《Food Hydrocolloids for Health》：Elderberry juice from Argentine Patagonia encapsulated by freeze-drying and spray-drying using different carriers: characterization and stability against heating and storage
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本研究针对接骨木花青素在加工储存中易降解的问题，系统比较了麦芽糊精(MD)、乳清蛋白浓缩物(WPC)和大豆分离蛋白(SPI)三种载体通过冻干(FD)和喷雾干燥(SD)技术微胶囊化接骨木果汁的效果。结果表明，MD载体在花青素保留方面表现最佳（cy-3G保留率达85.2%），而蛋白质载体（特别是WPC）在抗结块性和物理稳定性方面更具优势。该研究为开发稳定的接骨木果功能性食品配料提供了重要理论依据和实践指导。
在阿根廷巴塔哥尼亚地区生长的接骨木果（Elderberry），因其富含花青素（anthocyanins）等生物活性成分而备受关注。花青素不仅赋予果实鲜艳的紫红色泽，更具有抗氧化、抗炎、抗癌等多种健康益处。然而，这些宝贵的化合物却异常脆弱，对光、氧、pH值变化，特别是高温十分敏感，在加工和储存过程中极易降解，这严重限制了接骨木果在食品工业中作为天然色素和功能性配料的应用。为了解决这一难题，微胶囊化技术（microencapsulation）应运而生，它如同为活性成分穿上了一件“保护外衣”，能够有效隔离外界不良因素，提高其稳定性。
传统的脱水方法，如喷雾干燥（spray-drying, SD）和冷冻干燥（freeze-drying, FD），是制备微胶囊化粉末的常用手段。其中，麦芽糊精（maltodextrin, MD）因其成本低、溶解性好而被广泛用作载体材料。但近年来，蛋白质类载体，如乳清蛋白浓缩物（whey protein concentrate, WPC）和大豆分离蛋白（soy protein isolate, SPI），因其良好的乳化性、成膜性以及潜在的营养增强作用，显示出巨大的应用潜力。那么，对于接骨木果汁而言，究竟哪种干燥方法搭配哪种载体，才能在最有效地保护花青素的同时，还能保证粉末产品具有良好的物理特性（如不易结块、流动性好）呢？为了回答这个问题，阿根廷天主教大学的研究团队开展了一项系统性的研究，成果发表在《Food Hydrocolloids for Health》上。
研究人员主要采用了喷雾干燥和冷冻干燥两种技术，以MD、WPC和SPI为载体材料，在相同的载体与果汁固体比例（2:1）下，对阿根廷巴塔哥尼亚产区的接骨木果汁进行微胶囊化。他们对获得的粉末进行了全面的表征，包括水分含量、水分活度（aw）、吸湿性、玻璃化转变温度（Tg）等物理化学性质，并重点评估了粉末在加速储存条件（38°C，43%和58%相对湿度）和热处理（85°C）下花青素（特别是矢车菊素-3-葡萄糖苷，cyanidin-3-glucoside, cy-3G）的保留率、颜色稳定性以及抗结块性能。
3.1. 粉末的物理化学特性及花青素保留
研究首先对制备的六种粉末（FD-WPC, FD-MD, FD-SPI, SD-WPC, SD-MD, SD-SPI）进行了基础表征。结果显示，喷雾干燥粉末的水分活度普遍高于冷冻干燥粉末。蛋白质载体（WPC和SPI）制备的粉末通常具有更高的水分含量，其中SD-SPI样品的水分活度（0.192）和水分含量（5.26%）最高。所有粉末的玻璃化转变温度（Tg）在47°C至53°C之间，差异不大。在吸湿性方面，SD-SPI表现出最强的吸湿能力（水分增加21.08%），而SD-WPC的吸湿性最低（15.22%）。颜色分析表明，MD基粉末（尤其是SD-MD）具有更高的a*值（代表红色度）和更低的色调角（h°），显示出更纯正的红色。而蛋白质载体，特别是SPI，则导致粉末和提取液呈现更多的棕色调（更高的h°）。
最关键的花青素保留率分析显示，所有粉末都实现了较高的花青素封装效率。MD基粉末，尤其是FD-MD，在cy-3G保留率（85.2%）和粉末中cy-3G含量（53.6 mg/100g）方面表现最佳。SD-MD和SD-SPI也表现出较高的保留率（分别为83.9%和82.7%）。相比之下，WPC基粉末的cy-3G保留率相对较低（FD-WPC: 70.5%, SD-WPC: 64.5%）。通过pH示差法测定的总单体花青素（total monomeric anthocyanins, TMA）保留率普遍高于HPLC测定的cy-3G保留率，范围在85%到100%之间，表明可能存在除cy-3G外的其他花青素或聚合现象。
3.2. 粉末在43%和58%相对湿度下的稳定性
为了模拟实际储存条件，研究人员将粉末置于38°C、43%和58%相对湿度（RH）下储存9天。在43% RH条件下，冷冻干燥粉末的cy-3G保留率在59%至69%之间，TMA保留率在71%至84%之间。喷雾干燥粉末的cy-3G保留率在53%至75%之间，TMA保留率在82%至85%之间。MD基系统在两种干燥方法下都表现出最高的单体化合物保留率。当湿度升高至58% RH时，花青素降解加剧，cy-3G保留率降至33%至68%，MD基冷冻干燥粉末仍保持最高保留率（68%）。
颜色稳定性方面，尽管花青素含量有所下降，但颜色参数a*（红色度）的下降幅度相对较小。储存期间，所有粉末的色调角（h°）均有增加，表明颜色向棕色调转变，这种现象在喷雾干燥粉末和SPI载体中更为明显。聚合色（polymeric color, PC）的测定显示，储存后PC%有所增加，表明发生了花青素与其他化合物的聚合反应。
物理稳定性（抗结块性）是粉末产品的另一个关键指标。研究发现，冷冻干燥粉末比喷雾干燥粉末表现出更好的抗结块和抗团聚能力。在不同载体中，MD基粉末在所有测试条件下都出现了明显的结块现象。而WPC和SPI基粉末，特别是冷冻干燥产品，即使在58% RH下储存9天后，仍能保持良好的流动性，仅出现轻微团聚。这种抗结块性的差异不能完全用玻璃化转变温度（Tg）来解释，因为各系统的Tg值相近。研究人员推测，蛋白质在颗粒表面的迁移和成膜特性，以及其与多酚物质的相互作用，可能起到了关键的保护作用。
3.3. 热稳定性
考虑到粉末配料可能用于烘焙食品等需加热的场景，研究人员还评估了粉末在85°C加热条件下的稳定性。由于喷雾干燥粉末在加热时迅速结块，难以评估其内容物稳定性，因此热稳定性研究主要集中在冷冻干燥粉末上。研究比较了初始水分含量为1%和3%的粉末。
结果表明，水分含量对热稳定性有显著影响。在1%水分条件下，MD-FD粉末的TMA保留率最高（加热6小时后保留89%），而WPC-FD和SPI-FD的TMA保留率分别约为75%。对于主要的单体花青素cy-3G，其热稳定性远低于TMA。在1%水分条件下，MD-FD的cy-3G保留率为65%，而WPC-FD和SPI-FD分别仅为30%和45%。当水分含量增至3%时，所有系统的花青素降解速度都大幅加快，WPC-FD样品在加热6小时后TMA保留率降至23%。降解动力学分析显示，MD基系统的花青素半衰期（t1/2）最长，表明其保护效果最好。
颜色变化方面，加热过程中，所有样品的a*值相对稳定，但蛋白质载体（WPC和SPI）样品的色调角（h°）增加更明显，颜色更偏向棕色。MD基粉末则能更好地保持鲜艳的红色。聚合色（PC%）在加热后均有所上升。
4. 结论与意义
本研究系统评估了不同载体和干燥技术对接骨木果汁微胶囊化效果的影响，得出以下主要结论：
- 1.
三种载体（MD, WPC, SPI）通过冻干和喷雾干燥均能实现较高的花青素初始保留率（70-85%），喷雾干燥在优化条件下可以达到与冻干相近的保留效果。
- 2.
MD载体在保护花青素（特别是cy-3G）免受热和储存降解方面表现最优，但其抗结块性能较差，需要低湿度环境维持粉末流动性。
- 3.
蛋白质载体（WPC和SPI）虽然在花青素保留方面略逊于MD，但在抗结块性和物理稳定性方面表现出显著优势，即使在较高湿度下也能保持较好的粉末状态。
- 4.
冷冻干燥粉末相比喷雾干燥粉末具有更好的物理稳定性（抗结块性），更适用于可能经历加热过程的终端产品。
- 5.
花青素的降解（尤其是单体cy-3G）与颜色变化并不同步，颜色可能通过共色作用（copigmentation）等机制得以相对保持，尽管活性成分含量已下降。
这项研究的意义在于为食品工业选择接骨木果微胶囊化方案提供了详实的科学依据。根据最终产品的需求（如更注重色素稳定性、物理流动性或是营养强化），可以选择不同的载体和干燥工艺组合。例如，若目标产品需要经历高温加工或长期储存，且对颜色稳定性要求极高，MD基冻干粉末可能是优选。若产品更注重在使用过程中的自由流动性和物理稳定性，尤其是在可能吸湿的环境中，那么WPC或SPI基的冻干粉末则更具优势。此外，研究结果也提示，未来开发MD与蛋白质的复合载体系统，有望协同提升粉末的花青素保护能力、颜色稳定性和物理性能，为开发高品质的天然功能性食品配料开辟了新方向。
