鄭紅霞，陳鴻強(qiáng)，高彥祥，毛立科

（北京食品營(yíng)養(yǎng)與人類健康高精尖創(chuàng)新中心，中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)與營(yíng)養(yǎng)工程學(xué)院，北京 100083）

乳狀液即一相（分散相）以液滴形式分散于另一相（連續(xù)相）中所形成的分散體系，分為水包油（oil in water，O/W）和油包水（water in oil，W/O）兩種類型[1]。從熱力學(xué)角度來看，乳狀液是一個(gè)不穩(wěn)定的體系，在運(yùn)輸、加工、貯藏等過程中容易發(fā)生乳析、絮凝和聚合等不穩(wěn)定現(xiàn)象[2]。在食品工業(yè)中，往往通過加入小分子乳化劑降低油-水兩相的界面張力來獲得穩(wěn)定的乳狀液。乳化劑同時(shí)具有親水基團(tuán)和疏水基團(tuán)，可以在油-水界面定向排列，穩(wěn)定分散相，提高界面膜的機(jī)械性能[3]。一些天然高分子物質(zhì)也具有很好的乳化活性，如乳清分離蛋白[4]、瓜爾豆膠[5-6]、酪蛋白[7]等。這些大分子蛋白質(zhì)或者多糖不僅可以吸附在油-水界面降低表面張力，而且具有空間位阻效應(yīng)，可以增加乳化體系的穩(wěn)定性[8]。目前，除了上述常見的乳化劑，通過不同的技術(shù)對(duì)油-水界面進(jìn)行一定的結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)最終獲得更加穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)化乳狀液也是近年來的熱點(diǎn)之一。諸多研究表明，作為一種功能因子傳遞體系，結(jié)構(gòu)化乳狀液與傳統(tǒng)乳狀液相比，在功能因子的生物利用度和控釋方面均有所提升[9-10]。因此，對(duì)乳狀液膠體顆粒進(jìn)行界面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是改善功能因子分散性和理化穩(wěn)定性的很有潛力的一種手段。本文通過綜述乳狀液膠體顆粒界面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的研究進(jìn)展，為未來通過改變膠體顆粒界面組成和結(jié)構(gòu)而獲得具有特定理化性質(zhì)和功能的結(jié)構(gòu)化乳狀液提供參考。

1 傳統(tǒng)乳狀液的界面組成及作用

傳統(tǒng)乳狀液通過添加小分子的表面活性劑、雙親性的大分子生物聚合物及其衍生物，降低油-水界面張力，使得乳液具有一定的物理穩(wěn)定性。吸附在油-水界面的乳化劑界面層的物理化學(xué)性質(zhì)在很大程度上決定了乳液的穩(wěn)定性和功能性[11]。乳化劑分子的尺寸、相互作用決定了界面的厚度、密度和流變性[12-13]，而這些界面性質(zhì)對(duì)乳液的物理穩(wěn)定性具有明顯的影響。例如界面厚度對(duì)乳液液滴間空間相互作用的強(qiáng)度和范圍有很大的影響，而電學(xué)特性對(duì)靜電相互作用的強(qiáng)度有很大影響[11]。形成厚界面的乳化劑（如多糖）通常能夠完全通過空間斥力穩(wěn)定乳液，而形成薄界面的乳化劑（如球狀蛋白）則需要靜電斥力、空間斥力的結(jié)合來穩(wěn)定乳液[11]。通常，對(duì)于不同種類的乳化劑，所形成的界面厚度從大到小依次為多糖＞蛋白＞表面活性劑。

小分子表面活性劑同時(shí)具有親水性的基團(tuán)以及疏水性的基團(tuán)，能夠定向排列在液滴周圍形成單分子膜，使油-水兩相不直接接觸，降低油-水兩相之間的界面張力，從而減少導(dǎo)致液滴變形和破壞所需的自由能，最終獲得穩(wěn)定的乳狀液[14]。食品工業(yè)中常見的小分子乳化劑有甘油脂肪酸酯、蔗糖脂肪酸酯、山梨醇酐脂肪酸酯、丙二醇脂肪酸酯和磷脂等。

大分子生物聚合物如具有表面活性的一些蛋白質(zhì)和多糖也可以吸附在分散相液滴表面，降低界面張力，穩(wěn)定乳狀液，而且大分子乳化劑具有更好的生物相容性，往往毒性低，具有一定的增稠和持水作用。與小分子表面活性劑不同的是，許多類型的生物聚合物吸附到油-水界面后，其構(gòu)象會(huì)發(fā)生明顯變化，因此在界面處的三維結(jié)構(gòu)可能與在水相中有很大不同[15]。例如，許多球狀蛋白吸附到油-水界面后分子展開，暴露疏水基團(tuán)和含硫基團(tuán)，相鄰分子間形成疏水相互作用和二硫鍵，這些構(gòu)象變化對(duì)乳液的形成和穩(wěn)定具有顯著影響[16]。但與小分子乳化劑相比，大分子乳化劑分子質(zhì)量大，在界面上不能整齊排列，因而降低表面張力的能力較弱、吸附效率較低[17]。目前，基于天然的蛋白質(zhì)和多糖穩(wěn)定乳狀液的研究很多，常見的具有乳化性的天然多糖有阿拉伯膠、殼聚糖和果膠[18-19]，天然蛋白質(zhì)有酪蛋白和酪蛋白酸鈉、大豆分離蛋白、乳清分離蛋白等[20-21]。此外，通過一定技術(shù)手段（冷沉處理、琥珀?；?、酶解處理）對(duì)蛋白質(zhì)和多糖進(jìn)行適度的物理、化學(xué)、酶法改性，也可以增加其乳化性能[22-24]。

多種乳化劑復(fù)配使用往往會(huì)彌補(bǔ)單一乳化劑理化穩(wěn)定性的不足，通過合理的組合使用乳化劑，可以控制界面層的厚度和流變性[12-13]。含不同大小頭部基團(tuán)的小分子表面活性劑的混合物可以改變界面的最佳曲率，從而影響乳液的形成和穩(wěn)定性；小分子表面活性劑在大分子乳化劑（如生物聚合物）之間填充，也可以形成較高的界面吸附率和較低的界面張力[25]。值得注意的是，小分子表面活性劑與蛋白質(zhì)混合使用時(shí)，小分子乳化劑會(huì)競(jìng)爭(zhēng)性地吸附在油滴表面，使得蛋白質(zhì)全部或者部分被替換，替換程度取決于兩種乳化劑的相對(duì)濃度和相對(duì)乳化活性[26-27]，以及油相的類型[28]。此外，小分子表面活性劑也可以直接與蛋白質(zhì)相互作用，改變其吸附前后的三維構(gòu)象。例如，離子表面活性劑可以促進(jìn)球狀蛋白的變性，因?yàn)樗鼈兡軌蚺c蛋白表面的帶電和非極性區(qū)域相互作用[29]。這些相互作用通過改變界面性質(zhì)，如電荷特性、厚度和流變學(xué)性質(zhì)，從而影響乳液的性能。

一般來說，球狀蛋白和一些多糖等高分子乳化劑容易在界面處發(fā)生廣泛的纏結(jié)或交聯(lián)，往往會(huì)形成高黏度、高彈性模量的界面；而小分子表面活性劑和柔性生物聚合物（如酪蛋白）不會(huì)發(fā)生纏結(jié)或交聯(lián)，往往會(huì)形成黏度較低、彈性模量較小的界面。目前，有研究討論了界面黏彈性與液膜穩(wěn)定性之間的關(guān)系[30]，但是擴(kuò)展到宏觀層面，二者與乳液流變性、穩(wěn)定性的關(guān)系還不明朗[31]。僅有的研究初步論述了界面流變學(xué)與泡沫流變學(xué)的關(guān)系，研究發(fā)現(xiàn)，較高的界面彈性會(huì)增加泡沫的屈服應(yīng)力和儲(chǔ)能模量[32]。因此，未來建立界面流變學(xué)性質(zhì)與乳液理化性質(zhì)的關(guān)聯(lián)是一個(gè)值得探索的方向。

2 界面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)對(duì)乳狀液性質(zhì)的影響

相比傳統(tǒng)乳狀液，通過一定的界面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)制備的乳狀液往往具有更好的理化穩(wěn)定性。乳狀液是一種熱不穩(wěn)定體系，由于一定的物理化學(xué)機(jī)制，隨著貯藏時(shí)間的延長(zhǎng)，可能會(huì)發(fā)生乳析、聚結(jié)、絮凝、奧氏熟化等現(xiàn)象，最終導(dǎo)致油-水兩相分離[2]。由于傳統(tǒng)乳狀液的界面組成比較單一，結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，因此乳液很容易失穩(wěn)，如由于蛋白質(zhì)分子穩(wěn)定的乳狀液主要基于靜電相互作用，所以對(duì)pH值和鹽離子濃度會(huì)比較敏感[33]，而通過對(duì)油-水界面進(jìn)行結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)，可以改善乳液的穩(wěn)定性以及功能因子在消化過程中的釋放行為，提高其生物利用度[34]。

2.1 復(fù)合界面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

復(fù)合界面即由復(fù)合物作為乳化劑穩(wěn)定乳狀液液滴形成的界面。復(fù)合物通常由蛋白質(zhì)和多糖以物理混合或者共價(jià)反應(yīng)的方式獲得。其中物理混合獲得的復(fù)合物主要是通過靜電吸引力、氫鍵、疏水作用、范德華力等驅(qū)動(dòng)而形成[35-39]，形成受到pH值、離子強(qiáng)度、蛋白質(zhì)/多糖混合比例、電荷密度等因素的影響[40-42]。共價(jià)反應(yīng)獲得的復(fù)合物可以通過美拉德反應(yīng)、自由基接枝聚合等方法形成[43-44]。與傳統(tǒng)乳液采用單一的蛋白質(zhì)作為界面不同，復(fù)合界面添加多糖后，乳液黏度增大，油-水界面上蛋白質(zhì)分子的空間位阻增大，變性溫度升高，等電點(diǎn)降低，可以抑制蛋白質(zhì)加熱后產(chǎn)生的熱聚集[45]，復(fù)合界面厚度可控，以此界面穩(wěn)定的乳狀液對(duì)于環(huán)境壓力的抵抗力會(huì)提高[46]。

2.2 多層界面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

多層界面即通過帶有相反電荷的不同乳化劑以層層靜電吸附的方式穩(wěn)定乳狀液液滴形成的界面。對(duì)于多層界面乳液而言，液滴的粒徑分布和濃度是可控的，界面的組成、厚度、電荷、滲透性、環(huán)境響應(yīng)性和化學(xué)反應(yīng)性等特性也是可控的，通過對(duì)界面性質(zhì)（乳化劑種類、吸附順序、交聯(lián)程度等）的調(diào)節(jié)可以更加智能地改變?nèi)橐旱睦砘再|(zhì)、穩(wěn)定性和功能特性[47]。多層界面這種靈活性為傳遞體系功能性的設(shè)計(jì)提供了很大空間。相比傳統(tǒng)乳狀液，多層乳液體系具有較厚的界面層、較高的界面電荷密度及良好的界面流變特性，液滴之間的膠體排斥相互作用增加，界面膜的抗破裂能力增加，乳液理化穩(wěn)定性強(qiáng)。多層界面還具有一定的環(huán)境響應(yīng)性，當(dāng)遇到特定的環(huán)境（如pH值、離子強(qiáng)度、溫度或酶）刺激時(shí)，界面結(jié)構(gòu)會(huì)發(fā)生變化，可以使封裝的活性成分在預(yù)期的作用位點(diǎn)釋放[48-50]。但采用層層吸附技術(shù)制備多層乳液過程中，易出現(xiàn)液滴聚集的現(xiàn)象。因此在制備過程中，應(yīng)確保有足夠的聚電解質(zhì)吸附在液滴表面，但連續(xù)相中又不可存在過多聚電解質(zhì)，否則易發(fā)生耗盡絮凝現(xiàn)象；另外，也要確保聚電解質(zhì)分子吸附到液滴表面的速度比液滴發(fā)生碰撞的速度快，且液滴之間的排斥作用足夠大，以防止液滴聚集[47]。

2.3 顆粒界面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

具有一定表面潤(rùn)濕性的固體顆?？梢杂脕砦皆诜稚⑾嘁旱伪砻?，這種由固體顆粒穩(wěn)定的乳狀液液滴界面稱為顆粒界面，由此方法穩(wěn)定的乳狀液稱為Pickering乳液。由于顆粒乳化劑的吸附能較大，因此其在油-水界面的吸附被認(rèn)為是不可逆的。顆粒乳化劑在分散相表面聚結(jié)形成稠密的殼狀包裹層，能有效阻止分散相液滴因靜電吸引、界面能改變、空間結(jié)構(gòu)等因素而發(fā)生絮凝、聚結(jié)，而且由于空間阻隔機(jī)理和三維黏彈網(wǎng)絡(luò)機(jī)理，Pickering乳液抗聚結(jié)以及抗奧氏熟化的能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于傳統(tǒng)小分子表面活性劑穩(wěn)定的乳液，乳液一旦形成，不易破乳[51-52]，顆粒界面膜的強(qiáng)度也遠(yuǎn)高于表面活性劑分子和蛋白質(zhì)形成的界面膜。除了顆粒乳化劑，顆粒界面乳液的乳析穩(wěn)定性也和油相質(zhì)量分?jǐn)?shù)有關(guān)，只有當(dāng)乳液油相質(zhì)量分?jǐn)?shù)高于50%時(shí)，連續(xù)相才能形成三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，最終保證乳液的乳析穩(wěn)定性。因此顆粒界面特別適合于對(duì)熱穩(wěn)定性要求高、高油-水密度差、高油含量、高黏度的乳液體系[53]。此外，與多層界面相同，某些顆粒乳化劑的性質(zhì)會(huì)隨著溫度、pH值、水相鹽濃度的變化而變化，因此顆粒界面也具有一定的環(huán)境響應(yīng)性。但是Pickering顆粒制備工藝復(fù)雜、條件嚴(yán)苛、成本也較高[54]。目前，高分子生物聚合物因具有細(xì)胞毒性低、易被降解、生物兼容性良好和利用率高的優(yōu)點(diǎn)而備受青睞，已成為食品領(lǐng)域制備Pickering顆粒的熱點(diǎn)材料[55-56]。

顆粒界面乳液的穩(wěn)定性會(huì)受到顆粒的大小、濃度、形狀、表面均勻性、表面潤(rùn)濕性等因素的影響[54,57-60]。其中顆粒尺寸越小，形成的乳液粒徑越??；濃度變化對(duì)乳液的影響與表面活性劑相似，當(dāng)濃度高于界面飽和度時(shí)，多余的顆粒會(huì)進(jìn)入連續(xù)相中，顆粒界面乳液突出的特點(diǎn)在于較低的顆粒濃度即可保證高內(nèi)相乳液的穩(wěn)定；顆粒的形狀可以用縱橫比來描述，縱橫比是顆粒最小直徑與其正交的最大直徑的比率，具有較高縱橫比的顆粒對(duì)乳液的穩(wěn)定性更好；表面均勻性較低的顆粒具有更好的乳化活性；顆粒的潤(rùn)濕性與表面活性劑的親水親油平衡值相似，過高或者過低都不利于乳液的穩(wěn)定，合適的潤(rùn)濕度使得顆粒的界面接觸角接近90°，此時(shí)制備的乳液穩(wěn)定時(shí)間最長(zhǎng)。

2.4 綜合界面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

表 1 不同界面的形成原理及優(yōu)缺點(diǎn)Table 1 Formation mechanism, advantages and disadvantages of different emulsion interfaces

綜合界面即將上述3 種界面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)耦合聯(lián)用形成的復(fù)雜界面，目前的報(bào)道中有復(fù)合界面-多層界面、顆粒界面-多層界面、3 種設(shè)計(jì)聯(lián)合使用等多形式的綜合界面結(jié)構(gòu)。綜合界面靈活糅合多種界面，為功能因子傳遞體系理化穩(wěn)定性的提升以及功能因子的緩釋、控釋等提供了更多的選擇性。但是綜合界面的設(shè)計(jì)比較復(fù)雜，應(yīng)用推廣難度會(huì)比較大。上述不同界面的形成原理及優(yōu)缺點(diǎn)如表1所示。

3 界面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在乳狀液中的應(yīng)用

3.1 復(fù)合界面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

復(fù)合界面的基本構(gòu)成單位是復(fù)合物，復(fù)合物可以通過物理混合或者共價(jià)反應(yīng)的方式獲得。與物理方式獲得的蛋白-多糖復(fù)合物相比，共價(jià)復(fù)合物制備的乳液穩(wěn)定性更好[63]。

通過物理混合方式獲得的蛋白多糖復(fù)合物大部分基于靜電相互作用，其形成主要受到pH值和離子強(qiáng)度的影響。當(dāng)pH值介于多糖分子的解離常數(shù)和蛋白質(zhì)的等電點(diǎn)之間時(shí)，蛋白質(zhì)和陰離子多糖帶有電性相反的電荷。此時(shí)，多數(shù)蛋白可與陰離子多糖通過靜電作用發(fā)生吸附，形成比單一組分功能特性更佳的復(fù)合物，從而改變蛋白質(zhì)在界面上的吸附行為及界面吸附膜的流變特性，最終改善乳化體系的穩(wěn)定性。如卵清蛋白與殼聚糖在pH 5.5時(shí)靜電復(fù)合可以顯著改善乳液黏彈性，降低乳液的流動(dòng)性，且復(fù)合物能夠在油滴周圍形成較厚的吸附層，在較低的聚合物質(zhì)量分?jǐn)?shù)（0.3%）下即可顯著增強(qiáng)乳液的穩(wěn)定性[46]。酪蛋白和大豆可溶性多糖在pH 4時(shí)靜電復(fù)合制備的姜黃素乳液穩(wěn)定性最好，姜黃素裝載率高達(dá)99.9%，且姜黃素的口服生物利用度高[64]。

共價(jià)復(fù)合物一般由蛋白質(zhì)和多糖通過美拉德反應(yīng)獲得[43]，如卵清蛋白-葡聚糖、乳清分離蛋白-果膠、乳清分離蛋白-麥芽糊精等[65-67]。蛋白質(zhì)-多糖共價(jià)復(fù)合物與單一原料相比，表現(xiàn)出更好的乳化性，其穩(wěn)定的乳液具有較高的黏度和熱穩(wěn)定性[68]。如用酪蛋白疏水肽對(duì)阿拉伯膠進(jìn)行疏水改性后，復(fù)合物的乳化能力提高了45 倍，復(fù)合界面修飾后的菜籽油乳液穩(wěn)定性也提高了20 倍[69]。利用葡聚糖對(duì)蛋白質(zhì)進(jìn)行共價(jià)修飾也可以實(shí)現(xiàn)界面層厚度可控，復(fù)合界面的立體層厚度會(huì)隨著葡聚糖分子質(zhì)量的增加而增加，而且經(jīng)過共價(jià)復(fù)合界面的結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)，乳液對(duì)于Ca2+誘導(dǎo)的絮凝敏感性會(huì)大大減弱[70]。另外，研究者們創(chuàng)新性地引入多酚分別與蛋白質(zhì)、多糖通過堿處理法[71]、自由基接枝法[44,72]等手段形成二元共價(jià)復(fù)合物，或者多酚、蛋白質(zhì)、多糖三者共同形成三元共價(jià)復(fù)合物[68]，可以賦予復(fù)合物良好的抗氧化活性、熱穩(wěn)定性、乳化活性和乳液穩(wěn)定性[73-75]。如用乳鐵蛋白-綠原酸-葡聚糖三元復(fù)合物穩(wěn)定β-胡蘿卜素乳狀液，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，三元復(fù)合物與乳鐵蛋白、乳鐵蛋白-綠原酸二元復(fù)合物、乳鐵蛋白-葡聚糖二元復(fù)合物相比，具有更好的熱穩(wěn)定性和乳化活性，并且利用三元復(fù)合物制備的乳液具有良好的物理穩(wěn)定性，也可有效抑制β-胡蘿卜素的化學(xué)降解。三元復(fù)合物形成機(jī)理如圖1所示，這種三元復(fù)合物為抗氧化型乳化劑的開發(fā)提供了新思路[76]。

圖 1 綠原酸-乳鐵蛋白-葡聚糖三元復(fù)合物形成機(jī)理[76]Fig. 1 Formation mechanism of chlorogenic acid-lactoferrin-dextran ternary complexes[76]

3.2 多層界面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

利用層層靜電吸附的技術(shù)可以形成多層乳液（圖2）。由于界面厚度的增加、聚合物的凈電荷對(duì)金屬離子產(chǎn)生的靜電屏蔽效應(yīng)，多層吸附界面可以賦予乳液良好的理化穩(wěn)定性[77-79]。首先，多層界面可以提高乳液對(duì)環(huán)境應(yīng)力（如pH值、離子強(qiáng)度、熱處理、冷卻、冷凍、脫水和機(jī)械攪抖）的物理穩(wěn)定性。如十二烷基硫酸鈉-殼聚糖-果膠多層乳液相比單層乳液，在較寬的pH值范圍（3.0～8.0）內(nèi)，較高的NaCl濃度（≤500 mmol/L）、熱處理（30～90℃、20 min）和凍融循環(huán)（-20 ℃、22 h，30 ℃、2 h）條件下，均具有良好的液滴聚集穩(wěn)定性[80]。其次，多層界面可以延緩敏感功能因子的化學(xué)降解。例如，通過設(shè)計(jì)多層界面的電荷、厚度和滲透性，可以限制水相中的促氧化劑——過渡金屬離子與液滴內(nèi)的不飽和脂質(zhì)之間的相互作用，因此減少ω-3脂肪酸和類胡蘿卜素的氧化。其中，陽離子界面將從液滴表面排斥陽離子過渡金屬，而厚稠密界面將抑制過渡金屬擴(kuò)散到脂滴表面[47]。

層層吸附的界面結(jié)構(gòu)除了可以提升乳液理化穩(wěn)定性之外，最突出的特點(diǎn)是具有特定的環(huán)境響應(yīng)性，可以實(shí)現(xiàn)封裝成分的靶向釋放以及控釋緩釋[81-83]。控制功能因子釋放行為的關(guān)鍵挑戰(zhàn)在于調(diào)控其面臨光、熱、金屬離子等外界條件時(shí)發(fā)生的氧化和水解反應(yīng)[84]。釋放時(shí)間取決于第一吸附層的性質(zhì)和組成界面的聚電解質(zhì)層的數(shù)量[85]。在口腔消化環(huán)境中，與β-乳球蛋白-果膠穩(wěn)定的多層乳液相比，β-乳球蛋白穩(wěn)定的初級(jí)乳液只能在窄pH值范圍內(nèi)顯示出有限的穩(wěn)定性，而多層乳液額外的果膠層使系統(tǒng)穩(wěn)定并維持油滴的粒徑分布，同時(shí)，通過疏水相互作用能夠減緩揮發(fā)性有機(jī)化合物的釋放[86]。此外，通過提高pH值和離子強(qiáng)度，使得外層果膠解吸附，也可以實(shí)現(xiàn)揮發(fā)性有機(jī)化合物的觸發(fā)性釋放[87]。在腸道消化環(huán)境中，與卵磷脂-膽鹽初級(jí)乳液相比，界面處再加入一層多聚賴氨酸或殼聚糖后，雙層乳液界面的破壞程度顯著降低[88]。多層乳液在模擬消化過程中對(duì)于生物活性物質(zhì)的保護(hù)行為證明多層界面結(jié)構(gòu)在包封功能因子控釋、緩釋方面具有潛力。此外，除了內(nèi)相封裝功能因子，通過改變活性成分的帶電情況，也可以將其封裝在界面層之間，根據(jù)pH值、離子強(qiáng)度或溫度的變化，多層乳液中的外部聚電解質(zhì)層從液滴表面分離，也可以實(shí)現(xiàn)活性成分的靶向釋放[47]。

圖 2 應(yīng)用層層吸附技術(shù)制備多層乳液[9]Fig. 2 Utilization of layer-by-layer technique for the production of multilayer emulsion[9]

3.3 顆粒界面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

目前，應(yīng)用在乳狀液中的食品級(jí)Pickering顆粒[56]種類有很多，主要分為脂肪、多糖、蛋白質(zhì)3 類。如甘油硬脂酰檸檬酸酯固體脂質(zhì)納米顆粒[89]、芋頭淀粉納米顆粒[90]、大豆蛋白納米顆粒[91]等。除了上述的顆粒種類之外，還開發(fā)了一些新穎的功能性顆粒乳化劑，在穩(wěn)定乳液的同時(shí)可提升其功能特性。如以銀椴苷、蘆丁或者柚皮苷為原料制備的顆粒不僅對(duì)這些不溶性化合物在腸道中的傳遞以及其消化和吸收具有重要意義，而且額外賦予了乳液類黃酮的功能活性[92]。微晶纖維素顆粒具有清除自由基的能力，能賦予乳液較低的脂質(zhì)氧化速率[93]。此外，也有部分研究利用細(xì)菌細(xì)胞作為乳狀液的穩(wěn)定劑[94]。如利用化學(xué)改性的乳酸菌細(xì)胞作為乳化劑，不僅提高了乳液的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值，而且為乳狀液的顆粒界面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供了更多的可能性[95]。除了上述顆粒種類，許多研究對(duì)植物甾醇、乳鐵蛋白、蟲膠、幾丁質(zhì)納米晶體也進(jìn)行了嘗試。目前對(duì)于食品級(jí)顆粒乳化劑的探索是Pickering乳液的研究熱點(diǎn)之一。

圖 3 Pickering乳液pH值響應(yīng)示意圖[100]Fig. 3 Schematic illustration of the pH-switched Pickering emulsion strategy[100]

顆粒界面具有較強(qiáng)的機(jī)械強(qiáng)度，可以提供乳液較高的理化穩(wěn)定性。如以小麥谷蛋白納米顆粒-黃原膠復(fù)合物形成的生物聚合物顆粒穩(wěn)定β-胡蘿卜素乳液，該乳液的初始平均粒徑較大（23.9 μm），但在很寬的pH值范圍（4.0～8.0）、鹽濃度范圍（0～1 000 mmol/L NaCl）以及熱滅菌條件下（65 ℃、30 min/90 ℃、3 min）仍然能夠保持穩(wěn)定；25 ℃和37 ℃貯存一個(gè)月，乳液也能夠有效防止β-胡蘿卜素發(fā)生化學(xué)降解，保留率分別為94.3%和70.1%[96]。另外，顆粒界面乳液也能實(shí)現(xiàn)活性成分的控釋、緩釋。微凝膠顆粒是一種由高度溶脹的交聯(lián)聚合物通過共價(jià)鍵（或其他強(qiáng)作用力）結(jié)合形成，含有凝膠狀網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的柔軟膠體顆粒具有兩親性，可以作為乳化劑吸附在食品乳狀液的油-水界面上，使油-水界面膜變厚的同時(shí)也具有機(jī)械彈性[97]。通過鹽濃度、pH值、溫度等的調(diào)節(jié)，可以控制微凝膠顆粒的溶脹程度，進(jìn)而改變顆粒的潤(rùn)濕性，最終觸發(fā)破乳，實(shí)現(xiàn)功能因子的控釋。如以聚4-乙烯基吡啶/二氧化硅納米微凝膠顆粒為乳化劑穩(wěn)定的乳液，具有一定的鹽濃度響應(yīng)性，在低鹽濃度下，乳液較穩(wěn)定，隨著鹽濃度的增大，顆粒變得親水，液滴聚結(jié)，乳脂化程度增加，在高鹽濃度下，乳液發(fā)生相分離[98]。而聚N-異丙基丙烯酰胺微凝膠顆粒穩(wěn)定的乳液具有pH值響應(yīng)性，顆粒會(huì)隨pH值升高（pH 4.0～9.0）而發(fā)生溶脹，不斷變大，緊密有序地自組裝在油-水界面，pH 6.0以上的乳液在室溫下保存4 個(gè)月后，其粒徑分布基本保持不變，而pH 6.0以下的乳液，由于界面上的微凝膠顆粒轉(zhuǎn)移到油相中，分散相液滴會(huì)慢慢變大，pH值小于3.0的乳液則會(huì)直接導(dǎo)致破乳[99]。因此，微凝膠顆?？梢宰鳛橐环N優(yōu)秀的環(huán)境響應(yīng)型顆粒乳化劑。也有研究制備了TiO2納米顆粒穩(wěn)定的乳液，其同樣具有pH值響應(yīng)性，通過調(diào)節(jié)pH值可以很容易實(shí)現(xiàn)乳化和破乳過程[100]，其pH值響應(yīng)性如圖3所示。在實(shí)現(xiàn)活性成分的緩釋方面，用SiO2納米顆粒穩(wěn)定姜黃素乳液，模擬胃消化中的釋放結(jié)果表明，超過80%的姜黃素被保留在乳液中，而在模擬腸道消化中的釋放結(jié)果表明，伴隨著顆粒界面乳液結(jié)構(gòu)的顯著變化，超過60%的姜黃素在2 h內(nèi)持續(xù)釋放[101]。

3.4 綜合界面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

對(duì)乳液進(jìn)行綜合界面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，可以提升其功能特性。如有研究設(shè)計(jì)親水膠體-顆粒界面，通過添加羥丙基甲基纖維素（hydroxypropyl methylcellulose，HPMC）作為甲殼素-乳酸乳球菌（Lactococcus lactis）靜電復(fù)合物的共乳化劑，制備了細(xì)菌穩(wěn)定的Pickering乳液。研究發(fā)現(xiàn)，HPMC的加入對(duì)于利用乳酸乳球菌制備Pickering乳液具有關(guān)鍵穩(wěn)定化作用，該界面設(shè)計(jì)不僅保留了產(chǎn)細(xì)菌素的乳酸菌在油滴表面的附著，而且該乳液可以在4 ℃條件下進(jìn)行乳化，因此該乳化體系可以應(yīng)用于食品工業(yè)冷凍產(chǎn)品的加工。綜合乳酸菌和殼聚糖的營(yíng)養(yǎng)及功能價(jià)值，該新型乳液有望成為一種具有潛在抗菌和降脂作用的多功能食品配料[61]。

通過多層界面的屏障作用也可以維持乳液結(jié)構(gòu)，在實(shí)現(xiàn)功能因子的控釋、緩釋方面極具潛力。Sarkar等利用層層吸附技術(shù)制備了乳鐵蛋白納米凝膠顆粒-菊粉納米顆粒雙層顆粒界面穩(wěn)定的乳狀液，與單層乳液相比，雙層乳液中的外層菊粉納米顆粒起到了有效抵抗胃蛋白酶水解內(nèi)層蛋白質(zhì)的作用，可以延緩在胃環(huán)境中由于界面蛋白水解引起的乳液失穩(wěn)問題，這種新型的顆粒-顆粒雙層界面為提升乳液的化學(xué)穩(wěn)定性以及功能因子在腸道的靶向釋放提供了可能[62]。另外，通過綜合界面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)也可以延緩乳液油脂的水解。先制備乳清分離蛋白（whey protein isolate，WPI）穩(wěn)定的初級(jí)乳液，后通過調(diào)整pH值，利用纖維素納米晶體（cellulose nanocrystals，CNC）與WPI之間的靜電吸引與氫鍵作用，引入次級(jí)CNC顆粒界面。WPI-CNC穩(wěn)定液滴示意圖如圖4所示。CNC與膽鹽結(jié)合，可以限制膽鹽對(duì)脂解產(chǎn)物的界面置換程度和溶解性。這種蛋白質(zhì)-顆粒雙層界面修飾的乳液與WPI單獨(dú)穩(wěn)定的乳液相比，顯著降低了油脂酶解速率和程度，可用于設(shè)計(jì)以脂質(zhì)緩釋為要求的親脂性藥物和生物活性營(yíng)養(yǎng)素的遞送載體[102]。通過上述4 種界面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)制備乳液在功能因子傳遞方面的應(yīng)用總結(jié)如表2所示。

圖 4 CNC的透射電子顯微鏡圖（A）和通過WPI和CNC穩(wěn)定的乳液液滴示意圖（B）[102]Fig. 4 Transmission electron micrograph of CNC (A) and schematic representation of emulsion droplets stabilized by WPI and CNC (B)[102]

表 2 不同界面乳液作為功能因子傳遞體系的應(yīng)用Table 2 Application of different interface emulsions as functional factor delivery systems

4 結(jié) 語

通過對(duì)界面進(jìn)行一定的結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)可以更好地穩(wěn)定乳狀液，提升功能因子的化學(xué)穩(wěn)定性和傳遞體系的物理穩(wěn)定性，并且賦予乳液一定的環(huán)境響應(yīng)性。其中復(fù)合界面可以在油滴表面形成更加致密的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，復(fù)合物與單一原料相比，熱穩(wěn)定性和乳化活性提高，界面黏彈性增加，乳液理化穩(wěn)定性增強(qiáng)。多層吸附界面可以在液滴表面形成較厚的界面層，界面具有較高的電荷密度及良好的流變特性，乳液理化穩(wěn)定性強(qiáng)，控釋效果好，對(duì)于功能性油脂的傳遞具有很好的應(yīng)用前景，未來可以考慮與復(fù)合界面修飾技術(shù)結(jié)合，制備理化性質(zhì)更加穩(wěn)定的功能因子傳遞體系。顆粒界面以納米顆?；蛘呶⒛z顆粒穩(wěn)定油-水兩相界面，形成Pickering乳液，由于界面膜機(jī)械強(qiáng)度很高，因此乳液也具有較高的穩(wěn)定性。但是，固體顆粒吸附速度較慢，顆粒粒徑一般較大，對(duì)于剪切比較敏感，而且納米顆粒的安全性目前也還存在爭(zhēng)議。未來，顆粒界面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)可以與乳液微凝膠技術(shù)結(jié)合起來，以乳液微凝膠顆粒作為乳液界面穩(wěn)定劑，以乳液穩(wěn)定乳液，為一種傳遞體系同時(shí)包埋多種性質(zhì)功能因子提供新思路。綜合界面靈活融合多種界面，在改善乳液穩(wěn)定性的同時(shí)，也可以同時(shí)賦予乳液其他功能，為新型功能配料的開發(fā)以及新型功能因子傳遞體系的構(gòu)建提供新的思路。