西南大学乔冬玲教授团队：微流控技术结合海藻酸钠/结冷胶壳材，破解疏水活性成分封装难题-北京永康乐业科技发展有限公司

导读：

核壳微胶囊因其高效封装功能性成分的能力，在食品与制药领域备受关注。近期，西南大学食品科学学院乔冬玲教授团队基于微流控双乳液模板法，制备了以海藻酸钠/结冷胶（SA/GG）为壳材料的核壳微胶囊。通过优化SA/GG复合比例（4:6），利用Ca²⁺交联构建双网络协同结构，显著提升微胶囊的机械强度与稳定性，并验证了壳厚度与机械强度的线性调控关系。该成果为疏水活性成分（如精油、脂溶性营养素）的高效封装与精准控释提供了创新性解决方案。相关研究以“Controllable fabrication of core-shell microcapsules using sodium alginate/gellan gum as shell material by microfluidics”为题目，发表在期刊《Food Hydrocolloids》上。

本文要点：

1、本研究利用微流控技术和双乳液模板法制备以海藻酸钠/结冷胶（SA/GG）为壳材料的核壳微胶囊，重点评估了其作为微胶囊壳材料的适应性。

2、SA/GG通过与Ca²⁺交联形成具有“蛋盒”结构的SA和Ca²⁺介导的GG网络，增强了分子间相互作用，尤其是当SA/GG的比例为4:6时，其凝胶强度显著增加，有利于制备出具有理想尺寸、形态和机械强度的核壳微胶囊。

3、研究发现，随着SA含量的增加，乳液生成所需的最小外相流速Qo值降低，而最大中间相流速Qm值增加，这是由于分子纠缠和溶液粘度的减少所致。

4、通过流变学分析、傅里叶变换红外光谱（FTIR）和质构分析等手段，对SA/GG和SA/GG-Ca²⁺样品的特性进行了研究，结果表明Ca²⁺的加入显著提高了SA/GG的凝胶强度和稳定性。

5、在微胶囊的制备过程中，通过调整中间相和外相的流速，成功制备出了具有单分散性的核壳微胶囊，并且发现微胶囊的机械强度与其壳层厚度呈正相关。

6、本研究为通过微流控技术可控制备单分散微胶囊提供了理论依据，这些微胶囊可用于封装精油、脂溶性活性成分等功能性物质，在食品、制药等领域具有潜在的应用价值。

为什么选择微流控技术而不是传统方法来制备核壳微胶囊？

1、精准控制尺寸与结构：微流控技术通过微通道精确调控流速，生成单分散乳液，确保微胶囊尺寸均一（如直径273–333 μm），而传统方法（如喷雾干燥）易产生尺寸不均。

2、高效构建复杂核壳结构：双乳液模板法（DET）一步生成O/W/O乳液，直接转化为核壳微胶囊；传统方法（如离子凝胶化）需多步骤操作且结构控制困难。

3、温和加工条件：微流控在常温或低温下操作，避免高温或有机溶剂破坏热敏成分（如精油、维生素），保护活性物质完整性。

4、高材料利用率：微流控处理微量流体（10^-9–10^-18 L），减少原料浪费，传统方法（如界面聚合）需过量试剂。

5、传统方法的局限性：喷雾干燥高温导致成分失活，溶剂蒸发存在残留风险，离子凝胶法壳层交联不均且机械强度低。

本研究的创新之处

1、双网络协同设计
提出以海藻酸钠（SA）和结冷胶（GG）的Ca²⁺交联双网络结构作为壳材料，通过SA的“蛋盒”结构与GG的双螺旋网络协同作用，显著提升凝胶强度（G'值达10⁶ mPa）及环境稳定性（耐高温/低pH），突破了传统单一SA或GG凝胶的机械性能限制（如纯SA凝胶G'仅10³ mPa）。

2、微流控精准调控策略
通过相图建立流速参数（Qo/Qm）与乳液类型（单核/多核/非核）的对应关系，结合壳厚调控（33.5–67.5 μm）实现微胶囊机械强度（301×10^-3 N）与壳厚线性关联（r²=0.955），为单分散核壳结构的高通量制备提供标准化方案。

3、绿色高效工艺
采用全天然多糖（SA/GG）体系，结合低温微流控凝胶化（中间相80°C，外相常温），避免高温（如喷雾干燥）或有机溶剂（如溶剂蒸发法），为疏水活性成分（如精油、维生素A棕榈酸酯）的食品级包埋提供安全、可扩展的解决方案。