明胶-阿拉伯胶复凝聚法制备薄荷醇微胶囊及缓释性能研究学术报告

作者与发表信息
本研究由周显升（山东中烟工业有限责任公司）、刘群（通信作者）、周静等10位作者合作完成，合作单位包括南昌大学食品科学与资源挖掘全国重点实验室。论文发表于《食品与发酵工业》（*Food and Fermentation Industries*），网络首发日期为2025年12月25日，DOI编号10.13995/j.cnki.11-1802/ts.045020。

学术背景
薄荷醇（menthol）作为天然萜烯醇，具有清凉感、抗菌和抗炎特性，广泛应用于食品、医药和日化领域。但其低水溶性、高挥发性和热不稳定性严重限制了实际应用。微胶囊技术（microencapsulation）通过高分子壁材包裹芯材，可有效解决上述问题。其中，复凝聚法（complex coacervation）因操作简便、包封率高且条件温和成为研究热点。本研究以明胶（gelatin）和阿拉伯胶（gum arabic）为壁材，通过优化比例探究其对薄荷醇微胶囊结构及性能的影响，旨在开发一种高效包埋与缓释技术。

研究流程与方法
1. 材料制备
- 乳液构建：将薄荷醇与中链甘油三酯（MCT）按1:4质量比溶解为油相；明胶与阿拉伯胶按3:7至7:3五种质量比配制水相，总浓度2%。通过高速剪切乳化（10,000 r/min，10分钟）形成水包油（O/W）乳液。
- 复凝聚反应：调节乳液pH至4.0（冰醋酸），诱导带正电的明胶与带负电的阿拉伯胶静电结合，形成凝聚相。
- 固化交联：加入戊二醛（壁材质量的1/50）交联增强壳层强度，调节pH至7.0终止反应，离心洗涤获得微胶囊。

1. 表征与分析
   
   • 物理特性：马尔文粒度仪测定粒径和ζ-电位；光学显微镜（OM）、激光共聚焦显微镜（CLSM）和冷冻扫描电镜（cryo-SEM）观察形貌。
     
   • 化学分析：傅里叶变换红外光谱（FT-IR）验证壁材与芯材相互作用。
     
   • 性能评价：气相色谱法测定包封率（encapsulation efficiency, EE）；25℃贮藏7天后的保留率（retention rate, RR）及模拟口腔环境（3分钟）释放行为。
     

主要结果
1. 壁材比例调控结构
- 5:5质量比下，复凝聚最充分，ζ-电位接近中性（-0.23 mV），形成多核球形结构，粒径37.97 μm，包封率75.21%。电镜显示壳层致密且孔隙分布均匀（图5-d）。
- 偏离5:5比例时，3:7组因阿拉伯胶过量导致ζ-电位负值（-15.77 mV），壳层薄弱；7:3组明胶过量引发粘连，粒径达95.93 μm（表1）。

1. 稳定性与缓释性能
   
   • 5:5微胶囊在25℃贮藏7天后保留率92.51%，模拟口腔环境中3分钟保留率81.78%，显著优于其他比例（图8-9）。FT-IR证实明胶氨基与阿拉伯胶羧基的静电相互作用是稳定性的关键（图6）。
     

结论与价值
本研究明确了明胶-阿拉伯胶5:5质量比为最优条件，其微胶囊兼具高包封率、优异贮藏稳定性和缓释性能。科学价值在于揭示了复凝聚过程中电荷中和与结构形成的关联机制；应用价值为薄荷醇在食品、药品中的长效控释提供了可行方案，并为其他挥发性晶体（如精油、维生素）的微胶囊化提供了理论参考。

研究亮点
1. 系统性优化：首次系统探究壁材比例（3:7至7:3）对薄荷醇微胶囊多尺度性能的影响，填补了易挥发晶体包埋的研究空白。
2. 多模态表征：结合ζ-电位、多尺度显微技术和FT-IR，全面解析了结构-功能关系。
3. 实际应用导向：模拟口腔释放实验直接关联口香糖、糖果等产品的需求，凸显技术转化潜力。

其他价值
研究提及明胶-阿拉伯胶体系的“天然适配性”——温和条件避免薄荷醇热降解，致密壳层阻隔挥发，为类似体系设计提供了新思路。后续可进一步探索工业化放大工艺及多组分协同包埋策略。