《食品科學》：青島農業大學楊魯教授等： 多糖基質蝦青素酯微膠囊制備及其穩定性和消化吸收特性

蝦青素是一種具有強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存在差異，按照酯化程度區分，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。蝦青素因其獨特的分子結構而具有強抗氧化性，能夠有效清除自由基，保護細胞膜和脂質免受氧化損傷。微膠囊化是將活性物質包埋在壁材中的一種保護手段，該技術能夠將蝦青素包裹在微小的膠囊中，提高其水溶性、穩定性和生物利用度，從而提高其利用效率、拓展其在食品領域中的應用范圍。

近年來，蝦青素微膠囊化技術的研究取得了顯著進展，多種壁材和制備方法被應用于蝦青素微膠囊化。多糖類物質因其良好的生物相容性、可生物降解性和豐富的官能團，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，能夠形成穩定的微膠囊結構，有效保護蝦青素酯免受外界環境的影響。阿拉伯膠作為一種傳統的食品級多糖，具有良好的乳化性和穩定性能，能夠提高蝦青素酯在水中的分散性和穩定性。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構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現可控和靶向遞送的能力。

青島農業大學食品科學與工程學院的李紅光、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。通過多糖基質微膠囊化技術制備4 種單一壁材的蝦青素微膠囊，同時考察其包封率、保留率、穩定性以及生物利用度，分析多糖包埋處理后蝦青素的穩定性和生物利用度，旨在為蝦青素酯開發利用提供理論基礎。

01

多糖基蝦青素酯微膠囊表征

含水率是微膠囊產品的重要指標之一，過多的水分會導致產品結塊、霉變等不良結果。由表1可知，本研究制備的4 種不同多糖基質的蝦青素酯微膠囊粉末含水率都在2%～5%，符合微膠囊產品控制要求。微膠囊的流動性對產品的實際應用影響顯著，在沖調時，要求粉末油脂具有良好的流動性以達到快速溶解的效果。流動性不佳的粉末油脂產品容易出現黏結的情況，影響其在水中分散的效果。流動性與粉末油脂顆粒的形狀有關，形狀越規則，產品的流動性越好。休止角是粉體堆積層的自由斜面在靜止的平衡狀態下與水平面所成的最大角度，常用于表征微膠囊的流動性。休止角低于30°表明微膠囊具有很好的流動性；休止角在30°～45°代表具有較好流動性；休止角在45°～60°表示流動性一般；休止角高于60°表示流動性較差。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，導致產品水分含量偏高以及表面黏度增加，從而降低了流動性。此外，包封率是評價微膠囊產品包埋效果的重要指標，包封率越高壁材對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90.12%。Fang Rongxi等通過乳液溶劑蒸發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（96.64±0.33）%，相比上述兩團隊制備的微膠囊，本研究制備的微膠囊具有最佳蝦青素酯保護潛力。

微膠囊的微觀結構與其多種宏觀屬性有關，例如蒸發速率、壁材物理化學性質。微膠囊囊壁的完整性影響著其對芯材的保護能力，微膠囊的形態也決定著產品的流動性。由此可見，觀察蝦青素酯微膠囊產品的表面形態具有重要意義。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，增加在固體飲料產業中的適用性，但是過小的顆粒尺寸則會導致產品流動性下降。此外，對比微膠囊在微觀形態方面出現的差異，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τ谄渌诓木哂休^低的黏度和良好的熱穩定性，水分蒸發速率較穩定，蒸汽的快速膨脹對其影響較小。菊粉較好的微觀形態也有利于提高其流動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，導致在乳液噴霧干燥過程中各部位蒸發速率不同，從而使凝結效果不一，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導致孔洞、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重，呈不規則形狀外，還出現了顆粒表面輕微破裂的現象（圖1C），出現這種現象可能是阿拉伯膠其玻璃化轉變溫度（

T

g ）較低（約50～60 ℃），在噴霧干燥高溫（進風160～180 ℃）條件下，壁材軟化，內部蒸汽壓力易突破囊壁，導致表面裂紋。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象，所以仍然具有對芯材的保護作用。

02

多糖基蝦青素酯微膠囊穩定性分析

微膠囊化產品的穩定性與很多因素相關，除了芯材與壁材比例、囊壁厚度、致密度和完整性等內在因素外，還與環境溫度、光照及氣氛等外界因素相關。在實際產品應用中，光照、氣氛對蝦青素的不良影響可通過避光包裝、填充惰性氣體解決，蝦青素產品貯存和運輸過程中的熱降解是影響其貨架期的主要因素，所以包封壁材對蝦青素產品儲藏穩定性的研究尤為重要。由圖2可知，蝦青素酯對照樣品保留率在第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定性顯著優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重，并且顆粒出現破裂的現象（圖1C）。貯存時間為20 d時，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定性顯著優于未微膠囊化的蝦青素酯。

為了更加準確地比較4 種多糖壁材對蝦青素酯穩態化的效果，本研究進一步采用Arrhenius方程對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間之間的關系。從表2可以看出，ln G與時間呈良好的線性關系（

R

2 ＞0.9） ，且蝦青素酯的熱降解符合一級反應動力學方程。釋放速率常數可以反映化學反應快慢，數值越大表示反應越快。由釋放速率常數可知，不同壁材蝦青素酯微膠囊的速率常數隨著溫度升高而不同程度地增加，直接導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），表明其較難發生氧化降解反應；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。該結果與4 種多糖基蝦青素酯微膠囊微觀形態觀察結果相印證，微膠囊顆粒完整、致密，表明穩定性更高；顆粒表面出現嚴重凹陷或破裂的現象，表明微膠囊保護效果顯著降低。但是該結果與4 種多糖基蝦青素酯微膠囊包封率并不完全對應，這是因為活化能除了受包封率和微觀形態影響還受到其他因素的影響，如多糖壁材的化學組成、分子結構、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比包封率對蝦青素酯穩定性的影響更大。

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的部位釋放并順利水解為游離蝦青素才能進一步被吸收進入血液循環系統，到達各個器官發揮其生物學功能。由圖3可知，小鼠經口灌胃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，血清中蝦青素質量濃度達到峰值 （

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。由于血液在動物體內主要起運輸功能，吸收進入血液中的游離蝦青素并不能在血液中停留太長時間，而是被運送到各個組織器官中，所以血液中蝦青素的代謝曲線呈現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量急速下降，最終導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24 h時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算其在小鼠體內濃度-AUC進行表示。如表3所示，灌胃4 種多糖基蝦青素酯微膠囊產品的小鼠AUC都高于蝦青素酯組，說明合理設計多糖基質對蝦青素酯代謝有顯著的促進作用。其中，灌胃殼聚糖-蝦青素酯微膠囊樣品的小鼠體內血清中蝦青素含量最高，AUC為（6.59±0.62）μg·h/mL，是灌胃蝦青素酯對照樣品的1.94 倍。導致該結果的主要原因是食品基質的不同，蝦青素酯不溶于水，其在體內消化吸收時，需要首先由來自膽囊的膽鹽進行乳化，減少其表面張力，才能形成細小的乳化微粒與體內相關酶反應，將蝦青素酯轉化為游離蝦青素進入血液循環系統。相比之下，多糖基蝦青素酯微膠囊易溶于水形成小液滴，更容易與體內酶系結合。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。結果表明蝦青素酯生物利用度的促進效果與微膠囊壁材種類具有相關性。但是該結果與包埋率和微膠囊微觀形態的數據趨勢并不完全一致，這可能因為蝦青素酯微膠囊消化吸收是一個復雜的過程，與其在胃腸道中的穩定性、控制釋放、腸道滯留時間、水解率和跨膜轉運蛋白等因素相關。

結論

本研究探討了4 種多糖基質蝦青素酯微膠囊微觀形態、穩定性和生物利用度。熱穩定性結果表明，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。結合掃描電子顯微鏡結果可知，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定性；蝦青素酯微膠囊微觀形態出現嚴重褶皺，且伴隨著壁材破裂，蝦青素酯穩定性下降。總體而言，微膠囊化的蝦青素酯樣品穩定性顯著高于游離蝦青素酯油樣品。小鼠體內消化吸收實驗結果表明，基于多糖基質的蝦青素酯微膠囊生物利用度顯著高于蝦青素酯對照組。4 種多糖基質蝦青素酯微膠囊中，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具有高效促進蝦青素酯消化吸收的作用。該結果可為后續建立復合食品基質體系提供明確的多糖基質。

本文《多糖基質蝦青素酯微膠囊制備及其穩定性和消化吸收特性》來源于《食品科學》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。點擊下方閱讀原文即可查看文章相關信息。

實習編輯：農夢琪；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