乳液腔室結(jié)構(gòu)與界面穩(wěn)定性

趙國秀，邢琳琳，趙夢雅，劉 賀，朱力杰

（渤海大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院 生鮮農(nóng)產(chǎn)品貯藏加工及安全控制技術(shù)國家地方聯(lián)合工程研究中心 遼寧錦州121013）

乳液是兩種互不相溶的液相形成的非均相混合物，其中一種液相的液滴分散在另一種液相或連續(xù)相中[1]。常見的牛奶、奶茶、乳飲料、調(diào)味醬汁等均屬于乳液產(chǎn)品，在日常生活中占據(jù)十分重要的地位。一般來說乳液的形成需要滿足3 個條件：1）存在多種不溶性液體；2）適合的乳化劑；3）足夠強度的機械攪拌[2]。

根據(jù)內(nèi)部結(jié)構(gòu)的差異，乳液可分為較為簡單的單腔室乳液體系（O/W）或（W/O）、相對復(fù)雜的多腔室乳液體系（O/W/O）或（W/O/W）以及更為復(fù)雜的具有內(nèi)外多腔室的等級多重乳液體系【（O/W）/O/W】。隨著腔室結(jié)構(gòu)多樣性研究的深入，乳液界面的穩(wěn)定機制連同影響乳液的制備方法都在發(fā)生變化。乳液體系愈加復(fù)雜化，其運載效率與穩(wěn)定性也在進一步提升，不斷拓寬著乳液的發(fā)展前景。目前乳液在食品[3]、化妝品[4-5]、建筑[6]、環(huán)境保護[7]等領(lǐng)域得到長足的發(fā)展，成長為多個行業(yè)中不可或缺的一種運載形式。本文綜述幾種典型乳液的腔室結(jié)構(gòu)與界面穩(wěn)定性研究進展，針對不同類型乳液的穩(wěn)定性提升進行對比分析，為后續(xù)乳液的開發(fā)利用提供參考。

1 單腔室乳液

單腔室是最為簡單的一種乳液存在形式，它由兩種互不相溶的液體組成，其中一種液體的液滴懸浮在另一種液體的連續(xù)相中[8]，可以用來保護或有效輸送與內(nèi)相具有良好互溶性的物質(zhì)。單腔室乳液的油-水界面通常是不穩(wěn)定的，需要添加乳化劑才能達到動力學(xué)穩(wěn)定狀態(tài)。與其它結(jié)構(gòu)形式相比，單腔室乳液具有制備步驟簡單、生產(chǎn)成本低廉等優(yōu)勢，在pH 值、溫度、壓力等條件變化下乳液結(jié)構(gòu)不會輕易發(fā)生改變，更易于批量生產(chǎn)和大范圍應(yīng)用。

1.1 水包油型（O/W）和油包水型（W/O）乳液

O/W 和W/O 乳液作為單腔室結(jié)構(gòu)體系的代表，已經(jīng)在各個領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。O/W 乳液是一種將細小油滴分散在水相中的體系[9]，而W/O 乳液則是將水滴分散在連續(xù)油相中[8]。乳液的界面結(jié)構(gòu)可以由多種組合方式構(gòu)成，例如小分子表面活性劑、大分子生物聚合物及其衍生物、復(fù)合物、帶有相反電荷的不同乳化劑、固體顆?；蛞陨隙喾N乳化劑的聯(lián)合使用，其中由固體顆粒穩(wěn)定的乳液被稱為Pickering乳液[10]。圖1 以O(shè)/W 乳液為例，簡要描繪出了由單一乳化劑以及復(fù)合乳化劑穩(wěn)定的乳液的界面結(jié)構(gòu)圖。通常情況下，乳化劑會在高速剪切等方式的強機械作用力下與油相和水相充分接觸，進而有序的排列在油-水界面層，形成彈性界面膜；界面膜會通過降低油-水界面張力來保護乳液液滴結(jié)構(gòu)，使其在一段時間內(nèi)不會因正常外界條件的變化而出現(xiàn)擴張破裂等現(xiàn)象，最終達到穩(wěn)定乳液的目的。大多數(shù)乳液會在添加表面活性劑、固體顆粒等幾天、幾個月甚至幾年內(nèi)表現(xiàn)出穩(wěn)定狀態(tài)[11]。然而，由于兩相之間界面張力的存在，使得乳液成為一種熱力學(xué)不穩(wěn)定的亞穩(wěn)態(tài)系統(tǒng)，具體表現(xiàn)為水、油兩相會隨著時間的延長逐漸分離，主要的不穩(wěn)定性機制包括重力分離、絮凝、聚結(jié)和Ostwald 熟化[12]。其中，重力分離是指在乳液儲存過程中，由于密度差異，油相會逐步聚集到油-水界面導(dǎo)致界面膜加厚，致使乳液分層；聚結(jié)作用體現(xiàn)為乳液中兩個或多個小液滴相互吸引，從而組成一個更大液滴；Ostwald 熟化則是指小的乳化液滴開始消失，大的乳化液滴不斷擴大的現(xiàn)象[13]。絮凝作為單腔室乳液最微妙、最復(fù)雜的失穩(wěn)機制，是指乳液液滴之間的相互排斥能力小于相互吸引能力，大部分分散液滴以小團或大團（絮）的形式近距離存在的一種狀態(tài)，如圖2所示。隨著乳液液滴的增大，絮凝作用會不斷增強。通常采用顯微鏡、流變學(xué)或通過光散射的粒度分布分析來評估乳液中絮凝的存在及其程度[14]。此外，根據(jù)乳化劑濃度的不同，絮凝作用主要分為橋接絮凝和耗竭絮凝兩種，其中橋接絮凝是指乳化劑的濃度無法滿足結(jié)構(gòu)需要，無法將內(nèi)層液滴完全包裹，進而出現(xiàn)乳化劑共享的現(xiàn)象，橋接絮凝必須使用強剪切力才能產(chǎn)生破壞；與之相反，耗竭絮凝是由過量乳化劑吸附在油-水界面而引發(fā)的，只需輕輕攪拌或稀釋就能恢復(fù)原樣[15]。由于以上多種不穩(wěn)定機制的存在，要想保證乳液結(jié)構(gòu)不被輕易破壞，必須滿足以下2 點：第一，選擇適宜的乳化劑，即乳化劑的pH 值、結(jié)構(gòu)等必須與所要制得的乳液相匹配，尤為重要的是乳化劑粒子間的斥力被要求具有足夠的范圍和強度，以克服重力、對流、布朗運動以及短期范德華力的綜合作用[14]；第二，選擇適當(dāng)?shù)乃?、油、乳化劑比例，確保乳化劑的濃度可以使油-水界面達到飽和狀態(tài)，避免出現(xiàn)橋接絮凝或耗竭絮凝等狀況。

圖1 O/W 乳液結(jié)構(gòu)圖Fig.1 O/W emulsion structure diagram

圖2 單腔室乳液的亞穩(wěn)定狀態(tài)及絮凝狀態(tài)Fig.2 Metastable state and flocculation state of single-chamber emulsion

目前關(guān)于O/W 和W/O 乳液的研究主要體現(xiàn)在以下2 方面：第一方面是尋找更加高效、穩(wěn)定、安全的天然乳化劑。茶多酚棕櫚酸酯[16]、芒草中的纖維素納米纖維（Cellulose nanofibrils，CNFs）[17]、竹筍中的不溶水性膳食纖維（Bamboo shoot dietary fiber，BSDF）[18]以及蘆丁水合物（Rutin hydrate，RH）-強抗氧化類黃酮物質(zhì)[19]均已被研究人員發(fā)現(xiàn)，并成功制備出了具有高穩(wěn)定的單腔室乳液體系。Fincheira 等[20]以大豆卵磷脂、植物油、殼聚糖和海藻酸鈉為原料制備乳液，包埋揮發(fā)性有機化合物（Volatile organic compounds，VOCs），成功代替化學(xué)藥品起到促進作物生長的作用，同時減少對環(huán)境和人體的危害。另一方面是被用作制備低脂產(chǎn)品或包封生物活性成分（如疏水性多酚、ω-3 脂肪酸、植物甾醇、β-胡蘿卜素等）。Iona 等[21]和Pehlivanogˇlu 等[22]研究證實高脂肪飲食可增加糖尿病、肝臟、血管并發(fā)癥等多種慢性疾病的發(fā)生。同時，脂肪也會給產(chǎn)品帶來獨特的風(fēng)味、口感或其它偏好特性[23-24]。想要在減少脂肪使用的同時保證食品的質(zhì)構(gòu)不被破壞成了廣大研究人員的一大挑戰(zhàn)。2020年，Yang 等[25]通過改變?nèi)橐耗z的結(jié)構(gòu)屬性，設(shè)計出了一款低脂蛋黃醬產(chǎn)品，拓寬了制作低脂肪食品的方法，使低脂產(chǎn)品的全面推廣成為可能。在包封生物活性成分方面，Wang 等[26]以黃原膠和海藻酸丙二醇酯（Propylene glycol alginate，PGA）為穩(wěn)定劑，構(gòu)建出的O/W 乳液將具有多種有益功效的葉黃素[27-28]成功包封。此外，芹菜素[29]、亞麻籽油[30]等也通過乳液包封的形式提高了生物利用度，拓寬了應(yīng)用范圍。

1.2 其它

隨著食品行業(yè)工業(yè)化設(shè)備與原料的不斷發(fā)展，更多類型的乳液已經(jīng)被成功開發(fā)。水包水型（W/W）乳液作為一種膠態(tài)分散體系，由兩種處于熱力學(xué)平衡狀態(tài)的不混溶水相組成，其中一種水相的液滴包裹在另一種水相中[31]。與O/W 或W/O乳液相比，W/W 乳液界面張力較低，可以更好地保持生物活性物質(zhì)在該體系中的穩(wěn)定性[32]。然而由于W/W 乳液的液滴間不存在明顯的斥力相互作用，極易引發(fā)聚結(jié)或絮凝，造成不可逆轉(zhuǎn)的相分離[33]，并且經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)W/W 乳液不能通過添加表面活性劑來穩(wěn)定界面[34]。為此，研究人員嘗試了多種解決方案，目前較好的解決辦法就是添加微凝膠顆粒作為穩(wěn)定劑或者添加增稠劑，將乳液直接轉(zhuǎn)變?yōu)槟z狀態(tài)，通過降低流動性，減少外界環(huán)境對乳液液滴的破壞效果，達到預(yù)防相分離以及穩(wěn)定乳液體系的目的。Poonam 等[33]構(gòu)建了一種食用羧甲基纖維素-明膠W/W 乳液體系，將益生菌直接導(dǎo)入微凝膠內(nèi)，保護并有效傳遞了活的益生菌。除此之外，研究還發(fā)現(xiàn)了當(dāng)粒子傾向于連續(xù)相向外突出時，乳液的穩(wěn)定性最好[34]。非水乳液（O/O 乳液）也已被報道。O/O 乳液是一種新型的、較為罕見的乳液，可以用來對一些水溶性較差的活性物質(zhì)進行微膠囊運輸[35]。

表1 簡單例舉了幾種單腔室乳液的應(yīng)用，由于自身結(jié)構(gòu)簡單，在一些應(yīng)用場景中還存在限制，相信在未來更多種類的乳液會被開發(fā)創(chuàng)造并成功應(yīng)用于食品市場，為食品產(chǎn)業(yè)的發(fā)展提供不竭動力。

表1 幾種單腔室乳液在食品中的應(yīng)用Table 1 The application of several single-chamber emulsions in food

2 多腔室乳液

多腔室乳液的體系結(jié)構(gòu)更為復(fù)雜，主要可分為多重內(nèi)腔室乳液和外多腔室乳液，結(jié)構(gòu)對比如圖3 和圖4所示。

2.1 多重內(nèi)腔室乳液

多重內(nèi)腔室乳液，又名多重乳液，是指一種乳液的內(nèi)相同時作為另一種乳液外相的復(fù)雜結(jié)構(gòu)體系。與單腔室乳液相比，多重乳液的制備難度系數(shù)更大，在加工以及運輸過程中也更容易發(fā)生動力學(xué)穩(wěn)定性和形貌的變化。一方面，分子在內(nèi)相與外相之間存在著一種室間擴散；另一方面，界面膜的不穩(wěn)定性會導(dǎo)致相間發(fā)生連接作用，這些機制都會促使多重乳液的腔室結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，甚至演變?yōu)樽畛醯膯吻皇胰橐后w系，最終造成多重乳液失穩(wěn)。盡管如此，其結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性也帶來了更多的應(yīng)用前景。多重乳液的多室性使其可以同時作為親水性物質(zhì)和親脂性物質(zhì)的包封載體，在整個包封過程中還可進一步開展緩慢釋放或靶向釋放[36]，這些特性使其在食品領(lǐng)域廣受歡迎。例如，可利用乳液包封功能性成分，使人們以食品而非藥品的形式攝入所需營養(yǎng)；利用乳液替代非健康脂肪時，可利用緩慢釋放或靶向釋放改善被替代產(chǎn)品風(fēng)味等感官特性方面的不足。

多重乳液一般分為W/O/W 型乳液或O/W/O型乳液，近些年隨著研究的不斷深入，類似W/W/W 型乳液、O/O/O 型乳液也逐漸出現(xiàn)。通常情況下，多重乳液需要借用2 種不同的乳化劑組合，通過2 步乳化過程來進行制備[37]。目前，關(guān)于多重乳液的研究主要集中在乳液配方體系構(gòu)建、包封率強化以及封裝技術(shù)在食品行業(yè)中的應(yīng)用這3 方面。

2.1.1 W/O/W 乳液 W/O/W 乳液是一種多室體系，其中尺度相對較小的水微粒（W1）分散在脂肪球（O）內(nèi)，而脂肪球（O）又分散在連續(xù)的水相（W2）中[38]。如圖3所示，W/O/W 乳液最外層為水相，中間為油相，內(nèi)層又為水相，并且同時擁有水-油和油-水2 個界面結(jié)構(gòu)，這使得W/O/W 乳液的界面穩(wěn)定性更難保持。乳液通常需要2 步乳化法進行制備：第1 步是添加親脂性乳化劑，利用乳化劑在水-油界面的緊密排布，降低界面張力，形成可以保護乳液液滴結(jié)構(gòu)的界面膜；第2 步是加入親水性乳化劑，利用乳化劑在油-水界面的組裝特性，將第1 步制得的W1/O 乳液牢牢包裹，最終制得W1/O/W2乳液。通常第2 步的乳化條件要相對溫柔，以防第1 步制備的W1/O 乳液結(jié)構(gòu)被破壞。

與傳統(tǒng)的O/W 乳液相比，這種天然的多腔室結(jié)構(gòu)體系，會給W/O/W 乳液帶來一些潛在的優(yōu)勢，這些優(yōu)勢可以被應(yīng)用在開發(fā)低熱量或低脂產(chǎn)品、封裝功能性食品成分、控制和保護不穩(wěn)定成分的釋放以及減少鈉含量應(yīng)用等方面[39]。在帶來更多應(yīng)用前景的同時，構(gòu)建穩(wěn)定的多重內(nèi)腔室乳液結(jié)構(gòu)也成為了新的挑戰(zhàn)。由于多重乳液是一種熱力學(xué)不穩(wěn)定的乳液體系，其不穩(wěn)定機制除了重力分離、絮凝、聚結(jié)和Ostwald 熟化外，還可分為以下3 類：第1 類是內(nèi)部水相中的液滴聚集在油相和凹界面上，與外部水相連通，復(fù)合乳液結(jié)構(gòu)被破壞，最終W/O/W 乳液轉(zhuǎn)變?yōu)楹唵蔚腛/W 結(jié)構(gòu)體系；第2 類是內(nèi)部水相不斷聚結(jié)融合成單一液滴，誘發(fā)乳液失穩(wěn)；第3 類是多重乳液的液滴間發(fā)生收縮或長大[40-41]。因此，需要在多重乳液的制備過程中對其狀態(tài)進行實時監(jiān)測。2013年，Sebastian等[42]以介電譜（Dielectric spectroscopy，DS）為分析工具，直接在乳液生產(chǎn)線上對W/O/W 乳液的物理狀態(tài)進行測定，減少了離線檢測對乳液包封率和穩(wěn)定性的影響，在一定程度上保護了乳液的品質(zhì)狀態(tài)，為更多類型W/O/W 乳液的工業(yè)化生產(chǎn)提供了可能。

優(yōu)化乳液配方可以有效解決W/O/W 乳液穩(wěn)定性的問題。一方面尋找能有效穩(wěn)定乳液的食品級乳化劑；另一方面，尋找能延長乳液儲存時間的高效穩(wěn)定劑。目前廣泛使用的疏水性乳化劑是聚甘油蓖麻醇酸酯（Poly glycerol poly ricinoleate，PGPR），其高乳化性來源于長鏈親水聚甘油鏈具有良好的水結(jié)合能力[43]。然而其應(yīng)用存在限制并且在添加量超過5%后會帶來少量令人不愉快的異味[37]。減少PGPR 的用量或探尋新型食品級乳化劑成為了科研工作者的新目標。2020年Lucie等[44]在不添加任何油溶性乳化劑（如PGPR、單甘油酯或雙甘油酯）的情況下，制備出了平均包封率可以達到65%的W/O/W 型食品級乳液。在該類乳液穩(wěn)定劑的篩選過程中，黏度的增強可以幫助減少多重乳液發(fā)生聚結(jié)和Ostwald 熟化的可能性。制備具有可調(diào)黏度特性的W/O/W 乳液體系有重要意義。明膠是膠原蛋白的水解產(chǎn)物之一，具有黏度可調(diào)、乳化力強等優(yōu)點，并且在消化過程中不會產(chǎn)生有毒的代謝產(chǎn)物[45]。2018年Zhu 等[46]將豬明膠加入到內(nèi)水相（W1）中以提高含高鎂離子濃度的食品級W1/O/W2乳液的穩(wěn)定性。結(jié)果表明，當(dāng)豬明膠添加量超過4.0%時，乳液的黏彈性增加，乳液的穩(wěn)定性也相應(yīng)得到改善。此外，不同的制備方法也會影響乳液的穩(wěn)定性及品質(zhì)。除傳統(tǒng)高壓均質(zhì)方法外，膜技術(shù)、微通道技術(shù)和微流控技術(shù)等方法也可以制備出粒徑均勻，穩(wěn)定性良好的乳液[47-51]。然而，其生產(chǎn)設(shè)備昂貴且成本較高，目前只適用于小規(guī)模低劑量乳液的制備，相對來說更適合藥物，并不適合大規(guī)模食品級乳液生產(chǎn)。

2.1.2 O/W/O 乳液 與W/O/W 乳液相比，由于O/W/O 乳液的乳化劑選擇更加困難，因此其在全行業(yè)包括在食品領(lǐng)域中的應(yīng)用都較少。O/W/O 乳液是指油滴（O1）分散在連續(xù)的水相（W）中，而水相（W）又被一層連續(xù)的油相（O2）包裹著的一種多腔室復(fù)雜體系，如圖3所示。在O/W/O 乳液的制備過程中，第1 組用于內(nèi)部界面的乳化劑必須是親水的，第2 組是疏水的[52]。O/W/O 乳液主要的不穩(wěn)定性機制包括擴散和水膜破裂，其中擴散是指整個乳液液滴由內(nèi)而外的發(fā)生變化直至爆破，整個運動機理類似空化效應(yīng)；而水膜破裂是指油-水界面膜的穩(wěn)定性不足以支撐時間或空間帶來的變化。這就說明制備方法或乳化劑的選擇錯誤，都會導(dǎo)致界面膜破碎或內(nèi)相油滴與外相相通形成W/O乳液，需要對內(nèi)相油滴的釋放進行監(jiān)控與定量分析。Schmidt 等[36]對比了2 種可能的測定方法——流變法和核磁共振法，分別測定了內(nèi)部具有凝膠水相O/W/O 乳液的包封率（Encapsulation efficiency，EE），其中EE 值表示在一定時間內(nèi)仍包封在乳液中的內(nèi)部油的百分比。結(jié)果表明，這2 種測量方法均適用于O/W/O 型乳液EE 值的定性比較。

圖3 多重內(nèi)腔室乳液結(jié)構(gòu)圖Fig.3 Multiple internal chamber emulsion structure diagram

乳化劑的選擇即要符合相關(guān)標準的嚴格規(guī)定，又要符合絕大數(shù)消費者的感官意愿，這使得O/W/O 乳液乳化劑的選擇工作更具挑戰(zhàn)。目前常用的解決方法就是在水相中加入膠體作為穩(wěn)定劑，將內(nèi)部的油滴從外部的連續(xù)油相中分離出來。其中最常見的穩(wěn)定劑為果膠，果膠作為一種膠凝性的水膠體，可以將油滴固定在其凝膠網(wǎng)絡(luò)內(nèi)，防止內(nèi)外相油滴聚結(jié)[4，36]。此外，還可以利用穩(wěn)定劑與乳化劑之間的協(xié)同作用來減少乳化劑的用量，以穩(wěn)定油-水界面或提高O/W/O 乳液的穩(wěn)定性。

除對O/W/O 乳液穩(wěn)定性問題的研究外，對不具穩(wěn)定性的多種有效成分的包封也是O/W/O 乳液目前在食品及乳液研究中發(fā)展的亮點之一。例如，ω-3 脂肪酸，主要成分為二十碳五烯酸（Eicosapentaenoic acid，EPA）和二十二碳六烯酸（Docosahexaenoic acid，DHA），能促進甘油三酯的降低，有益心臟健康，對人體多種疾病有治療效果[53]。氧化變質(zhì)是將含有ω-3 脂肪酸的油添加到食品體系中的一個最主要問題，Sandra 等[52]利用O/W/O 乳液將含有ω-3 脂肪酸的油成功包封，為多種不穩(wěn)定的功能性成分的包封提供了可能，在食品行業(yè)的前進過程中實現(xiàn)了新的突破。

2.1.3 其它 近年來，越來越多不同類型的多重乳液出現(xiàn)在人們的視野中。早在2012年，Song等[54]就通過微流控技術(shù)成功制備出了具有良好單分散性的W/W/W 乳液。然而這項技術(shù)的成本較高，無法實現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)。2020年Beldengrün 等[55]基于明膠-麥芽糊精-水組成的體系研究了2 種不同的方法將W/W/W 乳液制備成功，并進行了穩(wěn)定性表征，這是第一次在不使用任何微流控設(shè)備的前提下制備出了W/W/W 乳液，也是第一次使用黏蛋白顆粒當(dāng)作全水體系的穩(wěn)定劑。這一研發(fā)創(chuàng)新使全水乳液可以在更多方面得到推廣使用。O/O/O 乳液也在2017年被Andrew 等[56]研發(fā)成功，具體而言就是利用不同濃度的二氧化硅顆粒穩(wěn)定了植物油-100cS 硅油-植物油的V/S/V 乳液體系，這些非水乳液在很多方面都可以深入應(yīng)用。

2.2 外多腔室乳液

相較于多重內(nèi)腔室乳液（如多重乳液），具有外多腔室的等級乳液在穩(wěn)定性、制備等方面具有明顯的優(yōu)勢，更易實現(xiàn)大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)，然而在食品領(lǐng)域關(guān)于外多腔室乳液方面的研究卻少之又少。外多腔室乳液的制備主要分為兩步，首先是制備出由乳化劑穩(wěn)定的O/W 乳液液滴，再以乳液液滴的懸浮液為水相，繼續(xù)添加油相，進行等級乳液的制備，結(jié)構(gòu)如圖4所示。O/W 乳液液滴的界面穩(wěn)定機制可參考1.1 節(jié)。乳液制備過程中第2 步的界面穩(wěn)定主要依靠乳液液滴間的相互作用。乳液液滴會在油-水界面擴散排列，促使界面張力不斷降低，當(dāng)界面張力下降到某一特殊值后乳液液滴會在界面通過組裝作用形成穩(wěn)固的界面膜，將油相牢牢包裹在體系內(nèi)。

圖4 外多腔室乳液結(jié)構(gòu)圖Fig.4 External multi-chamber emulsion structure diagram

介于結(jié)構(gòu)的愈加復(fù)雜化，外多腔室乳液在制備過程中會受到更多種因素的影響，例如剪切強度、各相比例、乳化環(huán)境等，其中對于乳化劑的選擇及其添加量的精準控制顯得尤為重要。選擇的乳化劑要能在油-水界面發(fā)生一定強度的組裝行為，否則乳液液滴將無法在第2 步制備過程中通過界面組裝行為形成物理屏障，保護第2 次添加的油相不被環(huán)境、時間等因素影響，最終使得外多腔室乳液出現(xiàn)穩(wěn)定失常、結(jié)構(gòu)混亂等現(xiàn)象。乳化劑濃度過低或過高都會影響外多腔室結(jié)構(gòu)的形成，甚至影響乳液在儲存過程中對溫度、振蕩、pH 值等的抵抗能力。乳化劑濃度過低會導(dǎo)致懸浮液中乳液液滴的濃度偏低，等級乳液更容易受到外界因素影響。乳化劑濃度過高可能導(dǎo)致懸浮液中乳液液滴的濃度偏高，在油水界面重排時出現(xiàn)液滴疊加或堆積等現(xiàn)象，不利于乳液的穩(wěn)定制備。目前已有研究以皂皮皂素為乳化劑成功地制備出了外多腔室乳液，其穩(wěn)定性可長達180 d。制備方法分為2 步：第1 步采用超聲一鍋法制備納米乳液液滴；第2 步再進行等級乳液的制備[57]。該項制備技術(shù)為乳液復(fù)雜結(jié)構(gòu)體系的日后發(fā)展提供了新的可能和新的思路，也可以將這種具有多尺度、外腔室的等級乳液應(yīng)用到更多更廣的食品系統(tǒng)中去。表2 簡單例舉了幾種多腔室乳液的應(yīng)用。

表2 幾種多腔室乳液在食品中的應(yīng)用Table 2 The application of several multi-chamber emulsions in food

3 內(nèi)外多腔室等級乳液

越復(fù)雜的功能需求往往越需要復(fù)雜的結(jié)構(gòu)體系來支撐。相較于單腔室乳液，多腔室乳液無論是在功能性成分的包封方面，還是在輸送及釋放方面都存在十分明顯的優(yōu)勢，且許多研究表明多腔室乳液的穩(wěn)定性可以得到保證，這無疑為食品行業(yè)發(fā)展提供了新的方向，可以通過制備更具結(jié)構(gòu)復(fù)雜性的內(nèi)外多腔室等級乳液來滿足市場上愈加多樣化的需求。乳液的制備通常需要3 個步驟：第1 步制備出O1/W1型乳液液滴，第2 步是制備W2/O2型乳液，最后是以O(shè)1/W1乳液液滴為穩(wěn)定劑制備得到具有內(nèi)外多腔室和等級結(jié)構(gòu)的多重乳液（（O1/W1）/O2/W2），如圖5所示。乳液的穩(wěn)定性主要是靠制備乳液液滴的乳化劑在油-水界面的自組裝作用、油相添加量、乳液液滴濃度等幾種因素之間的相互作用來決定的。

圖5 內(nèi)外多腔室等級乳液制備示意圖Fig.5 Schematic diagram of preparation of internal and external multichamber emulsion

乳液結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性決定了乳液制備過程中的不確定性。最后一步制備過程的成功要建立在前兩步穩(wěn)定乳液構(gòu)建的基礎(chǔ)上，這就意味著在制備O1/W1乳液液滴和W2/O2乳液時乳化劑的添加量要適當(dāng)，要保證乳液粒徑足夠小，才會有利于在第3 步制備過程中得到粒徑更小的乳液顆粒。同時在乳化劑的選擇上要滿足2 種乳化劑在降低界面張力時能產(chǎn)生協(xié)同作用，而非相互競爭甚至出現(xiàn)界面張力升高的現(xiàn)象。此外，油相添加量的變化會導(dǎo)致乳液粒徑發(fā)生改變，影響多重乳液包封效果及穩(wěn)定性。乳液液滴的添加量也十分重要，添加量過低會導(dǎo)致乳液發(fā)生塌陷，最終變?yōu)閃/O 型乳液。陳小威[57]通過三步均質(zhì)法成功制備出了內(nèi)相為油包水乳液（W2/O2）、外層為納米乳液（O1/W1）的內(nèi)外多腔室等級乳液（（O1/W1）/O2/W2），并且在不添加任何鹽、明膠等穩(wěn)定劑的前提下，在儲存180 d 后仍能觀察到明顯的多重乳液結(jié)構(gòu)。這為穩(wěn)定型簡潔（Easy recipes）多重乳液的構(gòu)建提供了新的途徑。對于該乳液而言，可以通過改變不同的影響因子來實現(xiàn)對不同類型揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)的調(diào)控釋放；也可以對營養(yǎng)素和著色劑進行空間腔室化包埋，幫助提高產(chǎn)品品質(zhì)。更加復(fù)雜的乳液結(jié)構(gòu)可為未來食品的功能、色澤、風(fēng)味等的研發(fā)提供更高的基準。

4 總結(jié)與展望

乳液在食品工業(yè)已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用。然而，隨著人們對低脂肪、少鹽糖、高能量、多營養(yǎng)以及功能性食品組分的日益關(guān)注，對乳液不同腔室化結(jié)構(gòu)及其穩(wěn)定性的研究亟需得到更深更廣的發(fā)展。對于單腔室乳液來講，需要在現(xiàn)有基礎(chǔ)上研制更多適合工業(yè)化食品生產(chǎn)的體系，加大應(yīng)用范圍；而對于多腔室乳液來說，首先應(yīng)該解決的是穩(wěn)定性的問題，尋找可以大批量使用的安全乳化劑并降低加工成本與能耗，其次需要提高乳液對有效成分的運載效率，早日將多腔室乳液更快、更好的投入食品市場。此外，研究人員一方面要將更多天然活性成分構(gòu)建成乳液包埋系統(tǒng)，另一方面需穩(wěn)步開發(fā)具有更多功能的多腔室乳液體系，提高研發(fā)基準，促進乳液在食品行業(yè)的快速發(fā)展。