基于食品級(jí)固體顆粒穩(wěn)定的Pickering乳液研究進(jìn)展

焦 博，石愛(ài)民，劉紅芝，劉 麗，胡 暉，楊 穎，王 強(qiáng)*

（中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)產(chǎn)品加工研究所，農(nóng)業(yè)部農(nóng)產(chǎn)品加工綜合性重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100193）

20世紀(jì)初，Ramsden[1]發(fā)現(xiàn)在乳液中，可以使用固體顆粒替代傳統(tǒng)乳化劑來(lái)實(shí)現(xiàn)體系的穩(wěn)定，隨后Pickering[2]針對(duì)此發(fā)現(xiàn)展開(kāi)了更進(jìn)一步的研究并作出了突出的貢獻(xiàn)，這一類(lèi)以固體顆粒穩(wěn)定的乳液以他的姓氏命名，即Pickering乳液。與小分子表面活性劑和以天然大分子穩(wěn)定的傳統(tǒng)乳液相比，Pickering乳液中起到乳化作用的固體顆粒在水-油界面上的吸附過(guò)程不可逆，因?yàn)轭w粒不僅降低了體系的總自由能，也為液滴之間的接觸提供了空間上的物理屏障，賦予了Pickering乳液更強(qiáng)的穩(wěn)定性。目前可以穩(wěn)定Pickering乳液的顆粒多為SiO2、TiO2等在內(nèi)的無(wú)機(jī)材料顆粒，并且它們已應(yīng)用在多個(gè)領(lǐng)域當(dāng)中，例如用于化妝品中可以提高防曬性和降低皮膚刺激性[3-4]，用于油田中可以提高油基鉆井液穩(wěn)定性[5]或提高采油率[6]；在高分子材料領(lǐng)域通過(guò)Pickering乳液模板法可以進(jìn)一步制備各種多孔材料[7]、中空微球[8]、Janus粒子[9]等，在化工領(lǐng)域可應(yīng)用于催化劑的分離和回收[10]，在醫(yī)藥領(lǐng)域可用于藥物局部釋放[11]。

乳液對(duì)食品工業(yè)的發(fā)展至關(guān)重要，例如蛋白飲料、冰激凌、蛋黃醬等都是食品消費(fèi)中常見(jiàn)的乳液體系。乳液不僅賦予產(chǎn)品獨(dú)特的感官品質(zhì)，而且在營(yíng)養(yǎng)傳遞方面也有著重要的價(jià)值。乳化劑的添加是乳液制備的必要條件，然而近年來(lái)傳統(tǒng)乳化劑中小分子表面活性劑（low molecular weight surfactants，LWSFs）的安全問(wèn)題引發(fā)了消費(fèi)者們的擔(dān)憂(yōu)[12]，無(wú)LWSFs的食品乳液將更貼合消費(fèi)者的實(shí)際需求。除了食品安全問(wèn)題外，由于食品體系復(fù)雜多樣，傳統(tǒng)乳化劑在某些情況下常常難以滿(mǎn)足穩(wěn)定體系的需要，如植物蛋白在等電點(diǎn)時(shí)的絮凝問(wèn)題一直以來(lái)限制著酸性植物蛋白飲料的發(fā)展，且添加LWSFs和兩親性生物大分子均無(wú)法解決這一問(wèn)題。將Pickering乳液引入到食品工業(yè)領(lǐng)域中，將能夠解決乳液體系安全性及穩(wěn)定性問(wèn)題，但是常見(jiàn)的以無(wú)機(jī)顆粒（非食品級(jí)）穩(wěn)定的Pickering乳液的生物相容性、生物可降解性等問(wèn)題限制了Pickering乳液在食品工業(yè)中的應(yīng)用。為解決上述問(wèn)題，經(jīng)過(guò)食品科研工作者的不懈努力，近年來(lái)以蛋白質(zhì)、多糖為原材料制備出可以穩(wěn)定Pickering乳液的食品級(jí)固體顆粒的報(bào)道不斷增多，并且在食品工業(yè)中的應(yīng)用也逐步深入，食品級(jí)Pickering乳液的研制與開(kāi)發(fā)已成為國(guó)際上研究的熱點(diǎn)。本文基于食品級(jí)固體顆粒穩(wěn)定的Pickering乳液的最新研究進(jìn)展，從顆粒在Pickering乳液中的界面行為、顆粒及其穩(wěn)定的乳液的制備和表征方法、Pickering乳液在食品領(lǐng)域中的應(yīng)用等方面進(jìn)行綜述，以期為Pickering乳液在食品領(lǐng)域中的進(jìn)一步應(yīng)用提供理論依據(jù)。

1 顆粒的界面行為

固體顆粒穩(wěn)定Pickering乳液的方式不同于由LWSFs或兩親性生物大分子穩(wěn)定傳統(tǒng)乳液，傳統(tǒng)分散體系的穩(wěn)定理論并不完全適用于Pickering乳液，因此理解顆粒在水-油界面上的行為是開(kāi)展Pickering乳液研究工作的前提。

1.1 顆粒的熱力學(xué)吸附行為

固體顆粒作為乳化劑的前提是能夠被兩相同時(shí)潤(rùn)濕且不完全溶于乳液任何一相。顆粒吸附在界面上的水、油、顆粒三相的接觸角（θ）是反應(yīng)顆粒潤(rùn)濕性的重要參數(shù)，也是判斷乳液類(lèi)型以及顆粒是否能夠穩(wěn)定乳液的重要條件。在界面上，顆粒使得界面朝向?qū)︻w粒吸引力較小的一面彎曲，如果顆粒更傾向于被水潤(rùn)濕，則形成水包油（O/W）型乳液，反之則形成油包水（W/O）型乳液，即θ小于90°時(shí)，形成O/W型乳液，θ大于90°時(shí)形成W/O型乳液[13]。

從熱力學(xué)角度來(lái)說(shuō)，只要θ不接近0°或180°，即可認(rèn)為顆粒在界面上的吸附是不可逆的，這是因?yàn)轭w粒脫離界面的解吸能遠(yuǎn)大于熱能，顆粒脫離界面需要突破巨大的能量屏障[14]，而這種能量屏障賦予了Pickering乳液更高的穩(wěn)定性。顆粒脫離界面所需要的能量可用式（1）表示[13,15-16]。

式中：ΔGd為自發(fā)解吸自由能/J；r為顆粒的半徑/m；γow為油-水界面張力/（N/m）；θ為顆粒的三相接觸角/（°）。

從式（1）可以看出，自發(fā)解吸自由能取決于r、γow和θ，r和γow越大、θ越接近90°，顆粒的ΔGd越大，而實(shí)驗(yàn)表明ΔGd實(shí)際更大程度上取決于r和γow，Goebel等[17]對(duì)比了界面張力在50 mN/m（水和純烷烴的界面張力）和25 mN/m（水和精煉植物油的界面張力）時(shí)不同大小顆粒的自發(fā)解析自由能后發(fā)現(xiàn)，γow對(duì)ΔGd的影響很小。

1.2 顆粒在界面上的排布及形變

顆粒吸附在界面上后，會(huì)形成一層界面膜，這種界面膜的性能取決于顆粒與顆粒之間以及顆粒與兩相之間的交互作用。顆粒間的引力使得吸附層具有特殊的機(jī)械強(qiáng)度和剛性，為乳液抗聚結(jié)提供了獨(dú)特的物理屏障。此外，兩相界面因顆粒的吸附發(fā)生形變，產(chǎn)生了橫向毛細(xì)管吸引力，進(jìn)一步提高了乳液的穩(wěn)定性[18-19]。如果顆粒能發(fā)生一定的形變（如酪蛋白等軟顆粒），那么吸附到界面后可能會(huì)發(fā)生彎曲、變平等行為，界面的強(qiáng)度也隨之增強(qiáng)[20]，Capron等[21]同樣發(fā)現(xiàn)桿狀微晶纖維素納米晶體會(huì)在界面發(fā)生彎曲，這種行為鞏固了顆粒的吸附。

1.3 顆粒界面行為的調(diào)節(jié)

由于大多數(shù)天然食品級(jí)顆粒并不具有良好的兩相潤(rùn)濕性，其在界面上的三相接觸角通常不能達(dá)到穩(wěn)定Pickering乳液的要求，因此需要對(duì)顆粒的界面行為進(jìn)行調(diào)節(jié)。例如大多數(shù)天然淀粉顆粒擁有較強(qiáng)的親水性，吸附在界面上后大部分處于水相，因此需要在吸附前對(duì)顆粒進(jìn)行疏水改性，常用的方法是利用辛烯基琥珀酸酐（octenyl succinic anhydride，OSA）對(duì)其進(jìn)行酯化，在淀粉顆粒上引入疏水基團(tuán)以增強(qiáng)其疏水性[22-25]。

2 食品級(jí)顆粒及其穩(wěn)定的Pickering乳液的制備

可食用的天然多糖、蛋白質(zhì)是自然界可再生的資源，其生物相容性和可降解性遠(yuǎn)優(yōu)于無(wú)機(jī)材料，但由于潤(rùn)濕性、水溶性等問(wèn)題不能直接用于穩(wěn)定Pickering乳液，近年來(lái)科研工作者們通過(guò)修飾、改性、復(fù)合等多種手段，以天然多糖、蛋白質(zhì)為材料制備出了食品級(jí)固體顆粒，并實(shí)現(xiàn)了Pickering乳液的穩(wěn)定（表1）。

2.1 多糖顆粒穩(wěn)定的Pickering乳液

淀粉顆粒粒徑在0.5～100.0 μm之間[55]，由于直鏈淀粉和支鏈淀粉比例不同，顆粒呈球形、扁平形等形狀。絕大多數(shù)淀粉高度親水，需要通過(guò)化學(xué)或物理改性方式調(diào)節(jié)顆粒的界面行為以實(shí)現(xiàn)Pickering乳液的穩(wěn)定?；瘜W(xué)改性中，通過(guò)OSA化學(xué)改性增強(qiáng)淀粉顆粒的疏水性最為常見(jiàn)[22-25]，也有學(xué)者利用乙酸酐、鄰苯二甲酸酐酯化結(jié)合納米沉淀法[26-27]和硫酸水解法[28-29]對(duì)淀粉顆粒進(jìn)行改性。物理改性方面，Villamonte等[30]通過(guò)高壓處理（600 MPa、6 min）玉米淀粉水溶液制備出的顆粒對(duì)Pickering乳液具有良好的穩(wěn)定效果。實(shí)際上，一部分天然的淀粉顆?？梢灾苯臃€(wěn)定Pickering乳液，Li Chen等[31]發(fā)現(xiàn)不經(jīng)過(guò)修飾的天然大米淀粉顆粒、糯玉米淀粉顆粒和小麥淀粉顆粒均能穩(wěn)定Pickering乳液，而土豆淀粉不能，其中大米淀粉的乳化性能最好。淀粉顆粒穩(wěn)定的Pickering乳液一般通過(guò)高速剪切、高壓均質(zhì)乳化或者兩者結(jié)合的方法進(jìn)行制備。

表1 食品級(jí)固體顆粒及其穩(wěn)定的Pickering乳液的制備及應(yīng)用Table1 Preparation and application of food-grade particles for stabilizing Pickering emulsions

纖維素是自然界蘊(yùn)藏豐富的可再生資源，其化學(xué)結(jié)構(gòu)是由D-吡喃葡萄糖環(huán)彼此之間通過(guò)β-1,4-糖苷鍵以C1椅式構(gòu)象連接而成的線(xiàn)形高分子[56]。Kargar等[32]通過(guò)將市售微晶纖維素添加到去離子水中并在45～50 ℃條件下攪拌40 min制備懸浮液，微晶纖維素顆粒在pH 3～8范圍內(nèi)帶有大量負(fù)電荷，經(jīng)高速剪切乳化后，顆粒在界面上提供的靜電斥力可以有效阻止液滴的聚結(jié)。Wang Wenhang等[33]使用硫酸水解法從蘆筍莖葉中制備了纖維素納米晶體，晶體粒徑在178.2～261.8 nm之間，且結(jié)晶度為72.4%～77.2%，經(jīng)過(guò)超聲乳化后，水解3 h制備的顆粒能夠更有效地穩(wěn)定水包棕櫚油乳液。Wen Chunxia等[34]將玉米芯纖維素添加到1 mol/L過(guò)硫酸銨溶液中，并在60 ℃下放置16 h后獲得納米纖維素晶體懸浮液，隨后對(duì)懸浮液進(jìn)行多次離心水洗，直至溶液在pH 4時(shí)的電導(dǎo)率與去離子水（5 μS/cm）相近，經(jīng)超聲乳化后得到纖維素乳液，該乳液的穩(wěn)定性在20～70 ℃范圍內(nèi)隨著溫度的升高而提高。

殼聚糖是自然界唯一的陽(yáng)離子多糖，因其結(jié)構(gòu)特殊，可制備具有pH值刺激響應(yīng)特性的功能材料。Wang Xiaoyan等[35]在沒(méi)有添加任何表面活性劑或者交聯(lián)劑的情況下，通過(guò)高密度超聲處理制備了殼聚糖穩(wěn)定的Pickering乳液，其平均直徑低于1.7 μm，且能在5 個(gè)月內(nèi)保持穩(wěn)定。超聲處理能夠破壞和分散殼聚糖聚集體結(jié)構(gòu)，提高其乳化性，乳液的穩(wěn)定性和乳液類(lèi)型可以通過(guò)殼聚糖對(duì)于pH值的響應(yīng)進(jìn)行控制。Shah等[36]優(yōu)化了殼聚糖-三聚磷酸鹽納米顆粒的制備條件，殼聚糖和三聚磷酸鹽顆粒之間成功通過(guò)離子凝膠法進(jìn)行結(jié)合，所得顆粒不僅可以穩(wěn)定Pickering乳液，還可實(shí)現(xiàn)姜黃素的荷載。Ho等[37]發(fā)現(xiàn)超聲可以誘導(dǎo)殼聚糖自聚集，超聲使殼聚糖發(fā)生解聚并形成更小的單分散多糖顆粒，最終可以穩(wěn)定高至70%油相體積分?jǐn)?shù)的Pickering乳液。Mwangi等[38-39]通過(guò)調(diào)節(jié)殼聚糖醋酸溶液pH值至殼聚糖pKa值之上制備殼聚糖顆粒沉淀，并考察了內(nèi)外源因素對(duì)其穩(wěn)定的Pickering乳液穩(wěn)定性的影響，結(jié)果表明殼聚糖顆粒穩(wěn)定的Pickering乳液具有對(duì)環(huán)境刺激響應(yīng)的特性，在有特殊要求的食品和醫(yī)藥領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景。

2.2 蛋白質(zhì)顆粒穩(wěn)定的Pickering乳液

大豆分離蛋白（soybean protein isolate，SPI）主要由11S和7S球蛋白組成，球蛋白在SPI制備過(guò)程中易發(fā)生變性，通常以聚集體的形式存在并具有良好的表面活性，是制備食品級(jí)固體顆粒的優(yōu)質(zhì)原材料。Liu Fu等[40-43]以大豆蛋白聚集體為穩(wěn)定劑制備了Pickering乳液，而SPI以及大豆球蛋白顆粒通過(guò)熱誘導(dǎo)（95 ℃加熱15 min）聚合結(jié)合NaCl靜電屏蔽制備獲得，熱誘導(dǎo)聚合增強(qiáng)了SPI的疏水性，加之靜電屏蔽處理后，促進(jìn)了SPI和大豆球蛋白聚集體的形成。Guo Jian等[44]通過(guò)分散大豆凝膠的方式制備得到大豆蛋白微凝膠顆粒，該方法首先對(duì)SPI進(jìn)行熱處理（80 ℃、20 min），隨后使用轉(zhuǎn)谷氨酰胺酶對(duì)熱處理后的SPI交聯(lián)（20 U/g SPI、45 ℃、4 h）制備得到大豆凝膠，接著使用高速分散（10 000 r/min、2 min）結(jié)合微射流均質(zhì)處理（500 bar），從而得到微凝膠顆粒，高速剪切乳化后制備的Pickering乳液可在8 周內(nèi)保持穩(wěn)定。

玉米醇溶蛋白、高粱醇溶蛋白等醇溶蛋白顆粒大多使用反溶劑法制備，其制備過(guò)程可簡(jiǎn)述為：首先溶解原材料于合適溶劑中，隨后將有機(jī)相分散在水相中，最終再將溶劑移除。de Folter等[46]通過(guò)反溶劑法制備了玉米醇溶蛋白膠體顆粒，顆粒不需任何修飾，其三相接觸角就接近90°，并且可以制備穩(wěn)定的、沒(méi)有任何表面活性劑存在的Pickering乳液，所得乳液的穩(wěn)定性受到顆粒濃度、pH值、離子強(qiáng)度的影響。Xiao Jie等[47-48]同樣使用反溶劑法制備了高粱醇溶蛋白顆粒，并用于穩(wěn)定O/W Pickering乳液，此外還對(duì)乳液的微結(jié)構(gòu)、流變學(xué)性質(zhì)以及作為口服運(yùn)載體系的特性進(jìn)行了一系列研究。

在動(dòng)物源蛋白方面，Shimoni等[49]先熱處理（90 ℃、20 min）乳鐵蛋白的水溶液，再調(diào)節(jié)pH值至8后制備得到乳鐵蛋白顆粒，經(jīng)25 000 r/min高速剪切1 min制備粗乳液，隨后15 kPa高壓均質(zhì)處理4 次制備精制乳液，結(jié)果表明乳鐵蛋白顆粒沒(méi)有增加粗乳液的液滴尺寸，但卻可以明顯降低粗乳液的析乳速率；在精制乳液中，乳鐵蛋白顆粒增加了乳液液滴的尺寸。Gao Zhiming等[50]在pH 2的條件下熱處理（80 ℃、15 h）β-乳球蛋白水溶液，隨后于5 ℃條件下透析48 h，最后經(jīng)過(guò)凍干制備出非均一的蛋白纖絲并用于穩(wěn)定Pickering乳液，制備出的乳液在室溫下放置56 d后未發(fā)生聚結(jié)現(xiàn)象。

2.3 蛋白質(zhì)-多糖復(fù)合顆粒穩(wěn)定的Pickering乳液

采用天然的蛋白質(zhì)-多糖復(fù)合的方法，可利用親、疏水性互補(bǔ)的方式實(shí)現(xiàn)界面行為調(diào)節(jié)并獲得兩相潤(rùn)濕性好、適宜穩(wěn)定Pickering乳液的復(fù)合顆粒。相較于單一顆粒，復(fù)合顆粒穩(wěn)定的Pickering乳液避免了合成改性劑的引入，提升了乳液的安全性；同時(shí)蛋白質(zhì)、多糖之間的相互作用可以使液滴間形成特殊的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)[51]，進(jìn)一步增強(qiáng)了乳液的穩(wěn)定性；此外蛋白、多糖的同時(shí)存在增加了活性物質(zhì)與顆粒結(jié)合的可能性，賦予了乳液更優(yōu)異的荷載屬性。Wang Lijuan等[51]報(bào)道了使用玉米醇溶蛋白-殼聚糖復(fù)合顆粒（zein-chitosan complex particles，ZCCPs）穩(wěn)定Pickering乳液的方法，通過(guò)反溶劑法可制備出帶有大量電荷的中等潤(rùn)濕性ZCCPs，乳化后ZCCPs在界面上形成了由殼聚糖網(wǎng)絡(luò)包裹著玉米醇溶蛋白顆粒的混合網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，所得Pickering乳液可在9 個(gè)月的貯藏期內(nèi)保持穩(wěn)定。Wang Lijuan等[52]也將姜黃素作為天然抗氧化劑通過(guò)ZCCPs荷載富集到界面上，進(jìn)一步提升了乳液的抗氧化性能。通過(guò)類(lèi)似的靜電結(jié)合的方法，Shimoni[49]與Wang Xiaoyan[54]等分別制備了乳鐵蛋白-卡拉膠復(fù)合顆粒和明膠-殼聚糖復(fù)合顆粒，且均展現(xiàn)出良好的穩(wěn)定Pickering乳液的特性。

3 食品級(jí)固體顆粒及其穩(wěn)定的Pickering乳液的表征方法

隨著分析測(cè)量?jī)x器和測(cè)量方法的發(fā)展，顆粒和乳液的表征方式也在不斷進(jìn)步，三相接觸角測(cè)量?jī)x、共聚焦顯微鏡、冷凍掃描電子顯微鏡（cryo-scanning electron microscope，Cryo-SEM）等設(shè)備可以非常直觀(guān)地幫助科研工作者們理解界面固體顆粒及其穩(wěn)定的Pickering乳液的界面性質(zhì)、微觀(guān)結(jié)構(gòu)及穩(wěn)定機(jī)制。

3.1 界面性質(zhì)的表征

三相接觸角是判斷顆粒能否穩(wěn)定Pickering乳液的重要指標(biāo)，然而測(cè)定接觸角的方法各異。比較簡(jiǎn)單直觀(guān)的方法是使用視頻三相接觸角測(cè)量?jī)x直接觀(guān)測(cè)接觸角，但這種方法僅適用于粒徑大于30 μm的顆粒。一些科研工作者對(duì)接觸角測(cè)量方法進(jìn)行了改進(jìn)，de Folter等[46]將液滴捕獲的方法應(yīng)用到了玉米醇溶蛋白膠體顆粒接觸角的檢測(cè)當(dāng)中，該方法是首先制備均一的玉米醇溶蛋白膜，然后將膜置于水相頂部，接下來(lái)使用彎形針尖將油滴附著在膜表面，隨后在不同pH值水相條件下測(cè)量油滴在玉米醇溶蛋白膜的接觸角（圖1）。雖然膜-水-油界面的接觸角不能完全等同于顆粒在水-油界面的接觸角，但這種方法可以更好地預(yù)知顆粒的潤(rùn)濕性質(zhì)。Paunov[57]使用了凝膠捕獲技術(shù)測(cè)定接觸角：顆粒首先分散在平整的水-油界面上，在水相中存在不會(huì)吸附到界面上的水狀膠體，這些水狀膠體在降低溫度時(shí)膠凝；然后油被移除并由聚合非極性層取代，生成聚二甲硅氧烷聚合物（poly-dimethylsiloxane，PDMS）；聚合發(fā)生后，PDMS周?chē)念w粒被剝落并可以通過(guò)SEM成像來(lái)測(cè)定接觸角。在之后的研究中，Paunov等[58]再次證明了這種方法測(cè)定結(jié)果的穩(wěn)定性。

圖1 附著于玉米醇溶蛋白膜上的油滴在不同水相條件下的接觸角[46]Fig.1 Contact angle of oil droplet attached to zein fi lms under different aqueous conditions[46]

3.2 微觀(guān)結(jié)構(gòu)的表征

乳液微觀(guān)結(jié)構(gòu)可以使用顯微鏡直接觀(guān)察。光學(xué)顯微鏡成本低、操作簡(jiǎn)便，在表征大尺寸液滴時(shí)應(yīng)用較為廣泛[26,42,45,47-48]，但受分辨率的限制，很難觀(guān)察到粒徑小于1 μm的顆粒或乳液的微觀(guān)結(jié)構(gòu)。

共聚焦顯微鏡（confocal laser scanning microscopy，CLSM）具有靈敏度高、能顯示乳液空間結(jié)構(gòu)等優(yōu)點(diǎn)，結(jié)合大視野拼接功能可以非常直觀(guān)顯示出食品級(jí)顆粒在界面上的吸附。王麗娟[59]使用CLSM觀(guān)察了玉米醇溶蛋白/殼聚糖復(fù)合顆粒穩(wěn)定的Pickering乳液（圖2），分別采用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.1%尼羅紅和質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.1%尼羅藍(lán)對(duì)油相與蛋白相進(jìn)行染色，能夠清晰地觀(guān)察到玉米醇溶蛋白顆粒（紅色信號(hào)）包裹著油滴（綠色信號(hào)），直觀(guān)地表現(xiàn)出玉米醇溶蛋白以顆粒的形式在界面上吸附。

圖2 玉米醇溶蛋白/殼聚糖復(fù)合顆粒穩(wěn)定的Pickering乳液CLSM圖像[59]Fig.2 CLSM image of zein/chitosan complex stabilized Pickering emulsion[59]

光學(xué)顯微鏡和CLSM都不能表征粒徑小于500 nm的獨(dú)立顆粒的表觀(guān)形貌，而通過(guò)Cryo-SEM卻可以觀(guān)察到平均粒徑低于100 nm的顆粒表面結(jié)構(gòu)，并且可以原位表征納米級(jí)顆粒在液-液界面上的形貌[60]。Cryo-SEM的超低溫快速冷凍制樣技術(shù)可使水在低溫狀態(tài)下呈玻璃態(tài)，減少了冰晶對(duì)樣品本身結(jié)構(gòu)的影響，其制樣過(guò)程簡(jiǎn)單快速，無(wú)需對(duì)樣品進(jìn)行脫水、干燥，僅需利用超低溫快速冷凍對(duì)樣品固態(tài)化，隨后通過(guò)冷凍傳輸系統(tǒng)在低溫狀態(tài)下將樣品轉(zhuǎn)移至電子顯微鏡樣品艙中的冷臺(tái)上進(jìn)行觀(guān)察[61]。Xiao Jie等[48]將Cryo-SEM應(yīng)用到高粱醇溶蛋白的表征，可以清晰地觀(guān)察到顆粒在界面上的吸附（圖3）。

圖3 高粱醇溶蛋白（a）和吐溫-80（b）穩(wěn)定乳液油滴局部Cryo-SEM掃描圖像[48]Fig.3 Cryo-SEM images of ka fi rin (a) and Tween-80 (b) stabilized emulsion with inserted pictures under higher magni fi cation[48]

3.3 乳液穩(wěn)定性的表征

3.3.1 抗分層穩(wěn)定性

分層是乳液中常見(jiàn)的失穩(wěn)現(xiàn)象，其可用Stokes定律（式（2））解釋。

式中：U為重力分離速率/（m/s）；r為液滴半徑/m；ρ1、ρ2分別為連續(xù)相和分散相的密度/（kg/m3）；η為連續(xù)相的黏度/（kg/（m·s）；g為重力加速度/（m/s2）。

從式（2）中可以看出，在沒(méi)有增稠劑存在的情況下，當(dāng)液滴尺寸增大時(shí)，乳液會(huì)很容易發(fā)生分層。通過(guò)記錄乳析指數(shù)（creaming index，CI）和乳化相的體積比是篩選食品級(jí)Pickering顆粒的常規(guī)手段，其方法是將新配制的乳液放置在一個(gè)透明的玻璃管中，在常溫下放置，乳液分為兩層，上層為乳析層，下層為清液層，在一段時(shí)間內(nèi)記錄乳析界面的高度變化，CI的計(jì)算如式（3）所示[51,62]。

式中：Hs為下層清液的高度/cm；Ht為整體乳液的高度/cm。

3.3.2 抗聚結(jié)穩(wěn)定性

由于顆粒在界面上的吸附不可逆，顆粒包裹的乳液界面層可作為一種物理屏障將相鄰的水-油界面阻隔，有效防止了液滴的聚結(jié)；而對(duì)于顆粒覆蓋率較低的液滴界面，當(dāng)相鄰液滴接觸時(shí)將會(huì)形成公用顆粒層以最大限度地保證液滴的完整性，防止聚結(jié)的發(fā)生，這種現(xiàn)象稱(chēng)之為“橋聯(lián)絮凝”。對(duì)于一些食品級(jí)顆粒，如蛋白質(zhì)-多糖復(fù)合聚集體、纖維素顆粒等，在吸附到界面上后，只有小部分會(huì)與界面接觸，絕大部分會(huì)伸展至連續(xù)相中，形成剛性空間位阻或網(wǎng)絡(luò)。觀(guān)察Pickering乳液的微觀(guān)結(jié)構(gòu)是表征其抗聚結(jié)穩(wěn)定性的主要手段，Li Chen等[31]通過(guò)光學(xué)顯微鏡觀(guān)察到淀粉顆粒穩(wěn)定的Pickering乳液中淀粉顆粒層緊密包裹的油滴有效阻止了乳液液滴在貯存過(guò)程中的聚結(jié)。

4 在食品中的應(yīng)用

目前Pickering乳液在食品領(lǐng)域中的應(yīng)用報(bào)道較少，大都集中在增強(qiáng)乳液的氧化穩(wěn)定性以及荷載功能活性物質(zhì)等方面，相對(duì)于傳統(tǒng)乳液，主要利用了固體顆粒特有的物理結(jié)構(gòu)性質(zhì)以及荷載、緩釋特性。

4.1 增強(qiáng)乳液氧化穩(wěn)定性

食品乳液中油脂的氧化不僅破壞了食品的感官品質(zhì)和營(yíng)養(yǎng)價(jià)值，還會(huì)產(chǎn)生有毒物質(zhì)[63]，而O/W Pickering乳液中的水-油界面由致密的顆粒層覆蓋，降低了氧氣、助氧化劑（金屬離子）、光等促氧化因子與油相接觸的幾率，從而達(dá)到了增強(qiáng)油脂氧化穩(wěn)定性的目的；除此之外，顆?？衫闷浜奢d特性攜帶抗氧化劑到乳液表面，進(jìn)一步增強(qiáng)了乳液的抗氧化性質(zhì)。Wang Lijuan等[51]通過(guò)反溶劑法和高速剪切乳化分別制備了玉米醇溶蛋白顆粒和玉米醇溶蛋白/殼聚糖復(fù)合顆粒Pickering乳液，通過(guò)對(duì)顆粒界面行為進(jìn)行探究發(fā)現(xiàn)，玉米醇溶蛋白顆粒的三相接觸角為112.73°±1.29°，而通過(guò)殼聚糖進(jìn)行界面行為調(diào)節(jié)后，復(fù)合顆粒的三相接觸角約為82°，接近90°的理想狀態(tài)；經(jīng)過(guò)熱加速貯藏實(shí)驗(yàn)可知，以復(fù)合顆粒穩(wěn)定的乳液具有良好的抗氧化穩(wěn)定性，通過(guò)復(fù)合顆粒荷載姜黃素，可以使油滴表面形成一層抗氧化層，進(jìn)一步提高了乳液的抗氧化性。Xiao Jie等[47]通過(guò)常溫貯藏實(shí)驗(yàn)對(duì)比了由高粱醇溶蛋白穩(wěn)定的Pickering乳液和吐溫-80穩(wěn)定的傳統(tǒng)乳液在1～15 d內(nèi)的抗氧化穩(wěn)定性，并使用單一油相作對(duì)照，發(fā)現(xiàn)Pickering乳液被氧化的速率顯著低于傳統(tǒng)乳液，可能是Pickering乳液具有較大的液滴粒徑、液滴周?chē)嬖谖锢砥琳蠈?、?yáng)離子顆粒層靜電排斥金屬離子等因素所導(dǎo)致。

4.2 穩(wěn)定具有荷載功能的活性物質(zhì)

隨著營(yíng)養(yǎng)與健康的理念日漸被消費(fèi)者關(guān)注，大量功能活性物質(zhì)被用于食品體系當(dāng)中，然而一部功能活性物質(zhì)如姜黃素、β-胡蘿卜素不但水溶性差，在一般食品體系中添加效率低，而且進(jìn)入到人體后其生物半衰期短、生物利用度低，功效大大折扣。而Pickering乳液作為一種特殊的乳液荷載系統(tǒng)，除了可以荷載疏水性功能活性物質(zhì)外，還具有傳統(tǒng)乳液不可比擬的優(yōu)勢(shì)：Pickering乳液的抗聚結(jié)穩(wěn)定性為荷載系統(tǒng)的穩(wěn)定提供了基礎(chǔ)，吸附在水-油界面上的顆粒層為分散相中的載體提供了一層物理阻隔屏障，阻隔了外界光源，保證了一些易發(fā)生光降解、紫外降解荷載物的穩(wěn)定性；此外利用某些食品級(jí)顆粒特有的性質(zhì)制備出的刺激響應(yīng)型Pickering乳液可以實(shí)現(xiàn)功能活性物質(zhì)的緩釋和靶向運(yùn)輸。

Shah等[36]使用殼聚糖-三聚磷酸鹽納米顆粒穩(wěn)定的Pickering乳液對(duì)姜黃素進(jìn)行荷載，24 h避光保存后僅有約質(zhì)量分?jǐn)?shù)14%的姜黃素降解，該體系對(duì)姜黃素的保護(hù)作用顯著高于Leung等[64]使用十二烷基硫酸鈉膠束荷載體系（20 h降解40%的姜黃素）。Liu Fu等[43]利用大豆球蛋白顆粒穩(wěn)定的Pickering乳液荷載β-胡蘿卜素，且β-胡蘿卜素的緩釋行為主要取決于液滴尺寸，在熱處理大豆球蛋白穩(wěn)定的凝膠狀乳液中，凝膠網(wǎng)絡(luò)的形成能夠大大降低β-胡蘿卜素的釋放速率。

5 結(jié) 語(yǔ)

食品級(jí)固體顆粒穩(wěn)定的Pickering乳液具有原材料成本低、穩(wěn)定性好、生物相容性強(qiáng)、應(yīng)用前景廣等諸多優(yōu)勢(shì)。雖然近年來(lái)相關(guān)研究逐漸深入，但是在穩(wěn)定機(jī)理、制備和應(yīng)用方面仍存在一定的問(wèn)題，下一步研究中要深入探究食品級(jí)顆粒與無(wú)機(jī)顆粒穩(wěn)定Pickering乳液的機(jī)制異同，尋求更多綠色高效的制備Pickering乳液的方法，同時(shí)盡快推進(jìn)其在實(shí)際生產(chǎn)中的應(yīng)用；另外對(duì)于Pickering乳液應(yīng)用在活性物質(zhì)荷載方面的研究，需進(jìn)一步開(kāi)展相關(guān)的體內(nèi)實(shí)驗(yàn)，明確其實(shí)際作用效果。相信通過(guò)科研工作者們的不懈努力，在基于食品級(jí)固體顆粒穩(wěn)定的Pickering乳液領(lǐng)域終將實(shí)現(xiàn)理論與應(yīng)用的雙突破。

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