《Food Chemistry》：Encapsulation of echium oil by electrospraying and mono- or coaxial spray-drying using plant protein hydrolysates as emulsifiers
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为解决富含n-3多不饱和脂肪酸的植物油脂（如琉璃苣油）易氧化、难以稳定应用于功能食品的问题，本研究创新性地采用啤酒糟（BT）与脱脂葡萄籽粉（GT）两种植物蛋白水解物作为乳化剂，系统比较了电喷雾、单轴（2FN）与同轴（3FN）喷雾干燥三种技术制备的nano-microcapsules的性能。研究结果表明，BT水解物因其更强的乳化能力与可形成高黏弹性界面膜，可制备出氧化稳定性更佳的微胶囊；而对于乳化能力较弱的GT，同轴喷雾干燥技术可形成核心-壳层结构，有效减少油脂渗漏，从而提升氧化稳定性。该研究为开发植物基、高稳定性的Omega-3功能食品配料提供了新策略。
在追求健康饮食的今天，Omega-3多不饱和脂肪酸（n-3 PUFAs）因其对心血管、大脑健康等多方面的益处而备受推崇。然而，这些“健康脂肪”却有一个共同的“天敌”——氧化。它们就像食品界“娇贵”的贵族，对氧气、光线、热量和金属离子等“刺客”极为敏感，一旦被氧化，不仅营养价值大打折扣，还会产生不良风味，严重影响食品品质。传统的n-3 PUFA来源（如鱼油）面临着资源可持续性和素食者需求的挑战，因此，来自植物的琉璃苣油（Echium oil）脱颖而出，它含有约70%的n-3 PUFAs，是满足素食者和非鱼类消费者需求的理想植物源。但如何将这种不稳定的油脂“锁”在安全的“防护罩”里，在食品加工和储存过程中保持其新鲜和活性，是食品科学与营养领域的一大难题。
微胶囊化技术是解决这一难题的常用策略。它好比为脆弱的活性成分建造一座“微米级堡垒”，将其包裹在壁材（wall material）之中，隔绝外界的“攻击”，从而延长货架期，并实现在消化道的控制释放。目前，最广泛应用的n-3 PUFA微胶囊化方法是先形成水包油（O/W）乳液，再进行喷雾干燥。在这个“堡垒”的构建中，油水界面是防御的“第一道防线”，界面膜的强度与致密性至关重要。传统的乳化剂多为动物来源（如乳清蛋白），但随着植物基和可持续食品浪潮的兴起，从食品工业副产物中开发高效的植物基乳化剂变得极具吸引力。啤酒糟和葡萄籽，这些酿酒和榨油后的大量副产物，正蕴藏着这样的潜力。通过有限的酶水解，可以将它们的大分子蛋白质“裁剪”成更具乳化活性和抗氧化活性的肽段（即蛋白质水解物）。然而，这些植物蛋白水解物在稳定乳液，特别是制备成干粉微胶囊后，对油脂氧化稳定性的影响如何，尚缺乏深入研究。
同时，干燥技术本身也会影响“堡垒”的质量。传统的单轴喷雾干燥（使用双流体喷嘴，2FN）虽然成本效益高，但高温干燥过程可能引发热敏性成分的降解。为此，科学家们探索了两种替代方案：一是非热力的电喷雾（electrospraying）技术，在室温下利用高压静电场快速干燥；二是同轴喷雾干燥（使用三流体喷嘴，3FN），可以制造出具有“核心-壳层”结构的微胶囊，有望提供更优的保护。这些新技术与植物基乳化剂的结合效果，仍是未知领域。
为此，发表在《Food Chemistry》上的这项研究，由Mariana Sisconeto Bisinotto、Inar Alves Castro、Emilia M. Guadix和Pedro J. García-Moreno组成的团队，进行了一次系统的“攻防测试”。他们以从啤酒糟（BT）和脱脂葡萄籽粉（GT）中制备的胰蛋白酶水解物（5%水解度）作为植物基乳化剂，以麦芽糊精和葡萄糖浆为壁材，包裹富含n-3 PUFAs的琉璃苣油，分别采用电喷雾、单轴（2FN）和同轴（3FN）喷雾干燥三种技术制备纳米-微米胶囊。研究的核心目标是：评估不同乳化剂和干燥技术如何影响微胶囊的形态、大小、包封效率，并最终通过电子自旋共振（ESR）技术，在40°C下储存28天，精准监测其氧化稳定性，为开发高性能的植物基Omega-3功能食品配料提供科学依据。
为了开展这项研究，作者团队运用了几个关键的技术方法。首先，他们从食品工业副产物（啤酒糟和脱脂葡萄籽粉）出发，采用胰蛋白酶进行有限酶解，制备了两种植物蛋白水解物（BT和GT）。接着，以这些水解物为乳化剂，麦芽糊精和葡萄糖浆为壁材，与琉璃苣油一起制备了成分标准化（5%油，2%蛋白，35.1%总固形物）的水包油（O/W）乳液。然后，他们平行使用了三种干燥技术：在室温下进行的电喷雾、使用双流体喷嘴的单轴喷雾干燥（2FN），以及使用三流体喷嘴、能将壁材分割到“核心”和“壳层”中喂料的同轴喷雾干燥（3FN）。最后，他们采用电子自旋共振（ESR）结合自旋捕集剂PBN，对所得干燥微胶囊进行了为期28天、40°C加速储存条件下的氧化稳定性监测，这是一种能够灵敏检测早期脂质氧化自由基的前沿技术。
3.1. 琉璃苣油水包油（O/W）乳液的特征
3.1.1. 配方
所有待干燥的乳液配方（总固形物35.1%，蛋白/油比0.4）相同，仅乳化剂不同（BT或GT）。选用葡萄糖浆（GS）是因为其低分子量组分能更好地填充微胶囊壁的空隙，降低氧渗透性。优化实验发现，BT稳定乳液的电导率与乳清蛋白浓缩物（WPC）相似，可形成稳定的泰勒锥进行电喷雾；而GT稳定乳液因电导率过高、降低表面张力的能力较弱，无法成功进行电喷雾。为专注于比较干燥技术的影响，未进一步调整配方（如添加普鲁兰多糖），维持了麦芽糊精与葡萄糖浆3:1的比例。
3.1.2. 乳液的液滴尺寸分布
BT稳定乳液的液滴尺寸（D[3,2]= 0.52 μm）显著小于GT稳定的乳液（D[3,2]= 0.96 μm），且分布更窄。这表明BT含有更多疏水性氨基酸和更大肽段，能在油水界面更好地展开，形成机械强度更高（复模量E更高）的界面膜，从而具有更优异的乳化能力，可产生更小、更均一的油滴，这有利于后续的高效包封。同轴喷雾干燥（3FN）工艺中，从核心液中去除葡萄糖浆并未增大液滴尺寸，说明均质过程有效。
3.2. 纳米-微胶囊的特征
3.2.1. 形态和粒径分布
电喷雾制备的eBT_elsp胶囊呈球形，无纤维状连接，粒径分布窄，大多小于1.5 μm。单轴喷雾干燥（2FN）胶囊（eBT_mono, eGT_mono）呈圆形、表面光滑，粒径分布宽。同轴喷雾干燥（3FN）胶囊（eBT_co, eGT_co）形态混合，部分呈现因快速干燥导致的表面凹陷。在粒径分布上，单轴与同轴喷雾干燥胶囊之间无显著差异，这是因为在配方设计上，两者最终固形物组成保持一致。
3.2.2. 水分含量、包封效率（EE）和总载油量（LC）
所有喷雾干燥胶囊水分含量（3.9–4.6%）无差异，LC（11.9–13.7%）也与理论载油量（14.2%）接近，表明三种干燥过程均有效执行。电喷雾胶囊eBT_elsp的EE最低（61.1%），这与其更大的比表面积有关，使得溶剂更易萃取出表面及近表面的油脂。在喷雾干燥胶囊中，eGT_co的EE最高（97.6%），eGT_mono、eBT_mono和eBT_co的EE在80.7–83.3%之间。同轴工艺形成的核心-壳层结构（通过共聚焦显微镜证实，壳层因含有荧光染料而显色）对乳化能力较弱的GT胶囊提升EE效果更明显，因为外壳层的葡萄糖浆促进了快速结壳，减少了油脂渗漏。
3.3. 琉璃苣油负载胶囊的氧化稳定性
通过电子自旋共振（ESR）监测PBN-自旋加合物的信号强度变化来评估氧化稳定性。所有样品信号均呈现先升后降的趋势，信号下降源于自旋加合物与新形成的脂质自由基反应生成非自由基产物。电喷雾胶囊eBT_elsp在第0天信号较高，且在整个储存期信号强度较低，表明其因粒径小、比表面积大、包封率低，导致氧渗透性高，氧化稳定性最差。在喷雾干燥胶囊中，GT稳定胶囊（eGT_mono和eGT_co）氧化程度最高，信号在7天后即开始衰减；而BT稳定胶囊（eBT_mono和eBT_co）显示出更高的氧化稳定性，信号在14天后才开始衰减。有趣的是，这与之前对相应乳液的研究结果相反（GT乳液氧化稳定性更高）。在干态微胶囊中，原本存在于水相中的GT肽段的抗氧化剂（如酚类、螯合剂）和促氧化剂（金属离子）的迁移性受到玻璃态基质的限制，无法有效保护油脂。因此，乳化剂在界面上的性能成为决定因素。BT因其更强的乳化能力，能形成更小油滴并被更完整的界面膜覆盖，且其界面膜黏弹性更高，更能耐受干燥应力，减少了油滴聚结和表面油的形成。同时，吸附在界面上的BT肽段中，具有自由基清除活性的氨基酸（如Cys, Met, Phe等）含量更高，也可能在界面附近直接清除脂质自由基。对于BT胶囊，同轴与单轴工艺的氧化稳定性无差异。而对于GT胶囊，同轴工艺（eGT_co）在第7天的氧化信号显著低于单轴工艺（eGT_mono），证明同轴工艺形成的外壳层对补偿GT较弱的乳化能力、减少油脂渗漏、从而提升氧化稳定性是有效的。
4. 结论
本研究系统评估了植物蛋白水解物（BT和GT）作为乳化剂，结合三种干燥技术（电喷雾、单轴和同轴喷雾干燥）封装琉璃苣油的性能。主要结论如下：电喷雾纳米胶囊粒径小、分布窄，但因包封效率低、比表面积大导致氧渗透性高，氧化稳定性最差。喷雾干燥微胶囊中，BT水解物稳定的微胶囊氧化稳定性优于GT稳定的微胶囊，这主要归因于BT卓越的乳化能力、可形成高黏弹性界面膜的能力，以及其肽段潜在的自由基清除活性。这些特性共同构建了更坚固的“防御工事”，有效保护了内部的n-3 PUFAs。同轴喷雾干燥（3FN）技术对BT胶囊的氧化稳定性提升不明显，因为BT本身已能很好地覆盖油滴表面；但对于乳化能力较弱的GT，同轴工艺通过形成葡萄糖浆外壳层，显著提高了包封效率和氧化稳定性，证明了该技术在补偿弱乳化剂不足方面的价值。综上所述，这项研究不仅证实了啤酒糟和葡萄籽蛋白水解物作为高效植物基乳化剂在Omega-3油脂微胶囊化中的应用潜力，还揭示了同轴喷雾干燥技术在特定场景下提升产品稳定性的独特优势，为开发下一代可持续、高稳定性的功能食品配料提供了重要的理论依据和技术路径。未来的研究可侧重于同轴工艺的参数（如核心/壳层流速比、壳层厚度与组成）优化及规模化放大。
