《Food Hydrocolloids》：Volatility-Tuned Encapsulation in V-Type Starch: Phase-Dependent Efficiency and Release Kinetics
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本研究系统探究了V型淀粉在液相、醇相及固相中挥发性芳香物质包埋行为的影响。结果表明，高挥发性化合物（如薄荷酮）在液相/固相中包埋量达45.0 mg/g，低挥发性物质（如香茅醇）在醇相中包埋量达76.0 mg/g，且挥发特性调控了淀粉结晶结构及释放动力学。
Kunheng Lai|Peiying He|Paul Van der Meeren|Bin Zhang|Xiong Fu|Qing Gao|Qiang Huang
中国华南理工大学食品科学与工程学院，广东省天然产物绿色加工与产品安全重点实验室，广州510640
摘要
虽然香气挥发性对基于淀粉的递送系统中的包封效率具有关键性影响，但其相依赖机制仍不明确。本研究系统地探讨了香气挥发性对V型淀粉在水相、乙醇相和固相中包封行为的影响。高挥发性化合物（薄荷酮：25°C时蒸气压为36 Pa）通过高温/高压增强分子流动性，在水相/固相中实现了较高的负载量（高达45.0 mg/g）；而低挥发性化合物香叶醇（25°C时蒸气压为4 Pa）则在乙醇相中表现出优异的性能（76.0 mg/g），这得益于更长的平衡时间。不同相中的香气释放速率依次为乙醇相 < 固相 < 水相，且在各种挥发性香气中，香叶醇 < 薰衣草醇 ≈ (-)-香芹酮 < 薄荷酮。乙醇/固相形成了更强的V型结晶度（高达25.53%），从而延缓了香气释放（Avrami k = 0.06–1.29，而物理混合物中为0.18–2.43），尤其是对于低挥发性化合物而言。这些发现为选择高效包封挥发性化合物的溶剂在食品和制药应用中提供了新的见解。
引言
由于淀粉-客体包合物（ICs）独特的分子包封能力，它们在食品加工、储存、消化、营养吸收以及淀粉类食品的健康效应方面具有显著且广泛的应用前景（Putseys等人，2010年）。通过将生物活性分子（多酚、脂肪酸或香气化合物）纳入淀粉的螺旋腔或晶体结构中，可以有效地解决一些固有的缺点（例如稳定性低、溶解度低和挥发性高）（Rodríguez & Bernik，2013年）。此外，淀粉-客体ICs对调节淀粉的消化性和回生、改善肠道稳态、掩盖异味以及控制释放具有重要作用（Tan & Kong，2020年）。
多种因素，包括淀粉和客体分子的结构与化学性质以及工艺技术和相应参数，决定了淀粉与客体分子之间高效且稳定的复合物形成（Chen等人，2025年；L. Guo等人，2025年）。淀粉的结构特征（如淀粉类型、直链淀粉含量、聚合度及V型晶体含量）与这种复合物形成之间的关联已得到深入研究（Shi等人，2021年；Zhu等人，2024年）。对于客体分子，目前关于其形成能力的研究主要集中在它们的物理化学性质（溶解度和亲水性）或化学结构（分子大小、链长和官能团）（Gao, Zheng, Van der Meeren等人，2022年；Kong & Ziegler，2014年）。然而，许多功能性客体分子（特别是香气分子）的挥发性这一关键物理化学性质与其与淀粉的复合行为之间的关系仍存在争议。特别是，客体的饱和蒸气压——作为其挥发性的指标——对复合物的形成路径、包封稳定性和释放动力学的影响尚未明确。
挥发性香气分子（如醛类、酯类）的广泛应用与其易挥发性之间的内在矛盾，在食品和风味工业中一直是一个长期存在的挑战（Lei等人，2026年）。例如，在食品加工或保存过程中，由于高温、氧化或扩散作用，香气成分容易流失，导致风味劣化（Chen等人，2026年）。尽管淀粉包合物已被证明能有效延缓香气释放，但客体挥发性作为包封过程中的动态参数的机制作用却被忽视了。值得注意的是，客体的蒸气压可能通过调节其在溶液中的扩散速率、与淀粉的界面吸附能量以及包封后的逃逸倾向来影响复合物的热力学稳定性和释放动力学（Wu & Ondruschka，2005年）。然而，高蒸气压的香气分子是否会在包封过程中因快速挥发而降低有效浓度，而低蒸气压分子是否因扩散限制而难以渗透到淀粉腔内，这些仍需进一步讨论和验证。对客体挥发性与复合机制之间相关性的充分理解仍然不足，这一差距也延伸到了包括水相、有机相和固相在内的多相系统的比较研究中。
因此，本研究选择了具有明显不同饱和蒸气压的典型芳香化合物作为模型客体分子，系统地探讨了挥发性对V型淀粉在不同相中包封性能的影响。为了涵盖广泛的相关加工条件，选择了三种不同的模型相进行比较：高温水相（模拟水热处理）、低温乙醇相（模拟溶剂浸渍）以及无溶剂固相（模拟干热/加压处理）。通过比较不同客体所形成的淀粉包合物的负载量、长结构和短结构、热稳定性及释放动力学，我们旨在评估：（1）客体挥发性如何影响淀粉包合物的有序结构；（2）蒸气压和溶剂环境对不同相系统中包封效率的协同效应；（3）不同挥发性客体的V型淀粉的稳定能力和控释性能有何差异。这类数据将有助于基本理解淀粉-客体结合相互作用，并为高效包封挥发性生物活性分子提供新的视角。
材料
高直链淀粉玉米淀粉（HAMS，Gelose 80，直链淀粉含量：80.68 ± 0.81%）由Ingredion（中国上海）提供。香叶醇（CAS 106-24-1，纯度98%）、薰衣草醇（CAS 78-70-6，纯度98%）、(-)-香芹酮（CAS 6485-40-1，纯度98%）和薄荷酮（CAS 14073-97-3，纯度98%）及其相应的标准物质购自上海宇源生物科技有限公司。所有其他试剂、溶剂和化学品均为分析纯度，并从当地供应商处采购。
淀粉-香气ICs中的香气含量
表1总结了本研究中考察的四种香气的结构特征和关键物理化学性质。挥发性描述了某种物质进入气相的容易程度，通常通过该化合物的蒸气压来表示。（Goubet等人，1998年）。香气分子的挥发性通常与三个因素有关：疏水性、官能团和分子量（Covarrubias-Cervantes等人，2004年）。所包含的四种香气中有两种醇类和两种酮类
结论
总之，本文比较了在水相、乙醇相和固相中制备的四种不同挥发性香气化合物（即香叶醇、薰衣草醇、(-)-香芹酮和薄荷酮）的包合物的负载量、有序结构和释放动力学。在高温水相及固相中制备的四种不同挥发性淀粉-香气ICs的负载量顺序为：香叶醇 < 薰衣草醇 < (-)-香芹酮 < 薄荷酮。
CRediT作者贡献声明
Xiong Fu：撰写 – 审稿与编辑，研究。Bin Zhang：撰写 – 审稿与编辑，研究。Paul Van der Meeren：撰写 – 审稿与编辑，研究。Qiang Huang：撰写 – 审稿与编辑，验证，监督，资金获取，概念化。Qing Gao：撰写 – 审稿与编辑，可视化，概念化。Peiying He：软件，研究，数据管理。Kunheng Lai：撰写 – 原稿，软件，方法学，研究，正式分析
未引用的参考文献
Gao等人，2020年；Le等人，2021年；Ramamoorthy和Rajiv，2015年；Shi等人，2017年。
利益冲突声明
? 作者声明他们没有已知的可能会影响本文所述工作的财务利益或个人关系。
致谢
作者感谢国家自然科学基金（32302130）和广东省基础与应用基础研究基金（2024A1515010081）的支持。
