虾青素是一种具有强抗氧化活性的类胡萝卜素，广泛存在于海洋生物中，如雨生红球藻、三文鱼、虾、蟹等。不同来源虾青素其分子形态存在差异，按照酯化程度区分，虾青素分为游离虾青素、虾青素单酯和虾青素双酯，雨生红球藻中虾青素主要以酯化形式存在。虾青素因其独特的分子结构而具有强抗氧化性，能够有效清除自由基，保护细胞膜和脂质免受氧化损伤。微胶囊化是将活性物质包埋在壁材中的一种保护手段，该技术能够将虾青素包裹在微小的胶囊中，提高其水溶性、稳定性和生物利用度，从而提高其利用效率、拓展其在食品领域中的应用范围。
近年来，虾青素微胶囊化技术的研究取得了显著进展，多种壁材和制备方法被应用于虾青素微胶囊化。多糖类物质因其良好的生物相容性、可生物降解性和丰富的官能团，成为微胶囊壁材的理想选择。褐藻糖胶是一种从褐藻中提取的天然多糖，具有良好的成膜性和水凝胶特性，能够形成稳定的微胶囊结构，有效保护虾青素酯免受外界环境的影响。阿拉伯胶作为一种传统的食品级多糖，具有良好的乳化性和稳定性能，能够提高虾青素酯在水中的分散性和稳定性。菊粉是一种天然存在的果聚糖聚合物，其高水溶性、低黏度和形成凝胶状结构的能力使其成为微胶囊壁材合适的候选者。壳聚糖具有良好的生物黏附性和缓释性能，用其作为微胶囊壁材可实现可控和靶向递送的能力。
青岛农业大学食品科学与工程学院的李红光、马佳华、杨鲁*等选取褐藻糖胶、阿拉伯胶、菊粉和壳聚糖4 种多糖作为壁材。通过多糖基质微胶囊化技术制备4 种单一壁材的虾青素微胶囊，同时考察其包封率、保留率、稳定性以及生物利用度，分析多糖包埋处理后虾青素的稳定性和生物利用度，旨在为虾青素酯开发利用提供理论基础。
01
多糖基虾青素酯微胶囊表征
含水率是微胶囊产品的重要指标之一，过多的水分会导致产品结块、霉变等不良结果。由表1可知，本研究制备的4 种不同多糖基质的虾青素酯微胶囊粉末含水率都在2%～5%，符合微胶囊产品控制要求。微胶囊的流动性对产品的实际应用影响显著，在冲调时，要求粉末油脂具有良好的流动性以达到快速溶解的效果。流动性不佳的粉末油脂产品容易出现黏结的情况，影响其在水中分散的效果。流动性与粉末油脂颗粒的形状有关，形状越规则，产品的流动性越好。休止角是粉体堆积层的自由斜面在静止的平衡状态下与水平面所成的最大角度，常用于表征微胶囊的流动性。休止角低于30°表明微胶囊具有很好的流动性；休止角在30°～45°代表具有较好流动性；休止角在45°～60°表示流动性一般；休止角高于60°表示流动性较差。本研究制备的4 种多糖基虾青素酯微胶囊休止角在35°～45°，表明具有较好的流动性。其中，菊粉-虾青素酯微胶囊休止角最大（44.12°），这可能是由于菊粉吸湿能力比较强，导致产品水分含量偏高以及表面黏度增加，从而降低了流动性。此外，包封率是评价微胶囊产品包埋效果的重要指标，包封率越高壁材对芯材的包埋效果越好。杜艳瑜等以大黄鱼鱼卵磷脂为壁材制备的虾青素微胶囊包埋率高达90.12%。Fang Rongxi等通过乳液溶剂蒸发制备了一种虾青素包封率70.82%的微胶囊，而本研究采用喷雾干燥法制备的阿拉伯胶-虾青素酯微胶囊包封率高达（96.64±0.33）%，相比上述两团队制备的微胶囊，本研究制备的微胶囊具有最佳虾青素酯保护潜力。
微胶囊的微观结构与其多种宏观属性有关，例如蒸发速率、壁材物理化学性质。微胶囊囊壁的完整性影响着其对芯材的保护能力，微胶囊的形态也决定着产品的流动性。由此可见，观察虾青素酯微胶囊产品的表面形态具有重要意义。由图1可知，4 种多糖基虾青素酯微胶囊的粒径主要分布在5～30 µm，阿拉伯胶-虾青素酯微胶囊粒径最大（20～30 µm），其次是壳聚糖-虾青素酯微胶囊和褐藻糖胶-虾青素酯微胶囊，菊粉-虾青素酯微胶囊粒径最小，分布于2～10 µm，小尺寸颗粒有利于粉末油脂快速溶解，增加在固体饮料产业中的适用性，但是过小的颗粒尺寸则会导致产品流动性下降。此外，对比微胶囊在微观形态方面出现的差异，菊粉-虾青素酯微胶囊囊壁完整，粉末呈球形，表面光滑、无裂纹（图1A）。可能是由于菊粉相对于其他壁材具有较低的黏度和良好的热稳定性，水分蒸发速率较稳定，蒸汽的快速膨胀对其影响较小。菊粉较好的微观形态也有利于提高其流动性及避免芯材与外界不良因素的作用。褐藻糖胶-虾青素酯微胶囊近似球形、且致密，出现轻微的皱褶和凹陷（图1B），这可能是褐藻糖胶具有较高的黏度和成膜性，导致在乳液喷雾干燥过程中各部位蒸发速率不同，从而使凝结效果不一，微胶囊表面形成不同程度的皱褶和凹陷。此外，蒸汽的快速热膨胀则会导致孔洞、囊膜破裂或者表面裂纹的形成，如阿拉伯胶-虾青素酯微胶囊除了表面凹陷程度比较严重，呈不规则形状外，还出现了颗粒表面轻微破裂的现象（图1C），出现这种现象可能是阿拉伯胶其玻璃化转变温度（
Tg ）较低（约50～60 ℃），在喷雾干燥高温（进风160～180 ℃）条件下，壁材软化，内部蒸汽压力易突破囊壁，导致表面裂纹。如图1D所示，壳聚糖-虾青素酯微胶囊中的颗粒存在黏连的情况，这可能是表面油脂较多或者乳液黏度过大导致，虽然这些颗粒之间界限模糊但是囊壁完整且致密度高，几乎没有裂纹和破裂现象，所以仍然具有对芯材的保护作用。
02
多糖基虾青素酯微胶囊稳定性分析
微胶囊化产品的稳定性与很多因素相关，除了芯材与壁材比例、囊壁厚度、致密度和完整性等内在因素外，还与环境温度、光照及气氛等外界因素相关。在实际产品应用中，光照、气氛对虾青素的不良影响可通过避光包装、填充惰性气体解决，虾青素产品贮存和运输过程中的热降解是影响其货架期的主要因素，所以包封壁材对虾青素产品储藏稳定性的研究尤为重要。由图2可知，虾青素酯对照样品保留率在第4天就显著下降至（12.11±1.11）%，4 种多糖基虾青素酯微胶囊稳定性显著优于未微胶囊化的虾青素酯。此外，阿拉伯胶-虾青素酯微胶囊第4天时保留率仅有（56.23±4.87）%，明显低于其他3 种多糖基虾青素酯微胶囊（保留率＞95%）。这可能是由于阿拉伯胶-虾青素酯微胶囊表面凹陷程度比较严重，并且颗粒出现破裂的现象（图1C）。贮存时间为20 d时，褐藻糖胶-虾青素酯微胶囊保留率最高，为（86.55±2.12）%；其次是菊粉-虾青素酯微胶囊，为（66.97±3.86）%；然后是壳聚糖-虾青素酯微胶囊，为（56.66±3.24）%。它们都明显高于阿拉伯胶-虾青素酯微胶囊和未微胶囊化的虾青素酯。综上所述，多糖基虾青素酯微胶囊稳定性显著优于未微胶囊化的虾青素酯。
为了更加准确地比较4 种多糖壁材对虾青素酯稳态化的效果，本研究进一步采用Arrhenius方程对4 种多糖基虾青素酯微胶囊在不同温度条件下的降解曲线进行拟合，得到虾青素酯微胶囊在不同温度条件下降解率和释放时间之间的关系。从表2可以看出，ln G与时间呈良好的线性关系（
R2 ＞0.9） ，且虾青素酯的热降解符合一级反应动力学方程。释放速率常数可以反映化学反应快慢，数值越大表示反应越快。由释放速率常数可知，不同壁材虾青素酯微胶囊的速率常数随着温度升高而不同程度地增加，直接导致高温条件下虾青素酯的快速降解。褐藻糖胶-虾青素酯微胶囊活化能最高（74.06 kJ/mol），表明其较难发生氧化降解反应；其次是菊粉-虾青素酯微胶囊；阿拉伯胶-虾青素酯微胶囊活化能最低（34.86 kJ/mol），更易于氧化降解。该结果与4 种多糖基虾青素酯微胶囊微观形态观察结果相印证，微胶囊颗粒完整、致密，表明稳定性更高；颗粒表面出现严重凹陷或破裂的现象，表明微胶囊保护效果显著降低。但是该结果与4 种多糖基虾青素酯微胶囊包封率并不完全对应，这是因为活化能除了受包封率和微观形态影响还受到其他因素的影响，如多糖壁材的化学组成、分子结构、与虾青素酯的相互作用等。所以阿拉伯胶-虾青素酯微胶囊包封率最高，但是热稳定性却最低。综上所述，多糖基虾青素酯微胶囊粉末的微观形态比包封率对虾青素酯稳定性的影响更大。
03
多糖基虾青素酯微胶囊生物利用度
虾青素酯微胶囊只有在消化道中适当的部位释放并顺利水解为游离虾青素才能进一步被吸收进入血液循环系统，到达各个器官发挥其生物学功能。由图3可知，小鼠经口灌胃4 种多糖基虾青素酯微胶囊后，血清和肝脏中游离虾青素的含量呈先上升后下降的趋势，在灌胃后8 h达到峰值，24 h后低于检测限。由图3a可知，壳聚糖-虾青素酯微胶囊在灌胃8 h后，血清中虾青素质量浓度达到峰值 （
max ） ，为（0.93±0.20）µg/mL，在随后的16 h，虾青素在血清中的浓度不断下降。由于血液在动物体内主要起运输功能，吸收进入血液中的游离虾青素并不能在血液中停留太长时间，而是被运送到各个组织器官中，所以血液中虾青素的代谢曲线呈现出先上升后下降的单峰趋势。虽然虾青素能够蓄积在肝脏等组织器官，但是其蓄积限量以及其在各组织器官中的代谢速率都是未知的。如图3b所示，肝脏中虾青素含量曲线呈单峰形态可能是由于前期（0～8 h）虾青素的蓄积量大于代谢量，含量呈上升趋势；8～24 h过程中，肝脏中虾青素的代谢速率开始上升且虾青素的供应量急速下降，最终导致肝脏中虾青素的含量开始下降，虾青素浓度曲线呈下降趋势。当24 h时肝脏中虾青素基本代谢完全。
虾青素的生物利用度可以通过计算其在小鼠体内浓度-AUC进行表示。如表3所示，灌胃4 种多糖基虾青素酯微胶囊产品的小鼠AUC都高于虾青素酯组，说明合理设计多糖基质对虾青素酯代谢有显著的促进作用。其中，灌胃壳聚糖-虾青素酯微胶囊样品的小鼠体内血清中虾青素含量最高，AUC为（6.59±0.62）µg·h/mL，是灌胃虾青素酯对照样品的1.94 倍。导致该结果的主要原因是食品基质的不同，虾青素酯不溶于水，其在体内消化吸收时，需要首先由来自胆囊的胆盐进行乳化，减少其表面张力，才能形成细小的乳化微粒与体内相关酶反应，将虾青素酯转化为游离虾青素进入血液循环系统。相比之下，多糖基虾青素酯微胶囊易溶于水形成小液滴，更容易与体内酶系结合。因此，多糖基虾青素酯微胶囊能够显著提高虾青素酯的生物利用度。此外，褐藻糖胶-虾青素酯微胶囊给药的小鼠肝脏中AUC最高，为（31.53±2.52）µg·h/g，其次为壳聚糖-虾青素酯微胶囊（（29.64±2.84）µg·h/g），显著高于菊粉和阿拉伯胶包封的虾青素酯微胶囊。结果表明虾青素酯生物利用度的促进效果与微胶囊壁材种类具有相关性。但是该结果与包埋率和微胶囊微观形态的数据趋势并不完全一致，这可能因为虾青素酯微胶囊消化吸收是一个复杂的过程，与其在胃肠道中的稳定性、控制释放、肠道滞留时间、水解率和跨膜转运蛋白等因素相关。
结论
本研究探讨了4 种多糖基质虾青素酯微胶囊微观形态、稳定性和生物利用度。热稳定性结果表明，4 种多糖基虾青素酯微胶囊中褐藻糖胶-虾青素酯活化能最高，其次是菊粉-虾青素酯微胶囊。结合扫描电子显微镜结果可知，多糖基虾青素酯微胶囊的完整性和壁材致密性比包封率更能表征虾青素酯微胶囊稳定性。虾青素酯微胶囊壁材完整，趋向于球形更有利于提高虾青素酯稳定性；虾青素酯微胶囊微观形态出现严重褶皱，且伴随着壁材破裂，虾青素酯稳定性下降。总体而言，微胶囊化的虾青素酯样品稳定性显著高于游离虾青素酯油样品。小鼠体内消化吸收实验结果表明，基于多糖基质的虾青素酯微胶囊生物利用度显著高于虾青素酯对照组。4 种多糖基质虾青素酯微胶囊中，褐藻糖胶-虾青素酯微胶囊和壳聚糖-虾青素酯微胶囊样品生物利用度显著高于另外2 种多糖基虾青素酯微胶囊，表明褐藻糖胶和壳聚糖基质具有高效促进虾青素酯消化吸收的作用。该结果可为后续建立复合食品基质体系提供明确的多糖基质。
本文《多糖基质虾青素酯微胶囊制备及其稳定性和消化吸收特性》来源于《食品科学》2025年46卷第16期100-106页，作者：李红光，马佳华，毕聪慧，陶裕，徐杰，王林彬，邵廷，杨鲁*。DOI：10.7506/spkx1002-6630-20250123-173。点击下方阅读原文即可查看文章相关信息。
实习编辑：农梦琪；责任编辑：张睿梅。点击下方阅读原文即可查看全文。图片来源于文章原文及摄图网
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