近年来，随着人们对食品的兴趣日益浓厚，风味研究逐渐成为国际热点，而食品的特色风味是产品开发和改进的核心指标。然而，常见风味物质多为易挥发性小分子，其化学稳定性较差，在加工、储存或制备过程中易受温度、氧气等外界环境因素影响，导致挥发或变质。在此背景下，风味包埋技术为克服上述挑战提供了一种有效策略。该技术通过适宜的壁材将风味物质包覆，形成一个保护性屏障。该屏障能有效阻隔光、氧气和湿度等不利因素的影响。同时，包埋技术还能改善风味物质的分散性与操作便利性，便于储存与运输，并有效掩盖不良气味。
在风味包埋体系中，壁材的选择是决定包封效率、稳定性及释放行为的关键。常用包埋材料的种类大体分为两类，多糖类如淀粉、壳聚糖等；蛋白类如乳清蛋白、大豆分离蛋白等；相对于蛋白类壁材，多糖类壁材拥有成本低、机械性能较好等优点。其中，淀粉作为一种来源广泛、成本低廉、生物相容性优异的天然多糖，在作为精油等风味物质的包封材料时展现出巨大潜力。其独特的直链与支链分子结构使其易于通过重结晶形成致密的凝胶网络，从而具备良好的成膜性与屏障性能，为包封对象提供基础的物理保护。然而其还是存在阻隔能力差、乳化能力差、水敏感性强的缺点，这大大限制其作为食品壁材的应用。在此背景下，壳聚糖因其独特的分子结构成为理想的互补材料。壳聚糖是天然多糖中少有的带正电荷的阳离子聚合物，其分子链上的大量氨基与羟基具有高反应活性。Zhang Xinying等研究发现壳聚糖可以有效降低淀粉糊化黏度，增强加工特性。同时可以通过静电作用以及形成氢键影响淀粉双螺旋结构的变化，形成更致密更稳定的结构，这极大地增强了壁材的机械强度和对水的阻隔性能。
壬酸又称天竺葵酸，作为一种天然存在的九碳中链饱和脂肪酸，广泛存在于乳制品、椰子油及某些发酵食品中。近年来，随着食品工业对风味增强和功能性添加剂需求的增长，壬酸因其独特的感官特性和抗真菌特性而受到广泛关注。但因其强挥发性的刺激气味，目前国内外对该物质的实验研究相对稀少，故本研究选择壬酸作为模型风味物质进行包埋。
广西科技大学生物与化学工程学院的关皓天、黄永春*、唐湘毅*等以由壳聚糖和籼米淀粉组成的二元复合基质作为壬酸的包合载体，通过傅里叶变换红外光谱（FTIR）仪、X射线衍射（XRD）仪、扫描电子显微镜（SEM）、质构仪、流变仪等表征技术进行分析，探究壳聚糖添加量对二元复合基质的结构变化影响及复合物对壬酸风味分子的包埋能力的影响，以期为开发性能可控、包埋效率优异的壬酸风味分子载体提供理论依据和工艺参数支撑。
1 籼米淀粉的基本组成
由表1可知，籼稻淀粉中水分质量分数为8.31%，而直链淀粉质量分数较高，为27.11%。此外，样品中蛋白质和脂肪质量分数均低于1%，分别为0.88%和0.22%。
2 壳聚糖-籼米淀粉基壬酸复合物质构特性分析
质构是由食品体系中各组分及其空间结构共同决定的综合物理属性，能够直观反映凝胶体系的力学特征与结构完整性。由表2可知，二元基质复合物的硬度与咀嚼性在整体上呈现出一致的变化规律：随着壳聚糖质量分数的提高，两者均表现为逐渐降低，表明壳聚糖的引入在一定程度上削弱了凝胶网络的致密性与抗变形能力。除壳聚糖分子质量为500 kDa组，上述趋势发生明显反转，硬度与咀嚼性随壳聚糖质量分数的增加而显著提高，说明该分子质量范围内壳聚糖更有利于增强复合凝胶的结构强度。弹性参数对壳聚糖分子质量表现出显著依赖性：在低分子质量条件下，弹性随壳聚糖质量分数的增加而持续提高，而在高分子质量条件下则呈现先降低后升高的非线性变化，反映出凝胶网络在柔顺性与回复能力之间的动态平衡。凝聚力的变化同样受到分子质量调控，在50 kDa和200 kDa条件下，随着壳聚糖质量分数的增加凝聚力逐渐降低；当分子质量提高至500 kDa时，其变化趋势转变为先减小后增大；而在1 000 kDa条件下，凝聚力则随壳聚糖质量分数的增加而整体增强。恢复力对分子质量的响应更为敏感，仅在50 kDa条件下随壳聚糖质量分数的增加表现出先升高后降低的趋势，而在更高分子质量条件下均呈现先降低后升高的变化特征。壳聚糖分子质量与添加量的协同作用显著调控了二元基质复合凝胶的质构特性，其影响机制可能与凝胶网络中分子间相互作用方式及结构重排过程密切相关。
3 壳聚糖-籼米淀粉基壬酸复合物流变学特性分析
壳聚糖作为天然阳离子多糖，通过影响淀粉中羧基的负电荷降低静电排斥力，导致链彼此靠近，随着温度增加，有序状态向无序状态转变。同时凝胶体系中分散着浸出的直链淀粉颗粒逐渐膨胀，增加颗粒的体积分数，因此储能模量（G’）增加，直到达到峰值。此峰与淀粉颗粒持水能力及其发生颗粒解体之前的膨胀能力有关。峰值温度随着壳聚糖的存在而增加，通常随着壳聚糖添加量的增加而增加得更加明显，这也意味着壳聚糖可以软化淀粉颗粒，并且颗粒被彻底破坏发生的温度更高。
由图1可知，壳聚糖的添加可明显提高二元复合风味凝胶的G’和损耗模量（G”），其中，当壳聚糖分子质量为500 kDa时，G’和G”随壳聚糖添加量的增加而明显增加，表明二元复合凝胶的黏弹性对该分子质量壳聚糖的添加量具有更高的依赖性，这一结果与质构分析结论高度一致。强相互作用可能是因为二元复合凝胶化学结构中的羧基和大量侧链。壳聚糖的加入使复合物糊化温度增加，随着壳聚糖添加量的增加，不同分子质量下有着不同的表现，在壳聚糖分子质量为50 kDa、质量分数为1%时二元基壬酸风味复合物糊化温度较高；在壳聚糖分子质量为200、500 kDa，质量分数为1.5%时，二元基壬酸风味复合物糊化温度较高；在壳聚糖分子质量为1 000 kDa、质量分数为2%时，二元基壬酸风味复合物糊化温度较高。这可能与壳聚糖的存在有关，在升温期间壳聚糖的存在延迟淀粉颗粒的膨胀，壳聚糖与淀粉颗粒共同竞争水分子，阻碍彼此间的相互作用，在达到更高的温度时会显著增加G’。Funami等认为非淀粉多糖的存在与抑制淀粉溶胀有关。1 000 kDa分子质量壳聚糖的添加，二元复合壬酸风味体系的G’、G”随添加量增加而减小，可能是由于大分子质量的分子链长，增加分子链间交联点，提高交联效率；并且在有限的单位体积内，分子链越长其权责折叠程度越大，分子链间接触面积越大，纠缠结越多，从而增强分子链间相互作用。
4 壳聚糖-籼米淀粉基壬酸复合物SEM分析
如图2所示，二元基壬酸复合物在壳聚糖分子质量为50 kDa时的微观形貌均多孔洞，表面似于树叶状；随着壳聚糖添加量的增加，呈规则蜂窝状，结构更清晰。Ghoshal等认为壳聚糖的加入使复合物结合更加紧密；Yin Peng等指出在淀粉中加入壳聚糖会使复合物表面形貌看起来粗糙，出现皱纹。
二元复合壬酸风味凝胶微观结构呈层状，是随着壳聚糖添加量增加由冻干过程中水分流失引起的，厚壁代表淀粉碎片之间增强的纠缠力。而研究表明密集层状结构在高温和特定湿度条件下，体系中可能存在大量水分子的局部糊化和溶胀，破坏淀粉结构内的双螺旋结构，同时在包含壬酸的二元复合物基质中发现气孔，也证明了这一观点。图像中也观察到一些团聚颗粒，可以归因于颗粒之间的表面张力和静电力的相互作用。
5 壳聚糖-籼米淀粉基壬酸复合物XRD特性分析
采用XRD分析研究二元基风味复合物的晶体变化。如图3所示，添加壳聚糖对复合物的晶型有所改变，二元基壬酸复合物随着壳聚糖添加量的增加，7.8°处衍射峰逐渐明显，13°、20°处衍射峰宽度逐渐变小但尖锐性逐渐加强。20°左右处衍射峰发生新的变化，19.8°处衍射峰强度几乎消失，20.8°处则出现新的尖锐衍射峰，这表明壳聚糖添加量的变化改变了壳聚糖/淀粉基质与壬酸分子间的结构，表明二者间存在相互作用，衍射峰强度则是两个多糖分子间相互作用的结果。添加1 000 kDa壳聚糖时，7.8°处衍射峰强度几乎湮灭，且壳聚糖质量分数达到1.5%时相对结晶度最低，为18.25%。
复合物形成结晶度的增加可能是由壳聚糖和淀粉之间的相互作用引起的，从而诱导出更有序的结构。Ning Yuejia等认为相对结晶度的改变是因为封装剂可以促进淀粉回生，XRD图谱通常不受封装的影响，而包封后淀粉相对结晶度的变化主要由有序结构的保留引起，并且可能通过焓变值的变化反映。Kraithong等认为结晶度的增加是因为淀粉分子变化或重排或包合过程中多糖分子内或分子间氢键的增加，从而促进结晶度的增加。
6 壳聚糖-籼米淀粉基壬酸复合物FTIR分析
如图4所示，所有复合物的红外光谱图具有很高的相似度，这是由于壳聚糖、籼米淀粉都属多糖类物质，具有相似的化学结构，各组分之间并未发生化学物质，各峰形状和强度发生了变化。红外光谱中并没有形成新的吸收峰，说明包合过程并未形成新的共价结构。
在1 710 cm-1处的强羰基振动峰和2 860 cm-1的羟基伸缩振动峰是鉴别羧酸的关键指标，表明淀粉壳聚糖二元复合物成功将壬酸分子包埋。1 655～1 660 cm-1处的透射是由壳聚糖羰基的拉伸振动导致，表明有残余的乙酰氨基，1 556 cm-1处为N—H的弯曲振动峰，表明存在未脱乙酰化的氨基，这都是壳聚糖的典型特征峰。壳聚糖中的—NH2和淀粉中的—OH相互作用形成3 600～3 000 cm-1的显著宽带，说明形成了分子间的氢键。随着壳聚糖添加量的增加，3 000～3 600 cm-1处宽峰出现两个峰值且有蓝移趋势，表明壳聚糖与籼米淀粉之间存在相互作用。值得注意的是，壳聚糖含量最高的膜和对照膜在该区域表现出较宽的波段。壳聚糖含量的增加使更多的氨基和羟基可用于反应和形成氢键，以实现分子间和分子内的内聚。Bof等在实验中观察到吸收峰的位移和吸收峰值的减少，认为是由壳聚糖与—CH官能之间的相互作用造成，这一结果证明了两种多糖大分子的相容性，即淀粉和壳聚糖相似的化学结构和线性结构的相互作用。Martínez-Camacho等对从废弃虾壳与青贮饲料中提取的壳聚糖进行了研究，发现酰胺I吸收峰发生蓝移，这一现象表明壳聚糖分子中的—NH2基团参与的氢键形成过程受到破坏。
7壳聚糖-籼米淀粉基壬酸复合物XPS分析
为了探究壳聚糖、淀粉和二元复合材料的元素组成和化学态分析，对3个材料进行XPS分析；从图5a1可以看出，N在淀粉中主要存在形式是—CO—NH—（399.8 eV），因为淀粉会与一些蛋白质或者多肽中的酰胺键结合；从图5a2可知，淀粉中的C元素主要以C—O（286.06 eV）、C＝O（287.8 eV）和C—C（284.6 eV）3种存在形式，是因为在淀粉形成过程中的葡萄糖骨架；从图5a3可以看出，在533.4、532.3、531.4 eV出的峰分别对应淀粉中的C—O、C—OH和C＝O 3种O元素的存在形式。从图5b1可知，壳聚糖中的N元素主要以—NH3+（399.06 eV）和—NH2（398.34 eV）组成，这主要是因为壳聚糖是由葡萄糖单元通过糖苷键连接而成的多糖，分子中存在大量氨基。氨基在弱酸性环境下，氨基易发生质子化反应，生成带正电的—NH3+；由图5b2可知，在壳聚糖中，C元素主要形成的化学键是288.4 eV的O—C—O键、287.8 eV的C＝O键、286.06 eV的C—O键、284.6 eV的C—C键；由图5b3可知，壳聚糖中的O元素主要存在形式是C—O（533.4 eV）、C—OH（532.3 eV）和C＝O（531.4 eV）。从图5c1可见，壳聚糖分子中的氨基—NH2与淀粉分子中的羟基—OH形成氢键后，其光电子能谱中—NH2的特征结合能峰消失，取而代之的是大量质子化氨基—NH3+（399.06 eV）的特征峰，这直观体现了二者间氢键作用引发的氨基质子化现象，壳聚糖分子中的游离氨基—NH2可攻击淀粉分子末端还原性糖的羰基发生美拉德反应，这一反应同样会使壳聚糖中的—NH2大量消耗；图5c2显示，在285.6 eV处的特征峰对应于C＝N键，该结果进一步证实了美拉德反应的发生。同时，位于287.8 eV的峰可归属于C＝O键，其可能来源于淀粉分子中固有的羰基，或是在美拉德反应过程中新生成的羰基结构；图5c3显示的羟基显著性减少证实了氢键的形成。
8壳聚糖-籼米淀粉基壬酸复合物DSC分析
由图6可知，二元基壬酸风味复合物的吸收峰明显向高温段移动，壳聚糖质量分数为1.5%时，复合物的热焓值最大，分子质量为50、200、500、1 000 kDa时分别为4.37、3.74、3.33、1.05 J/g。Yang Jie等发现随着壳聚糖浓度的增加，胶囊的焓值降低，可能是由于添加壳聚糖后淀粉中双螺旋结构的改变。Cooke等的研究表明，淀粉的焓变反映了淀粉颗粒中的有序结构的变化，数值则取决于淀粉颗粒的膨胀。
9壳聚糖-籼米淀粉基壬酸复合物TGA
图7显示淀粉基风味复合物和二元基风味复合物TGA曲线及微商热重分析（DTG）曲线图，3种风味微胶囊所测品均有着相似的降解模式。在二元基质风味复合物的热降解图中可以观察到两个分解步骤，第1个分解步骤发生在30～120 ℃范围内，主要是由二元基质风味复合物中的结晶水和物理吸附水挥发导致；第2个分解步骤发生在240～330 ℃范围内，可能是由于糖骨架的降解（壳聚糖和淀粉颗粒中分子链分解、糖环脱水），此时质量损失明显；第3个分解步骤发生在330～650 ℃，可能是由于吡喃糖环的热降解及残余碳的分解。在壳聚糖分子质量为200、500、1 000 kDa时，不同添加量的二元基质壬酸复合物样品热稳定性存在差异。结果表明，1.5%添加量样品的最终质量保留率均显著高于1%和2%添加量样品，其中200 kDa条件组中1.5%添加量样品的最终质量保留率最高，达27.91%；500、1 000 kDa条件组中1.5%添加量样品的最终质量保留率分别为21.11%、18.80%。与之形成对比的是，50 kDa条件组中1.5%添加量样品未呈现上述优势，其最终质量保留率仅为11.30%，这是因为包合的风味分子具有不同结构对残留量有影响。DTG曲线具有单峰特征这与样品的最大降解率相对应，Pawlak等的最大降解率对应的单一峰值是由两种成分的分解温度值相近造成。二元基质风味复合物的DTG曲线主峰出现在315～320 ℃左右，这归因于二元多糖基质的官能团形成的分子间作用力的高稳定性，需要更高的温度才能破坏分子键。
10空气-基质分配系数（K）和保留率（R）
如图8所示，二元基壬酸复合物拟合后的曲线回归方程决定系数R2均高于0.95，说明实验结果可靠，该方法可用于风味分子分配系数及保留率的测定。由表3可知，二元基复合体系中壬酸风味分子的K值均低于水体系，部分高于淀粉体系，即壬酸风味分子在复合体系中的保留率比在水、淀粉体系中高。壬酸在20、200、500、1 000 kDa分子质量下，随壳聚糖添加量的增加保留率也增加，说明添加量的增加会增大壬酸与多糖分子（壳聚糖、淀粉）间的分子间作用力，增强保留效果。
结 论
本实验探究了不同质量分数（1%、1.5%、2%）和分子质量（50、200、500、1 000 kDa）的壳聚糖与淀粉形成的二元基复合物对包埋风味分子壬酸后的结构特性（短程有序性、结晶特性、微观结构）和理化特性（质构、流变学特性）的影响，同时对二元基复合物对壬酸风味分子的包埋能力及包埋稳定性进行研究。
壳聚糖分子质量与质量分数的协同作用显著调控其与淀粉二元复合凝胶的质构特性。低至中等分子质量（50、200 kDa）组的硬度、咀嚼性随壳聚糖质量分数提高而降低；500 kDa组呈上升趋势，凝胶结构强度增强。弹性、凝聚力及恢复力的变化规律因壳聚糖分子质量不同存在明显差异，这与不同分子质量壳聚糖和淀粉分子间的相互作用及凝胶网络结构重排密切相关。流变学特性结果表明壳聚糖的添加会增加二元基复合风味凝胶的G’、G”，且不同分子质量的壳聚糖所制备的复合凝胶的糊化温度会随着壳聚糖质量分数的增加而产生不同的影响。壬酸复合物在200、500 kDa分子质量，1.5%质量分数时，延迟糊化温度效果较好；在小分子质量下1%的添加量组延迟糊化温度最好。XRD结果表明二元基壬酸风味复合物随着壳聚糖添加量的增加，7.8°、13°、20°处衍射峰均变得明显且尖锐。短程有序性结果表明随着壳聚糖添加量的增加，二元基质风味复合物并没有新的特征峰形成，官能团峰值则有移动现象出现，表明壳聚糖添加量的增加改变分子间的作用力。二元基质风味复合物微观形貌的结果表明随着壳聚糖添加量的增加，二元基质壬酸风味复合物表面趋于光滑呈现规则的蜂窝状。二元基质风味复合物XPS分析证实了淀粉和壳聚糖的相互作用；TGA结果表明二元基壬酸复合物的添加量为1.5%条件下时，分子质量为50、200、500、1 000 kDa时的最终保留率分别为17.86%、27.91%、21.11%、18.80%，随壳聚糖添加量的增加保留率增加。
作者简介
第一作者：
关皓天硕士研究生
广西科技大学生物与化学工程学院
2023年于沈阳工业大学获化学工程与工艺学士学位，同年9月就读于广西科技大学生物与化学工程学院化学工程与技术专业攻读硕士研究生学位，主要研究方向为碳水化合物绿色加工。
通信作者：
黄永春二级教授
广西科技大学 党委常委、副校长
上海交通大学 兼职博士生导师
广西柳州螺蛳粉工程技术研究中心 主任
广西高校糖资源绿色加工重点实验室 主任
2003年毕业于华南理工大学，获工学博士学位，同年入职广西科技大学，先后担任研究生处处长、生物与化学工程学院院长等职，现任学校党委常委、副校长。长期深耕生物资源加工技术与过程强化领域，聚焦糖资源绿色加工、天然产物开发等方向研究。主持国家自然科学基金、国家星火计划等国家级、省部级项目10余项，横向项目10 项；在《Ultrasonics Sonochemistry》等国际权威期刊发表论文50余篇，其中SCI收录多篇；获国家授权发明专利15 项，其中第一发明人10 项。先后获广西技术发明二等奖1 项、广西科技进步二等奖1 项、三等奖1 项，自治区科技成果3项 。入选广西“新世纪十百千人才工程”第二层次人选、首批广西高校卓越学者，获评广西青年科技奖、广西优秀专家等荣誉。兼任广西制糖学会副理事长、广西循环经济产业技术创新联盟专家委员会委员，担任《Ultrasonics Sonochemistry》等国际期刊审稿人，是广西一流学科化学工程与技术学科带头人，牵头组建糖资源加工技术与过程强化创新团队，为区域蔗糖、螺蛳粉等特色产业高质量发展提供重要技术支撑。
唐湘毅副教授
广西科技大学生物与化学工程学院
于2021年在华南理工大学食品科学与工程学院获得制糖工程博士学位，2023年至2025年在华南理工大学食品科学与工程学院从事博士后研究工作。研究方向聚焦功能性碳水化合物构建与功能、生物资源绿色加工及过程强化、油凝胶结构设计与功能三大领域。科研成果丰硕，主持中国博士后科学基金、广西自然科学基金青年基金等多项省部级及以上项目，担任广西重点研发计划技术负责人。发表论文23 篇，其中SCI论文14 篇（中科院一区Top 12 篇，4 篇影响因子＞10），授权发明专利4 项，研究成果在食品化学、生物大分子等领域权威期刊发表，具有较高学术价值。
引文格式：
关皓天, 黄永春, 唐湘毅, 等. 壳聚糖添加量对壳聚糖-籼米淀粉二元基壬酸复合物的影响[J]. 食品科学, 2026, 47(3): 67-78. DOI:10.7506/spkx1002-6630-20250825-174.
GUAN Haotian, HUANG Yongchun, TANG Xiangyi, et al. Effect of chitosan concentration on nonanoic acid-encapsulated chitosan-indica rice starch complex[J]. Food Science, 2026, 47(3): 67-78. (in Chinese with English abstract) DOI:10.7506/spkx1002-6630-20250825-174.
实习编辑：魏雨诺；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
为系统提升我国食品营养与安全的科技创新策源能力，加速科技成果向现实生产力转化，推动食品产业向绿色化、智能化、高端化转型升级，由北京食品科学研究院、中国食品杂志社《食品科学》杂志（EI收录）、中国食品杂志社《Food Science and Human Wellness》杂志（SCI收录）、中国食品杂志社《Journal of Future Foods》杂志（ESCI收录）主办，合肥工业大学、安徽省食品行业协会、安徽大学、合肥大学、合肥师范学院、北京工商大学、中国科技大学附属第一医院临床营养科、安徽粮食工程职业学院、皖西学院、滁州学院、蚌埠学院共同主办的“ 第六届食品科学与人类健康国际研讨会 ”，将于 2026年8月15-16日（8月14日全天报到） 在 中国 安徽 合肥 召开。
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