油脂是油和脂肪的统称,在自然界中油脂是多种物质的混合物。油脂及其主要组成成分已被报道具有抗氧化、抗炎、抗菌等生物活性,可起到降压、抗衰老、抗癌、驱虫等不同功效。油脂来源广泛,海洋油（如鱼油、南极磷虾油和微藻油）、植物油（如亚麻籽油、大豆油、月见草油、葵花籽油、红麻籽油、红辣椒籽油、荷荷巴油、坚果油、橄榄油、棕榈油、沙棘油、鳄梨油、小麦胚芽油）、精油（如牛至精油、薄荷油、迷迭香油、柠檬草油、茶树油、百里香油、樟脑油、豆蔻精油、火龙果籽油、柑橘油、石榴油、丁香油等）在食品、农业、纺织、化妆品、和制药行业正在引起越来越多的研究兴趣。然而,它们是化学不稳定的,易于氧化降解,且精油易于挥发。因此,利用微胶囊包埋技术改善油脂的稳定性、保持它们的生物活性,并屏蔽不良风味,是开发富含油脂的健康产品的关键。

微胶囊包埋是建立芯材和壁材间功能性障碍的过程,以避免化学和物理反应,并保持芯材的生物活性和理化性质。海洋油、植物油和精油的微胶囊包埋已经采用乳化、喷雾干燥、同轴电喷、冷冻干燥、复合凝聚、原位聚合、熔融-挤出、超临界流体、流化床浸渍等不同方法被研究并商业化。喷雾干燥和复合凝聚是最广泛用于油脂包埋的技术。合适微胶囊包埋技术和壁材的选择依赖于终端产品及其涉及的加工条件。微胶囊包埋技术有利于控制精油的挥发性,可以改善油脂的水溶性、化学稳定性和释放特性,并保持其生物活性。微胶囊化的海洋油、植物油和精油更利于加工和储藏,可以延长富含油脂产品的货架期。

“Microencapsulation of oils: A comprehensive review of benefits, techniques, and applications”（Comprehensive Reviews in Food Science and Food Safety, 2016, 15, 143-182）一文综述了各种油脂的益处和功能性质、微胶囊包埋技术以及包埋油在各种食品、药品甚至纺织品中的应用。这篇综述也为食品、医药、农业、工程和营养方面对油脂微胶囊化感兴趣的科研工作者提供了信息。从Web of Science检索,这篇综述截至2021年10月9日共被引用256次,被引次数逐年升高,引用主要来自食品科学领域（如功能性食品添加剂和配料、食品安全和食品包装等）,在化学、工程、聚合物科学、交叉化学、营养膳食、药理药剂学、生物化学/分子生物学、材料科学交叉学科、生物技术/应用微生物学等领域也有引用（如图1）。随着油脂提取工艺的提高和油脂种类的丰富,微胶囊包埋技术发展对油脂在不同领域的应用具有重要的理论和实际指导意义。

本课题组利用油脂微胶囊包埋技术对功能因子进行包埋。在油脂中白藜芦醇的溶解度为葵花籽油<鱼油<<薄荷精油,薄荷精油可作为其良溶剂。在乳清分离蛋白（WPI）稳定的O/W型乳状液中,无论将白藜芦醇初始加入油相还是水相,最后都分布于薄荷精油中;在鱼油乳化油滴中白藜芦醇同时存在于内部油相和油-水界面,而在葵花籽油乳化油滴中仅分布在油-水界面,研究结果发表在Food Hydrocolloids (2020, 109, 106119)。以WPI的均一粒子和O/W型乳状液为模型进行比较研究,发现乳状液对α-生育酚的包埋率更高,在储藏前期乳状液对α-生育酚具有更好的保护作用,但在储藏后期均一粒子的保护作用反而更好;在乳状液中α-生育酚主要溶于内部油相,而在均一粒子中α-生育酚被包埋于蛋白相,表明组装体微环境的重要性。研究结果发表在Journal of Food Engineering（2019, 247, 56-63）。具有不同结构的组装体（如图2）已被广泛用作微胶囊载体,油脂及其主要成分因理化性质及与载体物质间作用的不同,可能具有不同的定位和分配,进而影响它们的微环境。因此,利于不同微胶囊载体进行油脂包埋、保护和控制释放方面的比较研究,阐明不同微胶囊载体的优缺点,将有利于油脂微胶囊包埋的设计和利用。

本课题组利用油脂微胶囊包埋技术对不同功能因子进行共包埋。在O/W型乳状液中,疏水性功能因子通常被溶于内部油相,而乳化剂的包埋作用被忽视了。课题组基于界面工程策略,提出了多酚的界面共包埋。以白藜芦醇难溶的葵花籽油为油相,利用WPI的冷致凝胶特性进行组装,发现钙离子可以改善WPI和白藜芦醇的界面含量,但却降低白藜芦醇的稳定性;进而利用阿拉伯胶的复合作用,不但可以进一步改善白藜芦醇的界面含量,还能克服钙离子对白藜芦醇稳定性的负作用（如图3）。研究结果发表在Colloids and Surfaces B: Biointerfaces（2019, 181, 749-755）。在此基础上,利用酪蛋白酸钠粒子稳定的O/W型乳状液共包埋α-生育酚和白藜芦醇,并通过多糖复合改善了功能因子的稳定性和生物可及性,结果发表在Journal of Engineering（2020, 264, 109685）;以玉米醇溶蛋白-白藜芦醇-果胶复合粒子稳定薄荷精油乳状液,由于玉米醇溶蛋白的包埋作用,白藜芦醇同时分布在乳化油滴的内部油相和油-水界面层,薄荷精油和白藜芦醇呈现增效的抗菌活性,果胶涂层有利于改善长期抗菌活性,研究发表在Food Hydrocolloids（2020, 103, 105675）。由于功能因子在油-水界面分布与其溶解性和界面蛋白含量相关,通过界面蛋白结构构建,同时增加物理屏障作用,将达到多酚的同时高效包埋和保护,为基于乳状液的增效共包埋载体设计丰富了理论和实验数据。

以油脂（oil）和微胶囊包埋（microencapsulation）为主题词在Web of Science检索,截至2021年10月,2016–2022年总发文量为1 780篇,其中高被引论文26篇（如图4）。新壁材物质的开发和利用、壁材物质的化学改性和复合、新颖微胶囊结构的设计都将促进油脂微胶囊包埋技术的发展和应用。不同油脂的混合将改善营养特性,而且通过改变理化性质,可能有利于改善功能因子的油溶性、微胶囊包埋油脂的稳定性,因而混合油脂（如甘油三酯和精油的混合油）的微胶囊包埋是未来发展趋势之一。此外,不同包埋技术的联合使用将有利于油脂及溶于油脂中功能因子的包埋和保护。油脂微胶囊具有多相结构,是不同溶解性功能因子共包埋的良好载体模型,有利于设计具有增效生物活性和改善稳定性的共包埋载体,为富含多种功能因子、具有多种有益功能的产品开发提供支撑。

基于递送源于设计（Delivery by design）的理念,以油脂及其主要组成成分的理化性质为基础,依据目标产品需要,针对性地开发微胶囊包埋体系。有效的微胶囊体系需满足以下要求：载体物质需符合行业要求,与产品体系相容,具有高的包埋效率、良好的化学稳定性,保持或具有增效的生物活性,屏蔽不良风味,在特定环境下可控释放,具有高生物利用度等。虽然各种各样的油脂微胶囊包埋体系已经被制备和研究,但目前研究多集中在一个或几个方面,理论研究和实际应用间还存在很大的瓶颈。一方面,微胶囊包埋对油脂及其主要组成成分的包埋、保护和控释机制还有待深入阐明,以期总结和归纳微胶囊包埋体系的设计基础。另一方面,怎样采用简单绿色方法获得经济可行的微胶囊包埋体系,针对性地满足目标产品需要?微胶囊包埋体系的设计和应用涉及化学、材料、生物化学等不同领域的交叉结合,希望能引起越来越多的科研工作者和企业的关注,开发更多创新性成果,支撑油脂在食品、医药、化妆品、农业和纺织等行业的应用。