复合凝聚-喷雾干燥制备红蜂胶粉末的开发与表征及其在无糖异麦芽酮硬糖中的应用

时间:2026年5月28日
来源:Journal of Food Measurement and Characterization

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红蜂胶乙醇提取物是一种富含酚类的原料,其强烈的感官特性与操作难度限制了在食品体系中的应用。本研究对比表征了通过不同微胶囊化路径获得的红蜂胶粉末,重点关注与粉末质量及稳定性相关的关键理化与功能属性。研究人员采用明胶与阿拉伯胶通过复合凝聚法制备红蜂胶微胶囊,分别采

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红蜂胶乙醇提取物是一种富含酚类的原料,其强烈的感官特性与操作难度限制了在食品体系中的应用。本研究对比表征了通过不同微胶囊化路径获得的红蜂胶粉末,重点关注与粉末质量及稳定性相关的关键理化与功能属性。研究人员采用明胶与阿拉伯胶通过复合凝聚法制备红蜂胶微胶囊,分别采用直接凝聚法(DC)与乳化后凝聚法(CE),随后进行喷雾干燥,并以乳清分离蛋白(WPI)作为附加载体。喷雾干燥后,DC法的包封率(≥62%)显著高于CE法(约15%,p<0.05)。所有粉末均表现出较低的水分活度(约0.23)、含水量(约6.5%)与吸湿性(约10%),表明其在低水分食品应用中具备充足稳定性。未添加WPI的DC粉末中芒柄花素含量最高(约15 mg/g)。在25 ℃储存60天期间,WPI提高了CE基粉末的总酚保留率,而对DC基粉末无显著影响。将封装粉末作为模型低水分体系添加到异麦芽酮硬糖中,评估其在模拟唾液液中的酚类释放情况。含游离或封装提取物的糖果表现出相似的释放曲线,表明封装并未阻碍化合物释放。总体而言,结果表明封装路径与载体组成显著影响粉末性质与酚类稳定性,可为富含酚类的食品原料的工艺选择提供依据。
该研究发表于《Journal of Food Measurement and Characterization》,聚焦于巴西红蜂胶这一高附加值天然产物在食品应用中的技术瓶颈。红蜂胶产自巴西东北部红树林,富含异黄酮类活性成分如芒柄花素(formononetin)与鹰嘴豆素A(biochanin A),具有显著的抗菌、抗炎及口腔健康促进潜力,已被应用于牙膏、正畸底漆等产品。然而,其液态树脂形态具有强黏性、难操作、口感涩味重等问题,限制了在食品工业中的规模化应用。现有微胶囊化研究多采用单一喷雾干燥或喷雾冷却技术,尚未探索将复合凝聚(complex coacervation)与喷雾干燥联用以优化粉末性能。复合凝聚法利用生物聚合物间的静电相互作用形成致密壁材,具备高芯材负载与温和加工优势,结合喷雾干燥的工业化可行性,有望解决红蜂胶的应用难题。基于此,研究人员旨在开发新型红蜂胶粉末,系统评价不同凝聚策略与载体组成对粉末理化性质、活性成分保留及储存稳定性的影响,并验证其在低水分食品基质中的释放行为。
为实现上述目标,研究人员采用了若干关键技术方法。原料为巴西商业红蜂胶乙醇提取物,分别以明胶与阿拉伯胶为壁材,设计两种凝聚工艺:一是将提取物直接加入明胶溶液的直接凝聚法(DC),二是先制备水包油初乳再进行凝聚的乳化凝聚法(CE),调节pH至3.0–4.0以促进相分离。凝聚物经添加不同浓度乳清分离蛋白(WPI)后,采用喷雾干燥(进风温度180 ℃)制成粉末。通过水分活度仪、激光粒度仪、扫描电镜等表征粉末理化性质与微观形态;采用福林-酚法测定总酚含量(TPC),以HPLC定量芒柄花素;通过DPPH、ABTS与FRAP法评价抗氧化活性;在25 ℃下进行60天加速储存实验评估酚类稳定性;最终将最优粉末添加至异麦芽酮基无糖硬糖中,利用模拟唾液液评估口腔阶段的酚类释放动力学。
结果与讨论部分首先呈现了凝聚物与粉末的理化表征结果。光学显微镜显示,两种方法均在选定pH下形成粒径小于200 μm的球形微胶囊,其中DC法在pH 3.5时团聚最少,CE法在pH 4.0时形态最佳,据此选定二者最优pH用于后续实验。扫描电镜观察表明,DC粉末表面较光滑,CE粉末则因喷雾干燥过程中的表面张力作用出现结构塌陷与粗糙化。所有粉末的水分活度(0.22–0.28)与含水量(5.71–6.58%)均处于低水平,符合微生物稳定性要求。DC粉末粒径呈单峰分布(0.2–50 μm),而CE粉末呈双峰分布,存在大颗粒聚集体,归因于初乳液滴聚结与界面不稳定性。添加WPI降低了DC粉末粒径并提升了亮度(L*值),但对CE体系粒径影响不规律。值得注意的是,复合凝聚形成的蛋白-多糖互作网络显著降低了粉末吸湿性(约9%),远低于单一阿拉伯胶包埋体系(约25%),有利于防止储存结块。
化学表征结果显示,封装路径对包封效率(EE)具有决定性影响。DC法包封率高达62.86–90.52%,而CE法仅为约15%。这种差异源于DC法中红蜂胶与壁材直接接触,促进了静电相互作用与相分离;而在CE法中,乙醇基提取物对油相亲和力有限,且明胶向油水界面迁移稳定乳液,减少了与阿拉伯胶的相互作用,导致包封率下降。DC粉末中芒柄花素含量最高达15.54 mg/g,显著高于CE样品。体外抗氧化实验表明,尽管微胶囊化降低了酚类物质的即时反应可用性(因被包埋于聚合物基质中),所有粉末仍保留了显著的DPPH、ABTS与FRAP自由基清除能力,证实复合凝聚能有效保留生物活性。
储存稳定性实验揭示了载体作用的差异性。在25 ℃储存60天后,WPI的添加显著提升了CE基粉末的总酚保留率,但对DC基粉末无显著影响。这是因为DC体系本身已形成紧密的凝胶-多糖网络,限制了分子流动性;而CE体系结构相对松散,WPI通过与阿拉伯胶及界面相互作用增强了基质刚性,抑制了氧气扩散与酚类氧化降解。这一发现强调了载体选择需结合具体封装工艺进行优化。
在应用验证环节,研究人员将DC法结合0.63% WPI的粉末添加至异麦芽酮硬糖中。产品色泽随红蜂胶添加略有加深,但封装处理减轻了游离提取物的强烈色泽。在模拟唾液释放实验中,含游离提取物与含封装粉末的糖果在20分钟内呈现出几乎重叠的酚类释放曲线,表明该封装体系不会阻碍口腔阶段的活性成分释放,符合口腔护理产品的即时起效需求。这可能是因为硬糖加工中的高温(约110 ℃)与酸性环境破坏了部分微胶囊结构,导致释放行为趋同。
结论部分指出,复合凝聚与喷雾干燥联用成功制备了具有低水分活度、低吸湿性的红蜂胶粉末。直接凝聚法(DC)在包封效率、活性成分含量及抗氧化活性方面均优于乳化凝聚法(CE)。将该粉末应用于异麦芽酮硬糖,实现了模拟唾液环境中酚类的有效释放,证明了该递送系统在口腔健康食品开发中的可行性。该研究为高价值植物提取物的稳态化加工提供了重要的技术参考,有助于推动蜂胶资源的高效利用与功能性食品创新。

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