凝膠珠是一類(lèi)由凝膠材料（天然或合成材料）制備的具有三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的微小球狀結(jié)構(gòu)膠體，其內(nèi)部的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)能夠包封和保護(hù)活性成分，如營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)、功能性添加劑和微生物等。凝膠珠在食品領(lǐng)域中具有廣泛應(yīng)用，尤其在活性成分的穩(wěn)定化、靶向釋放和功能食品開(kāi)發(fā)等方面展現(xiàn)出極大的應(yīng)用潛力。

此外，凝膠珠包封有助于提升食品的感官品質(zhì)和加工適應(yīng)性，使其適用于食品的多種類(lèi)型，既能改善食品質(zhì)構(gòu)和口感，又能掩蓋營(yíng)養(yǎng)強(qiáng)化成分的風(fēng)味缺陷，同時(shí)不影響食品的整體感官特性。在功能性食品的創(chuàng)新開(kāi)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(xiàn)出顯著優(yōu)勢(shì)。凝膠珠的三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)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(yùn)輸和貯藏過(guò)程的經(jīng)濟(jì)成本。因此，凝膠珠技術(shù)的應(yīng)用不僅促進(jìn)了營(yíng)養(yǎng)成分的優(yōu)化遞送，也為功能性食品的創(chuàng)新開(kāi)辟了新方向。

華南農(nóng)業(yè)大學(xué)食品學(xué)院的陳帥、肖杰*，仙樂(lè)健康科技股份有限公司的方素瓊*等總結(jié)凝膠珠技術(shù)在食品領(lǐng)域中的研究與現(xiàn)狀，重點(diǎn)討論其制備方法、基材選擇、功能特性以及在食品領(lǐng)域的應(yīng)用。同時(shí)，總結(jié)凝膠珠對(duì)食品的穩(wěn)定性、營(yíng)養(yǎng)輸送及功能性改善的作用，探討其在未來(lái)食品開(kāi)發(fā)中的潛力和挑戰(zhàn)，旨在為凝膠珠技術(shù)在功能食品的創(chuàng)新與開(kāi)發(fā)提供參考。

01

凝膠珠的制備技術(shù)

凝膠珠的制備通常包括顆粒的形成及交聯(lián)固化兩個(gè)主要步，合適的材料組成設(shè)計(jì)及制備技術(shù)是凝膠珠控制性制備的關(guān)鍵（圖1）。傳統(tǒng)技術(shù)如乳化、離子交聯(lián)和凝聚法，以其操作簡(jiǎn)便和制備高效的特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于食品和生物活性物質(zhì)的包封。此外，靜電噴霧與微流控等先進(jìn)制備技術(shù)的應(yīng)用有助于凝膠珠的尺寸均一、結(jié)構(gòu)精準(zhǔn)性及功能化設(shè)計(jì)。

1.1 傳統(tǒng)技術(shù)

1.1.1 乳化

乳化技術(shù)是制備凝膠珠的重要方法，通過(guò)將兩種不相溶的液體（如油-水或水-油）在乳化劑或機(jī)械剪切作用下形成微小乳液滴，經(jīng)過(guò)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(guò)液滴模板的組裝機(jī)制實(shí)現(xiàn)微米級(jí)（50～500 μm）孔隙結(jié)構(gòu)的調(diào)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(gòu)建脂溶性與水溶性活性成分的分級(jí)負(fù)載體系；而乳液凝膠法則通過(guò)界面化學(xué)交聯(lián)構(gòu)建具有高機(jī)械強(qiáng)度的三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，顯著提升凝膠珠在胃腸遞送過(guò)程中的結(jié)構(gòu)完整性。楊曦等結(jié)合乳化技術(shù)和離子固化，調(diào)控?cái)嚢杷俾屎外}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(duì)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(lèi)似地，在對(duì)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(guò)乳化技術(shù)制備了負(fù)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(xiàn)微膠囊凝膠珠包封的OEO具有緩慢釋放特性（釋放時(shí)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(jīng)典方法，它利用多聚電解質(zhì)材料與多價(jià)離子交聯(lián)劑之間的靜電相互作用形成穩(wěn)定的三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。例如，海藻酸鈉中的羧基（—COO-）與多價(jià)陽(yáng)離子（Ca2+、Fe3+）通過(guò)靜電相互作用組裝成三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，形成“雞蛋盒模型”結(jié)構(gòu)的凝膠珠。果膠也可與鈣離子反應(yīng)制備凝膠珠。Reichembach等通過(guò)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(xiàn)果膠-CS凝膠珠具有良好的機(jī)械性能和抗消化性。離子交聯(lián)技術(shù)因其簡(jiǎn)單高效、過(guò)程溫和，已成為產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)的重要方法。

1.1.3 凝聚

凝聚技術(shù)是一種通過(guò)誘導(dǎo)相分離或化學(xué)反應(yīng)快速形成三維交聯(lián)凝膠珠的方法。Yang Liying等利用凝聚技術(shù)制備了負(fù)載OEO的明膠-阿拉伯膠微囊，有效延長(zhǎng)草莓的保質(zhì)期（長(zhǎng)達(dá)7 d）并提高草莓VC含量（比對(duì)照組高出約1.5 倍）。凝聚技術(shù)還可通過(guò)溶劑交換或沉淀的方式制備凝膠珠，如Wang Tao等通過(guò)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(dǎo)也是凝聚技術(shù)的常用方法，其原理是基于pH值變化引發(fā)基質(zhì)材料溶解性變化或內(nèi)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(shù)因其操作方式簡(jiǎn)便，且多采用親水性的材料和交聯(lián)劑，對(duì)生物活性物質(zhì)具有良好的保護(hù)作用，廣泛用于包封精油、多酚等活性物質(zhì)。但不同的交聯(lián)方式和速率會(huì)導(dǎo)致凝膠珠結(jié)構(gòu)不均、機(jī)械性能差等問(wèn)題。

1.2 先進(jìn)制備技術(shù)

1.2.1 微流控

微流控技術(shù)是一種通過(guò)精確控制微尺寸通道上的流體行為，生成高度均一且結(jié)構(gòu)可精準(zhǔn)調(diào)控的液滴。在凝膠珠制備方面優(yōu)勢(shì)顯著，尤其擅長(zhǎng)生成尺寸均勻、形狀規(guī)則的凝膠珠。液體在微通道內(nèi)流動(dòng)，受到流體動(dòng)力學(xué)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(lèi)似于傳統(tǒng)的乳化技術(shù)，互不混合的兩相或多相液體在微米尺寸通道上產(chǎn)生微液滴，接著通過(guò)固化、分離、清洗等步驟收集凝膠珠。微流控技術(shù)的優(yōu)勢(shì)在于液滴的單分散性和可重復(fù)性，這得益于其可精確控制實(shí)驗(yàn)條件，如芯片的通道幾何形狀、流速和流體的黏度等。通過(guò)設(shè)計(jì)不同的微通道芯片或調(diào)控流速能夠生成不同結(jié)構(gòu)的微液滴，從而制備結(jié)構(gòu)各異的凝膠珠，如單相、雙相及多相凝膠珠。Wu Yuting等通過(guò)改變微流控芯片的結(jié)構(gòu)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(guò)調(diào)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(nèi)部結(jié)構(gòu)。此外，采用多通道并聯(lián)設(shè)計(jì)的方式，微流控技術(shù)的制備效率能夠得到有效提升，可滿(mǎn)足規(guī)?；a(chǎn)需求。

1.2.2 靜電噴霧

靜電噴霧技術(shù)（或電噴霧技術(shù)）是一種利用高電壓產(chǎn)生的強(qiáng)電場(chǎng)力將液體分散成微小液滴的技術(shù)，適用于制備尺寸均勻、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的凝膠珠。通過(guò)高電壓在液體噴嘴和接收器之間形成強(qiáng)電場(chǎng)，液滴利用電場(chǎng)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(shù)的特點(diǎn)在于強(qiáng)靜電場(chǎng)克服了傳統(tǒng)液滴依靠重力滴落的問(wèn)題，能夠精準(zhǔn)地控制液滴的大小和形狀。在電場(chǎng)控制下生成尺寸均勻的液滴，粒徑分布窄，可制備微米級(jí)至納米級(jí)凝膠珠。研究發(fā)現(xiàn)，利用靜電噴霧技術(shù)制備的負(fù)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(fù)載率為45%。Dorneles等通過(guò)電噴霧技術(shù)制備了負(fù)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(shù)可以為包封的益生菌提供更多的保護(hù)。然而，靜電噴霧技術(shù)單噴嘴流速較低、設(shè)備要求較高、液體需具備適當(dāng)?shù)碾妼?dǎo)性和流變學(xué)特性等限制了其材料選擇與高通量生產(chǎn)加工。凝膠珠的先進(jìn)制備技術(shù)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(duì)其包封效率、活性物質(zhì)的保護(hù)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(zhì)，展示各類(lèi)基材的多樣性與其在食品中應(yīng)用的典型實(shí)例（表1）。

2.1 海藻酸鹽

海藻酸鹽是一類(lèi)天然來(lái)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(xì)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(tuán)（—COO - ）能與多價(jià)陽(yáng)離子（如Ca 2+ ）結(jié)合交聯(lián)生成三維凝膠網(wǎng)絡(luò)。M段和G段含量的差異不僅決定了海藻酸鹽分子質(zhì)量的大小，還影響了其與多價(jià)陽(yáng)離子形成凝膠的強(qiáng)度。根據(jù)鈣離子擴(kuò)散方向的不同，可將海藻酸鹽形成凝膠球的機(jī)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(nèi)部擴(kuò)散，形成實(shí)心的凝膠球稱(chēng)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(nèi)部向外擴(kuò)散，形成具有液芯的凝膠爆珠。海藻酸鹽濃度、交聯(lián)過(guò)程中鈣離子濃度和交聯(lián)時(shí)間是影響海藻酸鹽凝膠球制備過(guò)程的主要因素。Mokhtari等發(fā)現(xiàn)表面活性劑的加入會(huì)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(yīng)用廣泛。

2.2 明膠

明膠是一種天然蛋白質(zhì)，由膠原蛋白通過(guò)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(jī)制主要?dú)w結(jié)于熱敏性凝膠化作用以及化學(xué)交聯(lián)作用這兩大關(guān)鍵要素。明膠基凝膠珠能夠形成均勻的凝膠網(wǎng)絡(luò)，便于實(shí)現(xiàn)活性物質(zhì)的控釋和保護(hù)；同時(shí)，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(nèi)應(yīng)用。為提升凝膠珠的機(jī)械強(qiáng)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(duì)明膠進(jìn)行化學(xué)交聯(lián)，形成共價(jià)鍵連接的三維網(wǎng)絡(luò)，從而增強(qiáng)凝膠的耐溶脹性和長(zhǎng)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(guò)靜電相互作用和分子間氫鍵提高海藻酸鹽網(wǎng)絡(luò)的內(nèi)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(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)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(jī)械性能方面表現(xiàn)較差，未經(jīng)過(guò)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(xiàn)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?yáng)離子多糖，其分子結(jié)構(gòu)由

N

-乙酰葡糖胺和

D

-葡糖胺單元通過(guò)

-1,4糖苷鍵連接的線(xiàn)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(jià)陰離子（如三聚磷酸鈉、硫酸根、檸檬酸鹽）結(jié)合，形成離子交聯(lián)凝膠化從而構(gòu)建三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。Ding Xiaoqing等基于分子間靜電相互作用，通過(guò)將改性得到的帶負(fù)電荷的羧甲基魔芋多糖（CMKGM）與帶正電荷的CS顆粒復(fù)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(shù)油微膠囊粉，后加入CS或結(jié)冷膠，然后通過(guò)進(jìn)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(lái)制備CS和PVA氣凝膠微球。通過(guò)優(yōu)化CS的來(lái)源、性質(zhì)及制備條件，可以設(shè)計(jì)具有特殊功能的CS凝膠珠，用于食品保鮮和營(yíng)養(yǎng)遞送。

2.4 合成材料

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

-半乳糖苷酶的PEG-DA（光誘導(dǎo)劑）水凝膠微粒，表現(xiàn)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(duì)照組高出21%）。聚丙烯酸（PAA）是源自丙烯酸的聚合物，具有強(qiáng)大的黏合力和可回收性，同時(shí)還具有無(wú)毒特性，其每個(gè)單體單元中均存在的羧基（—COOH）基團(tuán)增加了活性表面位點(diǎn)數(shù)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(fù)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(fù)合水凝膠表現(xiàn)出pH值響應(yīng)特性。釋放實(shí)驗(yàn)表明，在pH 1.2條件下12 h累計(jì)釋放量低于10%，在pH 6.8和pH 7.4條件下累計(jì)釋放量高于80%。PVA是固定納米酶、蛋白質(zhì)和小分子以實(shí)現(xiàn)對(duì)不同靶點(diǎn)靈敏檢測(cè)的絕佳候選材料，同時(shí)也被用作成本低、機(jī)械強(qiáng)度高、穩(wěn)定性好的固體載體。Wei Chonghui等通過(guò)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(hù)的RuO 2 相比，在長(zhǎng)期貯存后RuO 2 仍具有良好的催化功效。

03

凝膠珠功能化應(yīng)用

凝膠珠憑借其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)特性和高度可調(diào)控的功能設(shè)計(jì)，在食品科學(xué)與活性物封裝等領(lǐng)域展現(xiàn)出廣泛的應(yīng)用前景。因此，本文進(jìn)一步圍繞凝膠珠在風(fēng)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(gè)方面展開(kāi)討論（圖3），以闡明凝膠珠技術(shù)在優(yōu)化生物活性物質(zhì)傳遞與功能釋放中的潛在價(jià)值及應(yīng)用策略。

3.1 風(fēng)味和香氣的封裝

風(fēng)味物質(zhì)通常對(duì)環(huán)境因素，如溫度、濕度、光和氧氣非常敏感，這些因素會(huì)影響其穩(wěn)定性和有效性。在食品加工和貯存過(guò)程中，風(fēng)味物質(zhì)的易揮發(fā)性和對(duì)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(shù)。凝膠球作為一種封裝載體，通過(guò)其三維網(wǎng)格結(jié)構(gòu)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(hù)這些敏感物質(zhì)免受外部環(huán)境的影響。

研究發(fā)現(xiàn)，通過(guò)靜電噴霧制備負(fù)載薄荷精油的納米膠囊珠，可以顯著延長(zhǎng)精油的持續(xù)釋放時(shí)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(fù)載3-MB（熟牛肉風(fēng)味），實(shí)現(xiàn)了3-MB的熱響應(yīng)性釋放。在烹飪過(guò)程中，EF-CAG顯著增強(qiáng)了3-MB的風(fēng)味釋放，同時(shí)未對(duì)外觀(guān)或風(fēng)味穩(wěn)定性產(chǎn)生不良影響，并可在4 ℃條件下維持風(fēng)味穩(wěn)定性達(dá)10 d。Wang Minqi等將疏水性風(fēng)味物質(zhì)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(qiáng)度對(duì)模擬烹飪和長(zhǎng)期貯存過(guò)程中AMDS穩(wěn)定性的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)加熱或貯存后脂滴從凝膠珠中泄漏，高濃度的離子強(qiáng)度加劇了泄漏現(xiàn)象。此外，風(fēng)味物質(zhì)的穩(wěn)定性與釋放性能可能與凝膠珠的交聯(lián)密度、網(wǎng)格孔隙和尺寸密切相關(guān)。例如，通過(guò)調(diào)控海藻酸鹽凝膠珠的粒徑，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)百里香酚釋放速率的控制。研究發(fā)現(xiàn)，粒徑顯著影響釋放速率，海藻酸鈉納米珠的持續(xù)釋放時(shí)間比微米珠延長(zhǎng)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(jiān)果香味）的熱響應(yīng)凝膠珠。結(jié)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(xiàn)，麥芽糊精與乳清分離蛋白制備的凝膠珠能夠降低風(fēng)味物質(zhì)的擴(kuò)散。凝膠珠封裝體系的顯著優(yōu)勢(shì)在于其響應(yīng)性風(fēng)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(diào)控。

3.2 功能組分的穩(wěn)態(tài)包封

凝膠珠對(duì)食品中容易受環(huán)境因素（如氧氣、濕度、溫度、pH值、光線(xiàn)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(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)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(duì)封裝于凝膠球內(nèi)活性成分的影響。Zhang Ming等報(bào)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(xiàn)AA-HB在4 ℃和25 ℃貯存60 d時(shí)具有良好的穩(wěn)定性和抗氧化性能，AA-HB對(duì)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(yīng)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(nèi)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(qiáng)活性物質(zhì)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(nèi)的提前降解，制備的姜黃素-海藻酸鈣/PVA凝膠珠在結(jié)腸中10 h的姜黃素累計(jì)釋放量達(dá)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(kāi)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(xiàn)這種封裝技術(shù)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(zhǎng)了

-胡蘿卜素的保質(zhì)期，在加速貯存條件下（65 ℃、6 d），封裝的

-胡蘿卜素?fù)p失率僅降低約25%?；谀蜔崮z材料的凝膠珠展現(xiàn)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(hù)包封成分。Zhao Yana等報(bào)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(fù)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(hù)其催化功能免受熱損傷。進(jìn)一步研究還發(fā)現(xiàn)，海藻酸鹽/CS包衣復(fù)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(duì)于其控釋性能和營(yíng)養(yǎng)遞送至關(guān)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(jī)械剪切力、小腸的酶活性以及結(jié)腸的微生物作用，都會(huì)顯著影響凝膠珠的釋放模式和控釋效果。凝膠珠技術(shù)在封裝礦物質(zhì)元素方面表現(xiàn)出優(yōu)異的效果，不僅有效減少了礦物質(zhì)（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(bào)道了一種通過(guò)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(bǔ)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(duì)胃的刺激性，同時(shí)在模擬腸液中實(shí)現(xiàn)緩慢釋放，展現(xiàn)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(lèi)物質(zhì)（如茶多酚、花青素、維生素等）有效降低多酚物質(zhì)的氧化降解，同時(shí)提高胃腸道的穩(wěn)定性和吸收率。Kou Fang等通過(guò)金屬-多酚網(wǎng)絡(luò)合成鐵-兒茶素納米顆粒（Fe-CANPs），再通過(guò)海藻酸鹽的成凝膠機(jī)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(xiàn)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(xiàn)W/O/W乳液凝膠珠能調(diào)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(méi)食子兒茶素沒(méi)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(xiàn)類(lèi)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(guān)。研究表明，海藻酸鹽凝膠珠的體外消化行為會(huì)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(lái)，凝膠珠在食品功能組分包封與遞送領(lǐng)域的研究備受關(guān)注。凝膠珠技術(shù)不僅能夠顯著提高其在復(fù)雜加工過(guò)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(yíng)養(yǎng)補(bǔ)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(chǎng)所，pH值（6.5～7.5）和消化酶的作用能夠?qū)е履z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(jié)腸中，微生物分泌的酶（如CS酶、纖維素酶）會(huì)進(jìn)一步降解凝膠材料，從而實(shí)現(xiàn)活性成分的釋放。因此，通過(guò)優(yōu)化凝膠珠的設(shè)計(jì)及材料選擇，可使其對(duì)這些環(huán)境條件產(chǎn)生響應(yīng)，從而實(shí)現(xiàn)活性成分的精準(zhǔn)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(jié)果表明，海藻酸鈉/HA-Ca 2+ 凝膠珠表現(xiàn)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(shí)現(xiàn)了對(duì)

L

-AA的有效包埋及腸道遞送。Feng Yaping等的研究進(jìn)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(dú)海藻酸鈉凝膠珠相比，該復(fù)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(xiàng)研究開(kāi)發(fā)了由海藻酸鈉、結(jié)冷膠和羧甲基纖維素鈉構(gòu)建的三元復(fù)合水凝膠珠，用于封裝和遞送活性乳鐵蛋白（LF）。研究結(jié)果顯示，該復(fù)合凝膠珠的包埋效率超過(guò)80%。在模擬胃液中，LF的最高釋放量?jī)H為2.2%，而在腸液中釋放量超過(guò)60%，表明三元復(fù)合水凝膠珠實(shí)現(xiàn)了對(duì)LF的有效包埋和遞送。

此外，凝膠珠具有結(jié)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(jié)腸靶向遞送，結(jié)果表明超過(guò)80%的槲皮素成功在結(jié)腸中釋放，展現(xiàn)出良好的結(jié)腸靶向性。同樣地，低聚糖-果膠凝膠珠也被發(fā)現(xiàn)能夠?qū)崿F(xiàn)槲皮素的胃腸穩(wěn)態(tài)和結(jié)腸靶向遞送。進(jìn)一步研究表明，凝膠材料的性質(zhì)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(xiàn)瓊脂糖的加入能夠有效延緩活性物質(zhì)（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(guān)。因此，通過(guò)合理設(shè)計(jì)凝膠珠的材料與結(jié)構(gòu)，能夠?qū)崿F(xiàn)針對(duì)不同消化道部位的精準(zhǔn)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(diào)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(yíng)養(yǎng)制品中熱門(mén)的功能性成分。然而，這兩類(lèi)成分對(duì)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(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，可有效包埋Omega-3脂肪酸和益生菌（圖4），展現(xiàn)出卓越的保護(hù)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(yíng)養(yǎng)補(bǔ)充劑、醫(yī)藥和化妝品等領(lǐng)域備受關(guān)注。然而，由于其特殊的化學(xué)結(jié)構(gòu)，Omega-3脂肪酸極易受氧化、高溫和光照的影響，導(dǎo)致其品質(zhì)下降、營(yíng)養(yǎng)成分損失及不良?xì)馕叮ㄐ任叮┑漠a(chǎn)生，這些問(wèn)題顯著影響了消費(fèi)體驗(yàn)和市場(chǎng)接受度。研究表明包封技術(shù)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(guò)其三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)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(guò)程。Huang Juan等開(kāi)發(fā)了一種共負(fù)載亞麻籽油和槲皮素的脂質(zhì)體-CS水凝膠珠。研究發(fā)現(xiàn)，這種水凝膠珠能夠提高脂質(zhì)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(shí)驗(yàn)中，與對(duì)照組相比，亞麻籽油的初級(jí)氧化產(chǎn)物過(guò)氧化值降低了約75%，次級(jí)氧化產(chǎn)物丙二醛值降低了約74%。此外，槲皮素的存在進(jìn)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(gè)月的貯存期內(nèi)，將脂質(zhì)體加載到水凝膠珠中可顯著提升槲皮素的化學(xué)穩(wěn)定性，其保留率從對(duì)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?qū)崿F(xiàn)高效釋放。這種行為主要?dú)w因于水凝膠壁材在酸性環(huán)境中表現(xiàn)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(qiáng)。因此，通過(guò)優(yōu)化壁材的種類(lèi)和特性，可以實(shí)現(xiàn)Omega-3脂肪酸在胃腸道中的精準(zhǔn)釋放。這種可控釋放機(jī)制不僅提升了Omega-3脂肪酸的腸道吸收效率，避免其在胃內(nèi)的過(guò)早降解，還能減輕腥味等不良感官問(wèn)題，從而優(yōu)化營(yíng)養(yǎng)遞送效率和消費(fèi)者體驗(yàn)。

4.2 益生菌

益生菌是一類(lèi)對(duì)宿主健康有益的活性微生物，其功能通常與其在產(chǎn)品保質(zhì)期內(nèi)的存活數(shù)量密切相關(guān)，活菌數(shù)需保持在不少于106 CFU/g才能達(dá)到預(yù)期效果。然而，益生菌在胃部強(qiáng)酸性環(huán)境下極易失活，從而導(dǎo)致其生物活性顯著降低。因此，提升益生菌在消化道內(nèi)的穩(wěn)態(tài)和結(jié)腸靶向釋放能力成為近年來(lái)的研究熱點(diǎn)。作為一種高效保護(hù)和遞送技術(shù)，凝膠珠技術(shù)在益生菌的保護(hù)和遞送方面具有顯著優(yōu)勢(shì)。凝膠珠通過(guò)形成物理屏障，為益生菌提供多方面的保護(hù)。它能減緩熱量傳遞，降低益生菌熱應(yīng)激效應(yīng)，同時(shí)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(zhǎng)產(chǎn)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(shí)現(xiàn)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(shí)現(xiàn)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(jié)合轉(zhuǎn)谷氨酰胺酶和鈣離子雙交聯(lián)技術(shù)，制備了包埋干酪乳酪桿菌的微凝膠珠。結(jié)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(xiàn)出約88%的存活率。

凝膠珠的微環(huán)境還可通過(guò)添加寡糖、多糖、多酚等營(yíng)養(yǎng)基質(zhì)，進(jìn)一步增強(qiáng)益生菌的活性及其在結(jié)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(shí)現(xiàn)了pH值響應(yīng)釋放，還展現(xiàn)出較高的黏度和定植特性。有研究發(fā)現(xiàn)，通過(guò)對(duì)多糖進(jìn)行特異性化學(xué)改性，可以顯著提升凝膠珠在結(jié)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(jié)合二硫鍵和離子鍵雙交聯(lián)結(jié)構(gòu)，表現(xiàn)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(zhǎng)了益生菌在腸道內(nèi)的滯留時(shí)間，增加了活菌數(shù)及腸道菌群的豐度。此外，益生菌還可與其代謝產(chǎn)物（如短鏈脂肪酸）、益生元或其他功能性活性物質(zhì)共同包封，從而實(shí)現(xiàn)多功能協(xié)同效應(yīng)，進(jìn)一步提升其健康益處及應(yīng)用價(jià)值。通過(guò)優(yōu)化凝膠珠的設(shè)計(jì)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(yíng)養(yǎng)領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用提供強(qiáng)有力的技術(shù)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(shí)可能產(chǎn)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(guò)阻礙酸性環(huán)境中氫離子（H+）和氧的擴(kuò)散，從而保持了益生菌的活力；2）PUFAs通過(guò)促進(jìn)其生長(zhǎng)和黏附在黏膜表面影響益生菌結(jié)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(zhì)，實(shí)現(xiàn)兩者的共包封是一個(gè)挑戰(zhàn)。研究發(fā)現(xiàn)，為了實(shí)現(xiàn)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(nèi)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(xiàn)在模擬胃腸消化實(shí)驗(yàn)中，凝膠珠包封的植物乳植桿菌存活率達(dá)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(xiàn)，DHA油對(duì)益生菌的存活具有一定的積極作用。類(lèi)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(kāi)發(fā)，發(fā)現(xiàn)經(jīng)過(guò)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(shí)，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(shù)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(yíng)養(yǎng)價(jià)值，為相關(guān)產(chǎn)品開(kāi)發(fā)提供了科學(xué)依據(jù)和技術(shù)支持。

05

結(jié) 語(yǔ)

凝膠珠作為一種創(chuàng)新的食品技術(shù)，在活性成分封裝、穩(wěn)定性增強(qiáng)以及營(yíng)養(yǎng)輸送等方面展現(xiàn)出顯著潛力。其獨(dú)特的三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)能有效構(gòu)成物理屏障，降低加工、貯存和消化道等外界環(huán)境對(duì)活性成分的影響；同時(shí)，通過(guò)合理設(shè)計(jì)凝膠珠的材料和結(jié)構(gòu)，可以實(shí)現(xiàn)針對(duì)小腸或結(jié)腸的精準(zhǔn)遞送。因此，凝膠壁材的選擇、交聯(lián)方式以及凝膠結(jié)構(gòu)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(guān)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(wèn)題，亟待開(kāi)發(fā)更為安全的材料；其次，大多數(shù)研究集中于體外實(shí)驗(yàn)，對(duì)于凝膠珠在體內(nèi)的分布、代謝和長(zhǎng)期效應(yīng)尚缺乏充分?jǐn)?shù)據(jù)支持；此外，在精準(zhǔn)營(yíng)養(yǎng)輸送和個(gè)性化健康管理等高端應(yīng)用中，對(duì)活性成分釋放的精度與可控性要求較高，而現(xiàn)有的控釋機(jī)制設(shè)計(jì)尚未達(dá)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(jìn)一步發(fā)展。

未來(lái)的研究與發(fā)展可集中于以下幾個(gè)方面：1）研發(fā)新型凝膠材料，特別是開(kāi)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(yīng)性；2）增強(qiáng)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(xué)穩(wěn)定性，延長(zhǎng)產(chǎn)品的貨架期；3）優(yōu)化制備工藝，建立低成本、高通量的生產(chǎn)方法，以滿(mǎn)足大規(guī)模生產(chǎn)的需求；4）通過(guò)智能化設(shè)計(jì)，增強(qiáng)控釋精度與可控性。隨著消費(fèi)者對(duì)健康和創(chuàng)新食品的需求不斷增強(qiáng)，凝膠珠在精準(zhǔn)營(yíng)養(yǎng)輸送、個(gè)性化健康管理和高端食品設(shè)計(jì)中的應(yīng)用潛力更加突出。這一技術(shù)的持續(xù)發(fā)展不僅有助于提升功能性食品的質(zhì)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(lǐng)域的應(yīng)用研究進(jìn)展[J]. 食品科學(xué), 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(shí)習(xí)編輯：梁雯菁；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(lái)源于文章原文及攝圖網(wǎng)

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