-3脂肪酸和益生菌因其在心血管健康、免疫調節(jié)以及腸道微生態(tài)平衡等方面的顯著功效，已成為功能性食品和營養(yǎng)制品中熱門的功能性成分。然而，這兩類成分對環(huán)境條件高度敏感，Omega-3脂肪酸極易氧化，而益生菌則容易因高溫、胃酸和膽鹽的作用而失活。而凝膠珠憑借其高度可控的三維網絡結構，可有效包埋Omega-3脂肪酸和益生菌（圖4），展現出卓越的保護和遞送潛力。

4.1 Omega-3脂肪酸

Omega-3脂肪酸屬于多不飽和脂肪酸（PUFAs），其主要活性成分為

-亞麻酸、二十二碳六烯酸（DHA）和二十碳五烯酸（EPA），在食品、營養(yǎng)補充劑、醫(yī)藥和化妝品等領域備受關注。然而，由于其特殊的化學結構，Omega-3脂肪酸極易受氧化、高溫和光照的影響，導致其品質下降、營養(yǎng)成分損失及不良氣味（腥味）的產生，這些問題顯著影響了消費體驗和市場接受度。研究表明包封技術可顯著提高Omega-3脂肪酸的穩(wěn)定性和生物利用度。

凝膠珠通過其三維網絡結構形成物理屏障，有效隔絕氧氣、光照、高溫和濕度等不利環(huán)境因素，從而顯著降低PUFAs的氧化速率，延緩氧化降解過程。Huang Juan等開發(fā)了一種共負載亞麻籽油和槲皮素的脂質體-CS水凝膠珠。研究發(fā)現，這種水凝膠珠能夠提高脂質體在胃腸道環(huán)境中的穩(wěn)定性，并抑制脂肪酸的快速釋放。在加速氧化實驗中，與對照組相比，亞麻籽油的初級氧化產物過氧化值降低了約75%，次級氧化產物丙二醛值降低了約74%。此外，槲皮素的存在進一步減少了亞麻籽油的氧化程度。光穩(wěn)定性研究表明，在6 個月的貯存期內，將脂質體加載到水凝膠珠中可顯著提升槲皮素的化學穩(wěn)定性，其保留率從對照組的75%提高至89%。此外，有研究顯示凝膠珠封裝的PUFAs在胃液中的釋放量較低，而在模擬腸液中能夠實現高效釋放。這種行為主要歸因于水凝膠壁材在酸性環(huán)境中表現出收縮或較弱的溶脹能力，而在中性環(huán)境中溶脹能力顯著增強。因此，通過優(yōu)化壁材的種類和特性，可以實現Omega-3脂肪酸在胃腸道中的精準釋放。這種可控釋放機制不僅提升了Omega-3脂肪酸的腸道吸收效率，避免其在胃內的過早降解，還能減輕腥味等不良感官問題，從而優(yōu)化營養(yǎng)遞送效率和消費者體驗。

4.2 益生菌

益生菌是一類對宿主健康有益的活性微生物，其功能通常與其在產品保質期內的存活數量密切相關，活菌數需保持在不少于106 CFU/g才能達到預期效果。然而，益生菌在胃部強酸性環(huán)境下極易失活，從而導致其生物活性顯著降低。因此，提升益生菌在消化道內的穩(wěn)態(tài)和結腸靶向釋放能力成為近年來的研究熱點。作為一種高效保護和遞送技術，凝膠珠技術在益生菌的保護和遞送方面具有顯著優(yōu)勢。凝膠珠通過形成物理屏障，為益生菌提供多方面的保護。它能減緩熱量傳遞，降低益生菌熱應激效應，同時減少益生菌暴露于氧氣、濕度和光照等不利環(huán)境下的降解速率，從而顯著延長產品貨架期。此外，利用含有pH值敏感或酶降解特性的材料制備凝膠珠，可以實現益生菌的胃部穩(wěn)定性并在小腸的中性或弱堿性條件下溶解釋放，從而實現靶向遞送活性菌。Byeon等采用明膠/低甲氧基果膠為凝膠壁材，并結合轉谷氨酰胺酶和鈣離子雙交聯(lián)技術，制備了包埋干酪乳酪桿菌的微凝膠珠。結果表明，游離干酪乳酪桿菌在暴露于模擬胃條件下120 min后僅存活55.3%，暴露于模擬腸道條件30 min后完全失活。相比之下，凝膠珠包封的干酪乳酪桿菌在模擬腸液中暴露120 min仍表現出約88%的存活率。

凝膠珠的微環(huán)境還可通過添加寡糖、多糖、多酚等營養(yǎng)基質，進一步增強益生菌的活性及其在結腸黏附和增殖功能。Zhang Huijuan等以仙草中提取的多糖和多酚為基材制備的益生菌凝膠珠，不僅實現了pH值響應釋放，還展現出較高的黏度和定植特性。有研究發(fā)現，通過對多糖進行特異性化學改性，可以顯著提升凝膠珠在結腸的黏附性能。例如，利用半胱氨酸氧化修飾魔芋多糖制備的水凝膠珠，結合二硫鍵和離子鍵雙交聯(lián)結構，表現出優(yōu)異的胃酸穩(wěn)定性及腸道釋放特性。改性后的魔芋多糖巰基與腸液中富含巰基的黏蛋白發(fā)生交聯(lián)作用，顯著延長了益生菌在腸道內的滯留時間，增加了活菌數及腸道菌群的豐度。此外，益生菌還可與其代謝產物（如短鏈脂肪酸）、益生元或其他功能性活性物質共同包封，從而實現多功能協(xié)同效應，進一步提升其健康益處及應用價值。通過優(yōu)化凝膠珠的設計和配方，不僅能夠改善益生菌的胃腸道穩(wěn)定性和生物利用度，還能為其在功能性食品和營養(yǎng)領域的廣泛應用提供強有力的技術支持。

4.3 Omega-3脂肪酸和益生菌共遞送

益生菌與富含Omega-3脂肪酸共封裝時可能產生協(xié)同作用，從而提升兩者的穩(wěn)定性和功能性，其原理可能如下：1）油脂通過阻礙酸性環(huán)境中氫離子（H+）和氧的擴散，從而保持了益生菌的活力；2）PUFAs通過促進其生長和黏附在黏膜表面影響益生菌結腸功能。然而，由于富含Omega-3的油具有疏水性，而益生菌（菌粉）是親水性物質，實現兩者的共包封是一個挑戰(zhàn)。研究發(fā)現，為了實現益生菌和富含Omega-3油的共包封，采用水包油乳液作為載體，可以將兩者共包封于凝膠珠的內部，如Vaziri等制備了共封裝植物乳植桿菌和富含DHA油的海藻酸鹽-果膠-明膠水凝膠珠，發(fā)現在模擬胃腸消化實驗中，凝膠珠包封的植物乳植桿菌存活率達到88.66%，顯著高于游離植物乳植桿菌的50.36%。此外，Vaziri等將益生菌和DHA共包封后的凝膠珠添加到橙汁中貯存4 周后發(fā)現，DHA油對益生菌的存活具有一定的積極作用。類似地，Sultana等將干酪乳酪桿菌和亞麻籽油共封裝于海藻酸鈣-羧甲基纖維素凝膠珠中用于功能性橙汁的開發(fā)，發(fā)現經過4 ℃貯存30 d后，與游離干酪乳酪桿菌（活力為5.47（lg（CFU/mL）））相比，凝膠珠共封的菌活力依舊保持較高的水平（高于6（lg（CFU/mL）））。同時，共封裝的水凝膠珠顯著降低了油脂氧化速率，相較于游離亞麻籽油，其氧化速率降低了約57%。這些研究表明，凝膠球共包封技術不僅能夠有效提升益生菌和Omega-3油的穩(wěn)定性，還可以減少油脂的氧化，從而提升功能性食品的營養(yǎng)價值，為相關產品開發(fā)提供了科學依據和技術支持。

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結 語

凝膠珠作為一種創(chuàng)新的食品技術，在活性成分封裝、穩(wěn)定性增強以及營養(yǎng)輸送等方面展現出顯著潛力。其獨特的三維網絡結構能有效構成物理屏障，降低加工、貯存和消化道等外界環(huán)境對活性成分的影響；同時，通過合理設計凝膠珠的材料和結構，可以實現針對小腸或結腸的精準遞送。因此，凝膠壁材的選擇、交聯(lián)方式以及凝膠結構的優(yōu)化是決定凝膠珠穩(wěn)態(tài)包封和靶向遞送能力的關鍵因素。然而，目前的研究仍存在若干不足之處：首先，部分所采用的凝膠材料或交聯(lián)劑可能存在生物相容性不足或潛在毒性問題，亟待開發(fā)更為安全的材料；其次，大多數研究集中于體外實驗，對于凝膠珠在體內的分布、代謝和長期效應尚缺乏充分數據支持；此外，在精準營養(yǎng)輸送和個性化健康管理等高端應用中，對活性成分釋放的精度與可控性要求較高，而現有的控釋機制設計尚未達到理想水平，這在一定程度上限制了凝膠珠作為功能性食品載體的進一步發(fā)展。

未來的研究與發(fā)展可集中于以下幾個方面：1）研發(fā)新型凝膠材料，特別是開發(fā)具備更優(yōu)性能的天然材料和智能材料，以提高凝膠珠的穩(wěn)定性、功能性和響應性；2）增強貯存與加工穩(wěn)定性，提高凝膠珠在不同貯存和加工條件下的物理與化學穩(wěn)定性，延長產品的貨架期；3）優(yōu)化制備工藝，建立低成本、高通量的生產方法，以滿足大規(guī)模生產的需求；4）通過智能化設計，增強控釋精度與可控性。隨著消費者對健康和創(chuàng)新食品的需求不斷增強，凝膠珠在精準營養(yǎng)輸送、個性化健康管理和高端食品設計中的應用潛力更加突出。這一技術的持續(xù)發(fā)展不僅有助于提升功能性食品的質量與多樣性，也為食品工業(yè)注入了新的發(fā)展活力。

引文格式：

陳帥, 田文妮, 蕭卓楠, 等. 凝膠珠在功能食品穩(wěn)態(tài)包埋和增效遞送領域的應用研究進展[J]. 食品科學, 2025, 46(12): 367-378. DOI:10.7506/spkx1002-6630-20250106-032.

CHEN Shuai, TIAN Wenni, XIAO Zhuonan, et al. Recent progress in application of gel beads for stabilized encapsulation and enhanced delivery of functional foods[J]. Food Science, 2025, 46(12): 367-378. (in Chinese with English abstract) DOI:10.7506/spkx1002-6630-20250106-032.

實習編輯：梁雯菁；責任編輯：張睿梅。點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

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