基于乳液的植物多酚封裝體系及其在食品工業中應用的研究進展

王 楠，馬 燕，王 樂，黃現青,*，馬相杰，孟少華，趙建生

（1.河南農業大學食品科學技術學院，河南省食品加工與流通安全控制工程技術研究中心，河南鄭州 450002；2.河南省食品檢驗研究院，河南鄭州 450002；3.河南雙匯投資發展股份有限公司，河南省肉類智能分割與生物轉化工程研究中心，河南漯河 462005；4.河南省肉品技術創新中心，河南漯河 462005）

植物多酚是一類分子結構中含有若干個酚羥基的植物次生代謝產物，普遍存在于蔬菜、瓜果、豆類、茶等植物中，主要分布在植物的皮、根、葉、殼和種子中[1]。多酚化合物的特征在于苯環上至少帶有一個或多個羥基。根據其碳骨架的結構可以分為黃酮、酚酸、芪類和木酚素[2]。植物多酚具有抗氧化性、抗癌性、抗炎性、抑菌性等特性[3-4]，已被證實對糖尿病、心血管疾病、炎癥、阿爾茨海默癥、癌癥等人類疾病具有重要的預防作用[5-6]。隨著社會經濟的發展和人們健康意識的提高，植物多酚潛在的健康功效被不斷挖掘，多酚的高效利用已成為食品科學及其相關領域的研究熱點之一。

植物多酚具有水溶性差的特點，且部分多酚對氧氣、溫度、光等條件敏感易降解，穩定性較差，這導致多酚的生物利用度較低，極大限制了多酚在食品工業中的應用[7]。目前針對該問題的研究聚焦于植物多酚封裝制劑的設計，如通過脂質體、靜電紡絲、電噴霧和乳液包封方式等，其中乳液封裝體系可改善多酚溶解度、穩定性、生物利用度等，有效保護酚類物質免受外界環境的影響[8]。同時，乳液封裝體系可以將多酚物質緩慢釋放，延長其作用時間，提高其生物可及性。Wang 等[9]利用乳清蛋白和透明質酸生產負載槲皮素的乳液凝膠，與單獨使用槲皮素（21.26%）相比，乳清蛋白-透明質酸乳液凝膠具有更高的生物可及性（55.01%）。隨著乳液封裝體系研究的推進，乳液的配方與性質被不斷優化，其封裝的多酚種類亦越來越多。為了對植物多酚封裝體系進行系統性概括和深入分析，本文從植物多酚生理活性和目前其應用受限的原因著手，進一步論述了植物多酚在不同類型乳液封裝效果，總結了多酚乳液封裝體系在食品工業中的應用現狀，旨在為植物多酚乳液封裝體系在未來食品工業中的應用提供一定理論參考。

1 植物多酚特性、應用限制

1.1 植物多酚特性

植物多酚是一類具有多元酚化學結構物質的總稱，是常見的植物源生物活性物質，廣泛存在于水果、茶、咖啡等食品中。目前已分離鑒定的酚類化合物超過8000 種，主要來源于莽草酸和苯丙氨酸代謝途徑[10]。據多酚分子量和化學結構的差異，將其分為兩大類。一類是多酚的單體，即非聚合物，包括各種黃酮類化合物（包括黃酮、異黃酮、黃酮醇、黃烷酮、黃烷醇、黃烷酮醇、花色素苷等）、綠原酸類、沒食子酸和鞣花酸，也包括一些接有糖苷基的復合類多酚化合物（如蕓香苷等）。另一類則是由單體聚合而成的低聚或多聚體，統稱單寧類物質，包括縮合型單寧中的原花色素和水解型單寧中的沒食子單寧和鞣花單寧等[11]。植物多酚的主要來源及性質見表1。

表1 代表性的植物多酚及其來源和性質Table 1 Representative plant polyphenols and their sources and properties

1.2 多酚的應用限制

植物多酚活性成分的保持是其能否發揮作用的關鍵。多酚化合物在食品加工和儲存及食用過程中，很容易受溫度、氧氣、光照、pH 和酶等外部因素影響，發生結構變化或降解，限制了植物多酚的應用。體外條件下：蝦青素是天然抗氧化性最強的類胡蘿卜素之一，但其具有低水溶性和對熱、光不穩定的特點，蝦青素溶液在4 ℃條件下儲存三周后蝦青素含量減少約40%，這極大限制了蝦青素的廣泛應用[21]。白藜蘆醇具有優異的生物功能活性，但其穩定的反式結構在光照和高溫條件下會轉換成不穩定的順式結構從而失活[22]。兒茶素具有苦澀、水溶性和穩定性較差，在功能食品或者藥品中直接添加是一個較大的挑戰[23]。此外，植物多酚在酸堿環境和酶的作用下，極易發生降解使其功能活性喪失。體內條件下：食品或藥品中的多酚化合物經口攝入后，在經過口腔、胃、腸三個階段進行消化后通過腸壁吸收[24]?？谇幌A段：口腔中的唾液淀粉酶會與多酚發生相互作用，使多酚化合物發生酶促水解，形成不溶性聚集體導致多酚的損失。有研究發現，在口腔環境（pH6.6～7.1）作用下，葡萄多酚提取物如表兒茶素和兒茶素等被完全降解[25]。Xuan 等[26]研究發現植物多酚在唾液淀粉酶作用下會使石榴酒中的酚類化合物發生沉淀，無法被機體消化利用。胃消化階段：由于胃中較低的pH，多酚進入胃中會保持較高的穩定性。Herrera-Balandrano 等[27]模擬胃腸消化研究中檢測藍莓中花青素含量與未經消化樣品中花青素含量相比僅損失了0.05%。Ordo?ez-Díaz 等[28]研究芒果果肉多酚在模擬胃腸消化過程中總酚含量由未消化的8.2 mmol/g DW 降至6.07 mmol/g DW。腸消化階段：一些植物多酚，如花青素、酚酸、兒茶素、槲皮素、白藜蘆醇、蘆丁等，已被發現在含有胰酶的模擬腸液環境（pH6.8～8.0）中不穩定，在多項研究發現，植物多酚在模擬腸消化過程中會降解。Liang 等[29]研究發現，經腸道消化后，苦瓜中的花色苷由黃色素陽離子轉化為無色查爾酮假堿，使總花青素含量明顯下降。Celep等[30]研究發現在腸液環境作用下，酚類化合物的水解使土耳其果酒總酚含量降低。

雖然多酚功效諸多，對人體大有益處，然而由于大部分多酚水溶性差、穩定性差、生物利用度低且有苦澀味等，使得可以真正在食品行業廣泛應用的多酚種類和應用形式十分有限。因此，植物多酚在加工、貯存和攝入后保持較高的穩定性和利用度是突破應用瓶頸的當務之急。目前，乳液封裝體系已被廣泛構建和研究，有望成為解決上述問題的有效手段。

2 不同類型乳液的多酚封裝體系研究概況

由于每種多酚具有不同的特性，因此沒有一種封裝技術是通用的。目前已經開發了多種應用于酚類化合物封裝的技術，其中乳液可以保持親脂性、親水性和兩親性生物活性分子的穩定性，可以靈活控制和調整包埋活性物質產生的微粒大小，且具有成本低、產率高的優點。多酚的乳液封裝常見有水包油（O/W）和油包水（W/O）兩種乳液形式。為了提高植物多酚在食品工業中的應用效果，可以采用不同類型的乳液對植物多酚進行包封處理（表2）。乳液體系根據不同類別可分為普通乳液、微乳液、納米乳液、Pickering 乳液、多層乳液和乳液凝膠（圖1）。

圖1 不同類型的乳液Fig.1 Different types of emulsion

表2 不同類型的乳液封裝技術對比Table 2 Comparison of different emulsion encapsulation techniques

2.1 普通乳液

普通乳液是將一種或多種物質通過表面活性劑以液滴的形式分散于另一種與之不溶的液體中而形成的分散體系[31]。在普通乳液中，油滴和水滴分別被包覆在表面活性劑分子形成的界面層中，粒徑在0.1～100 μm 之間，其界面層具有高度的表面活性和穩定性，并且會受到界面層厚度和表面活性劑分子的排列和吸附方式的影響。Tian 等[32]將茶多酚嵌入黃原膠和刺槐豆膠后制成油包水（W/O）乳液，30 d 后茶多酚的保留率仍超過70%，大大提高了茶多酚的穩定性。還有用大豆分離蛋白、黃原膠、茶多酚三者復合后制備乳液，得到的乳液粒徑比多酚單體更小，提高了多酚在機體的吸收利用率[33]。

2.2 微乳液

微乳液是將分散相通過表面活性劑和助表面活性劑均勻分散在另一種與之不溶的液體內形成的熱力學穩定體系[34]。微乳液由表面活性劑和助表面活性劑共同穩定，具有高度的表面活性和穩定性，能夠有效地提高物質的反應速率和選擇性，因此在反應工藝中具有重要的應用前景。此外，微乳液還具有很好的滲透性和生物相容性，可以作為一種有效的藥物傳遞系統，用于藥物輸送和治療。Nazareth 等[35]利用假虎刺果實濃縮液制備微乳液和納米乳液，研究發現兩種乳液在1200 mg/mL 時會抑制李斯特菌的生長，但相同濃度的游離提取物未表現出抑菌效果，這是由于乳液封裝進一步降低了多酚化合物的粒徑并改變周圍界面，提高了多酚化合物的生物活性，同時使其可以穿透細菌細胞壁抑制?；呓z氨酸內酯生成從而抑制細菌生物膜形成。Fregapane 等[36]從核桃和開心果中提取了酚類化合物并制備微乳液，最終使得兩種提取物乳液抗氧化能力與不添加酚類化合物的微乳液相比分別提高了7.5 倍和1.5 倍，氧化穩定性也高出數倍。

2.3 納米乳液

納米乳液是含有分散在水性介質中的小顆粒（直徑通常約10～200 nm）的油滴的膠體分散體。與透明或半透明且熱力學穩定的微乳液不同，納米乳液具有動力學穩定性[37]。納米乳液由納米范圍大小的液滴構成，納米乳液粒徑通常在1～100 nm 之間。與傳統乳液相比，它們具有許多潛在的優勢，包括親水性和疏水性化合物的遞送、更高的穩定性、更好的抗菌性能、改善組分的生物利用度和溶解性[38]。Choi 等[39]制備納米乳液包封姜黃素，在模擬消化過程中姜黃素回收率提高了40%，說明高度親脂性和不穩定化合物的納米包封可以增加其親水性和生物可及性。低水溶性易降解的生物活性化合物，如白藜蘆醇，封裝到納米乳液遞送系統中，可提高其穩定性和生物利用度[40]。使用乳清分離蛋白和聚合乳清蛋白制備乳液封裝蝦青素，其包封率分別達到92.1%和93.5%[41]。Sessa 等[42]開發了一種基于卵磷脂包封白藜蘆醇的納米乳液遞送體系，與白藜蘆醇單體相比，納米乳液中白藜蘆醇通過細胞膜的時間縮短1 倍，并且提高其對抗外部環境的抵御能力。白藜蘆醇納米乳液的自由基清除率也由單體的70%增加至83%，更好地發揮了其抗氧化能力[43]。鞣花酸是石榴中的主要生物活性成分，Wang 等[44]將鞣花酸包封在納米乳液中，與鞣花酸水懸浮液和石榴提取物相比，乳液中鞣花酸的保留率提高了6.6 和3.2 倍。Li 等[45]使用乳鐵蛋白和乳清蛋白包埋葉黃素制備納米乳液，隔絕自由基和過渡金屬與葉黃素接觸，在增加其穩定性的同時雙多酚的乳液封裝起到了防止油脂氧化，傳遞活性物質的作用。Yin 等[46]將表沒食子兒茶素沒食子酸酯（EGCG）和白藜蘆醇共同包封在以魚油作為油相的水包油型乳液中，封裝后白藜蘆醇和EGCG 的乳液在23 d 內對魚油的抗氧化保護作用與單獨使用EGCG 相似，但23 d 后乳液的抗氧化能力要優于單獨使用白藜蘆醇和EGCG。

2.4 Pickering 乳液

Pickering 乳液是由固體顆粒吸附在水油界面上形成的乳液體系，膠體顆粒吸附在油水界面形成不可逆的物理屏障，可以有效地阻止界面間的相互作用和液滴的接觸，防止了重力分離、絮凝、顆粒聚結、奧氏熟化（Ostwald ripening）等對Pickering 乳液不利的熱力學不穩定現象，具有較好的包埋、保護和遞送活性物質的潛力。Su 等[47]使用β-乳球蛋白與表沒食子兒茶素沒食子酸酯通過氫鍵和疏水相互作用制備穩定的Pickering 乳液，儲存30 d 后，沒食子兒茶素沒食子酸酯的保留率達87.2%。Zembyla 等[48]將姜黃素和槲皮素封裝在乳清蛋白中并制備Pickering 乳液，與游離多酚化合物制備的Pickering 乳液相比，共封裝多酚的Pickering 乳液的穩定性顯著提高。Hao 等[49]采用反溶劑法制備白藜蘆醇-玉米醇溶蛋白-果膠三元復合顆粒并以此制備Pickering 乳液，該乳液可以較好的遞送白藜蘆醇。Ge 等[50]選用玉米醇溶蛋白包封紅豆種皮多酚并制備了負載蝦青素的Pickering 乳液。該乳液具有較好的理化穩定性，并顯著提高了蝦青素的遞送效率。Zhang 等[51]研究發現姜黃素經玉米醇溶蛋白和桃膠多糖包封后制備Pickering 乳液，該乳液在模擬消化實驗中，姜黃素在腸液中的釋放率可以提高到32.5%。

2.5 多重乳液

多重乳液是由兩層及兩層以上的表面活性劑通過靜電相互作用穩定的乳液體系。通過層層自組裝（layer-by-layer，LBL）的方法，多重乳液可以利用帶相反電荷的聚電解質吸附到初級乳液表面上，形成帶有多重電荷的乳液結構[52]。與普通乳液相比，多層乳液穩定性更強，包封率更高，還可同時包封親疏性不同的物質。Sanna 等[53]利用殼聚糖和聚（D,L-乳酸-乙醇酸）包封白藜蘆醇制備W/O/W 多重乳液，在模擬胃腸道環境下多重乳液在兩小時內白藜蘆醇釋放率僅為40%，而僅使用聚（D,L-乳酸-乙醇酸）的乳液白藜蘆醇釋放率達70%。Tian 等[54]通過在內層水相中添加黃原膠和刺槐豆膠包封的茶多酚混合物來改善W/O/W 乳液的穩定性，研究結果表明封裝多酚不僅提高茶多酚抗氧化能力，還增加了乳液的穩定性。Estévez 等[55]將酪蛋白酸鈉和多糖、羧甲基纖維素組成的靜電復合物，用該復合物制備W/O/W 多重乳液對葡萄籽提取物中多酚進行封裝，結果表明多重乳液封裝可以影響多酚釋放速率。

2.6 乳液凝膠

乳液凝膠是通過對普通乳液進行加熱、酸、酶等處理或加入促進乳液中生物聚合物（如蛋白質和多糖）制備而成[56]。研究發現，通過添加明膠制備的丁香酚乳液凝膠微膠囊，由于明膠和丁香酚相互作用使乳液凝膠的凝膠強度明顯增強，也達到對丁香酚控制釋放的目的，延長其抑菌時間。Farooq 等[57]采用兒茶素、咖啡酸、綠原酸和單寧酸與山茶油制備乳液凝膠，研究結果表明多酚和山茶油乳液之間形成了共價交聯，改善了乳液的結構和流變特性，減緩了蛋白質基質的分解和游離脂肪酸的釋放。Xu 等[58]制備了大豆蛋白與阿魏酸共價改性的乳液凝膠，改性后的乳液凝膠內部更加致密均勻，油滴能夠更好地嵌入凝膠的網絡結構中，形成更穩定的凝膠結構，與阿魏酸的共價結合更加緊密，提高其穩定性。

3 基于乳液的多酚封裝體系在食品工業中應用

3.1 在肉類中的應用

研究發現，利用殼聚糖先對丁香酚進行包封再制備殼聚糖-丁香酚乳液，該乳液可作為冰鮮帶魚的涂膜保鮮劑，其能夠控釋丁香酚，提高其抑菌性能、熱穩定性和抗氧化性，還能對冰鮮帶魚起到延緩腐敗、防止帶魚蛋白質冷藏變形[59]。Hernández-Ernández 等[60]利用改性淀粉墨西哥牛至提取物進行包封再制備納米乳液，該乳液可作為新鮮豬肉的涂膜保鮮劑，與游離提取物相比，納米乳液具有更強的抑菌、護色、抗氧化和防干耗能力。Wang 等[61]研究肉桂精油納米乳液對冷藏雞胸肉的影響，結果表明雞胸肉在4 ℃下存放15 d 時，與對照樣品（活菌數8.50 lg CFU/g）相比，乳液處理的雞胸肉總活菌數減少了1.00～3.95 lg CFU/g，有效改善了冷藏雞肉的質量屬性（如色澤、脂肪氧化和總揮發性鹽基氮含量）。Wan等[62]利用丁香酚與明膠之間的疏水相互作用制備熱可逆的乳液凝膠并應用于肉制品的保鮮，該乳液凝膠能有效控制多酚在肉制品表面的釋放，從而顯著抑制微生物的生長和肉的失重，延長其貨架期3 d 以上。

3.2 在果蔬中的應用

研究發現，包封肉桂精油乳液體系對芒果和蘋果汁具有保鮮作用，該乳液可通過抑制多酚氧化酶活性提高果汁穩定性，延緩芒果和蘋果汁的酶促褐變、細胞壁降解和營養物質損失，從而延長其貨架期[63]。石俊杰[64]制備O/W 百里香精油微乳液體系并應用于枇杷保鮮，微乳液體系不僅克服了百里香精油中百里香酚不穩定、水溶性差的缺點，也提高了精油中多酚的抗氧化和抑菌等性能，可延長枇杷貯藏期至40 d。

3.3 在冰淇淋中的應用

Kumar 等[65]使用酪蛋白酸鈉封裝姜黃素制備納米乳液并將其用于改善冰淇淋的品質，釋放動力學結果表明添加乳液的冰淇淋中姜黃素在胃液中釋放率為5.25%，在腸道中釋放率為16.12%，達到了緩釋的目的。Borrin 等[66]通過乳液轉化法將姜黃素包封在乳液體系并應用于菠蘿冰淇淋，改變了冰淇淋流變特性，增加了其可塑性和粘性，同時賦予其誘人的色澤和風味。

3.4 在烘焙中的應用

研究發現，通過將楊梅葉原花青素與明膠組裝結合后制備的油凝膠可取代人造黃油，與添加人造黃油的海綿蛋糕和餅干相比，油凝膠顯著提高了烘焙產品的質構特性和感官特性，減緩了烘焙產品中油脂氧化和高溫有害產物的產生，同時減少反式脂肪酸和飽和脂肪酸的攝入[67]。吳曉齡[68]以茶多酚脂肪酸酯復合果膠構建油凝膠，油凝膠制作的餅干擴展比均低于普通餅干（黃油餅干和山茶油餅干），其感官評價和質構特性均明顯提高，同時延緩餅干食用后的血糖升高速率。

3.5 在飲料中的應用

研究發現，通過玉米醇溶蛋白包封蝦青素并將其加入到白酒、蘋果醋、米醋，不僅改善了蝦青素的紫外光和儲存穩定性，而且提高了白酒、蘋果醋、米醋的總抗氧化和自由基清除活性[69]。Liu 等[70]使用乳液包封多種植物多酚，并研究其對核桃乳飲料品質的影響，結果表明，茶多酚可提高乳飲料在62±1 ℃熱貯存過程中的物理穩定性，而添加斛皮苷的結果相反，且茶多酚可以抑制核桃乳飲料在熱、紫外光照射下的脂肪氧化。Di-Maio 等[71]使用納米乳液包封嘉寶果多酚粗提物并將納米乳液加入牛奶中，當粗提物添加量為15%時，多酚的包封率可達85.6%，不僅延緩了牛奶中脂肪的氧化，而且可以使其在8 ℃下保存60 d。Ruengdech 等[72]制備兒茶素納米乳液并加入到椰奶中，與未包封的兒茶素相比，添加兒茶素納米乳液的椰奶中的兒茶素抗氧化活性更強，且延長了椰奶的保質期。

3.6 其它食品

乳液封裝多酚體系還被應用于沙拉醬、鮮切蔬菜、糖果等食品。Jolayemi 等[73]通過乳液包封橄欖葉多酚并應用于沙拉醬中，改善了沙拉醬的流變特性，使乳液內部液滴尺寸分布更加均勻，沙拉醬中油脂氧化誘導期從15～20 d 延長至50 d，多酚的緩慢釋放達到了延緩氧化的目的。Ai 等[74]采用酪蛋白酸鈉和阿拉伯樹膠制備牛至精油-白藜蘆醇乳液并將其用于鮮切卷心菜的涂膜保鮮，涂膜1 d 后卷心菜中金黃色葡萄球菌含量從3.24 log CFU/g 降至1.49～2.19 CFU/g，牛至精油-白藜蘆醇乳液在15 ℃儲存下，對金黃色葡萄球菌的抑制作用可達20 d。Pan等[75]采用茶多酚棕櫚酸酯和黃原膠制備負載葉黃素乳液并將乳液用于軟糖制作，添加葉黃素乳液的軟糖的自由基清除率達135.66%。

4 結論與展望

乳液由于可有效提高多酚類化合物的穩定性和生物利用度，已廣泛應用于食品、醫藥、化妝品等領域，然而其封裝技術還存在一些不足之處，限制了在食品工業中的廣泛應用：a.植物多酚乳液封裝技術需要使用乳化劑、穩定劑等輔料，部分乳化劑和添加劑大量使用對人體健康和環境的影響尚不明確，需要研究如何降低乳化過程中乳化劑、穩定劑添加量；b.高能乳化法需要特定儀器且需消耗較多能量，生產成本較高，不利于大規模工業化生產，可針對低能乳化法開展系統研究，提高其穩定性，實現部分替代高能法；c.植物多酚乳液在生產和應用過程易受到氧化、光、熱等因素影響，需要進一步優化封裝體系，可考慮采用天然大分子復合材料共同構建植物多酚封裝體系或聯合其他先進技術，形成更加高效、穩定的封裝體系，以滿足不同應用目標的要求。

目前，乳液封裝多酚體系在食品領域的應用多集中于提高產品的儲存穩定性、抑菌性能及抗氧化性，而對于其健康作用缺乏關注：a.封裝體系雖能一定程度上提高植物多酚的穩定性，但被包埋的植物多酚在生物體內消化吸收代謝情況尚不明確，多酚生物利用度研究相對不足，限制了其在機體內發揮健康效應，構建靶向遞送和吸收的多酚乳液體系可大大提高植物多酚的生物利用率；b.多酚乳液體系進入人體內消化道時可能引起胃腸道初始功能的變化，未來用于功能性食品開發和營養素遞送時，需開展毒理學試驗評估其對人體健康的影響。多酚封裝體系全材料的安全、健康、天然更符合消費者對健康的追求。

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