《Food and Bioproducts Processing》：Microencapsulation of Lemongrass Oil by Spray Drying: Role of Emulsion Size, Oil Loading, and Inlet Air Temperature on Flavor Retention and Release Kinetics
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微胶囊化技术通过喷雾干燥工艺制备柠檬草油包埋材料，系统研究了油含量、乳化液尺寸及进风温度对包埋效率、结构特征及释放动力学的影响，发现微结构调控（如孔隙率和壁厚）是决定长期稳定性的关键因素，并建立Avrami动力学模型解释扩散控制释放机制。
Narin Paiboon|Malinee Kaewpanha|Uracha Rungsardthong Ruktanonchai|Hidefumi Yoshii|Apinan Soottitantawat
泰国曼谷拉德克拉邦国王蒙固科技学院食品工业学院食品加工工程系
摘要
本研究采用喷雾干燥法，利用改性淀粉（Capsul?）对柠檬草油进行微胶囊化处理，以探讨影响风味保留和释放的过程-结构-传输关系。研究了油含量、乳液粒径和进气流温度对乳液特性、香叶醇保留率、粉末形态及稳定性的影响。油含量的增加导致乳液滴径增大、乳化效率降低以及表面油含量升高，从而降低了香叶醇的保留率。Capsul?表现出优异的封装性能，最多可保留40%的柠檬草油且损失极少。乳液滴径是决定性的结构因素，较小的滴径能够实现更好的风味保留并减少表面油含量。通过将微观结构分析与动力学模型相结合，研究表明，长期稳定性主要由干燥过程中形成的颗粒结构决定，而不仅仅是保留效率。释放曲线符合Avrami动力学模型，表明传输过程受扩散控制，较大滴径和较高油含量会导致扩散速率加快。尽管进气流温度对即时香叶醇保留率影响较小，但它显著影响了粉末的微观结构：较高温度产生壁较薄的颗粒，而低于140°C的温度则增加了残留水分、降低了玻璃化转变温度并加速了挥发性成分的释放。这些发现为喷雾干燥工艺的合理设计和优化提供了理论依据，以提升微胶囊化风味系统的稳定性和释放性能。
引言
柠檬草（Cymbopogon citratus）因其独特的柑橘香气而备受推崇，广泛应用于烹饪、饮料和传统医药领域。其精油富含香叶醇（由neral和geranial异构体组成），这不仅提升了其感官品质，也赋予了其多种功能性。柠檬草精油在香水、化妆品以及肥皂和乳液等保健产品中得到广泛应用（Oyedele等，2002；Tazi等，2024）。在泰国菜中，柠檬草是关键食材，尤其是在Tom Yum汤等菜肴中，其独特的香气是不可或缺的特色。尽管市场上已有即食Tom Yum汤产品，但由于风味与原版差异较大，未能获得广泛欢迎。这可能是由于食品加工和储存过程中风味成分的降解与损失所致。柠檬草精油的主要成分是香叶醇（3,7-二甲基-2,6-辛二烯醛），其中包含neral和geranial两种几何异构体。香叶醇在酸性环境和氧化应力下容易降解，从而产生不良异味（Djordjevic等，2007；Khasanah等，2025）。对于即食Tom Yum汤等产品而言，保持新鲜香气至关重要。因此，需要有效策略来防止柠檬草风味在干燥食品中的流失。将风味成分微胶囊化对于风味和食品工业具有重要意义。微胶囊化技术是指将固体、液体或气体材料封装在微型密封胶囊中的技术，生成的微胶囊尺寸可从亚微米到几毫米不等，形状因材料和制备方法而异（Samborska等，2022；Santos等，2025；Sobel等，2023）。该技术可防止可降解反应，避免挥发性风味成分的损失，并提升风味核心材料的稳定性（Pellicer等，2019；Sobel等，2014）。本研究旨在利用微胶囊化技术开发柠檬草风味粉末，作为即食Tom Yum汤的关键成分，从而在储存过程中保持其原有的风味和香气。
挥发性风味的微胶囊化方法包括喷雾干燥、喷雾冷却、喷雾冷冻、冷冻干燥、脂质体包封、空气悬浮涂层、挤出、共凝聚和包合复合物等。由于操作简便且成本低廉，喷雾干燥是食品工业中制备干燥、稳定风味添加剂的首选方法（Bano?i?等，2023；Fang和Bhandari，2012；Fonseca等，2024）。然而，喷雾干燥过程中，干燥剂的固含量、处理温度以及封装材料的性质和性能都会显著影响风味成分的保留效果（Huerta-Vera等，2025；Mamusa等，2021；Wojciechowski和Stefanowicz，2024）。尽管该技术已发展多年，但对于高挥发性精油（如柠檬草油）而言，由于液滴聚集、乳化稳定性差及雾化过程中快速挥发等问题，其应用仍面临挑战。
化学改性淀粉在微胶囊化食品成分中具有广泛应用，其中Capsul?是一种通过辛烯基琥珀酸酐改性的淀粉，含有亲脂性基团，能在喷雾干燥过程中有效保留挥发性成分。与传统材料（如阿拉伯胶）相比，Capsul?可在更高的固含量下使用，并提供更好的乳液稳定性（Carvalho等，2019；Frascareli等，2012；Huerta-Vera等，2025）。这些特性使得Capsul?成为食品工业中高效可靠的封装剂，有助于更好地保存和稳定封装成分（Cáceres等，2022；Rigolon等，2024）。
尽管喷雾干燥在风味微胶囊化领域得到广泛应用，但对于柠檬草油而言仍存在一些知识空白。首先，乳液粒径和油含量对封装性能的综合影响尚未得到系统量化，尽管这些因素对液滴稳定性和风味保留率有显著影响。其次，对于富含香叶醇的高挥发性、热敏性精油而言，进气流温度对微观结构形成和释放动力学的影响尚不明确。此外，很少有研究利用扫描电子显微镜（SEM）探讨内部颗粒结构（如孔隙率、液泡形成和壳层厚度），以阐明风味保留和释放的机制。目前尚未有研究整合乳液性质、颗粒形态、表面油含量和释放动力学来阐明工艺相互作用对最终粉末稳定性的影响。
为填补这些空白，本研究系统地研究了利用改性淀粉（Capsul?）通过喷雾干燥法对柠檬草油进行微胶囊化的过程，重点探讨了乳液粒径、油含量和进气流温度之间的相互作用及其对香叶醇保留率、表面油含量、颗粒形态和释放行为的影响。通过扫描电子显微镜（SEM）分析了喷雾干燥颗粒的外部和内部结构，从而揭示了油滴在胶囊基质中的空间分布。同时，通过释放动力学研究阐明了不同配方和工艺条件下的风味扩散机制。这一综合方法旨在优化配方和工艺参数，最终目标是提高风味保留率、减少表面油含量，并提升柠檬草油粉末的氧化稳定性，为其在食品和营养保健品领域的应用奠定基础。
材料
柠檬草油购自泰国Nonthaburi的Thai-China Flavours and Fragrances Industry Co., Ltd.；改性淀粉（Capsul?）购自日本东京的Nippon NSC Co., Ltd。分析中使用的有机化学品均为分析级。
进料乳液的制备
将Capsul?粉末溶解在温热的蒸馏水中制备载体溶液。乳液配方中含50%的水分和50%的固体成分（包括柠檬草油和封装材料）。
柠檬草油含量对乳液特性的影响
柠檬草油含量对乳液特性至关重要，因为乳液滴径直接影响喷雾干燥后的香气保留率。本研究准备了含20%、40%、50%和80%柠檬草油的乳液，以评估其对液滴尺寸和分布的影响。喷雾干燥条件设定为进气流温度160°C。油含量的增加导致乳液滴径增大（Nguyen等）。
结论
通过喷雾干燥法成功实现了使用改性淀粉（Capsul?）作为壁材料的柠檬草油微胶囊化，确定了乳液特性、油含量和进气流温度是影响粉末质量和稳定性的关键因素。油含量的增加导致乳液滴径增大、乳化效率降低以及相分离倾向增强，从而降低了香叶醇的保留率并增加了表面油含量。Capsul?证明了其优异的封装性能。
未引用的参考文献
(Turchiuli等，2005)
CRediT作者贡献声明
Apinan Soottitantawat：资源调配、项目管理、资金筹集、概念构思。Hidefumi Yoshii：监督、资金筹集。Narin Paiboon：撰写-审稿与编辑、初稿撰写、数据分析。Ruktanonchai Uracha：项目管理、概念构思。Malinee Kaewpanha：初稿撰写、方法设计、实验研究。
利益冲突声明
作者声明不存在可能影响本文研究的财务利益冲突或个人关系。
致谢
本研究得到了泰国朱拉隆功大学工程学院化学工程系颗粒与材料加工技术卓越中心的支持。
