姜成辰，黃澤昊，周戚薇，李錦格，許 爽，徐 甜，洪 雁

（江南大學(xué)食品學(xué)院，江蘇無(wú)錫 214122）

傳統(tǒng)乳液是通過(guò)表面活性劑來(lái)實(shí)現(xiàn)油水界面的穩(wěn)定性。Pickering 乳液是通過(guò)分散的固體顆粒將兩相的液滴分開(kāi)，從而使間隔的液滴難以聚集，最終達(dá)到穩(wěn)定的目的[1]。與傳統(tǒng)乳液相比，Pickering 乳液具有環(huán)境友好性，且需要添加的粒子量很少[2?3]等優(yōu)勢(shì)。

近年來(lái)，利用淀粉等天然大分子顆粒構(gòu)建Pickering 乳液逐漸成為研究熱點(diǎn)，具有廣闊的應(yīng)用發(fā)展前景[4?6]。辛烯基琥珀酸淀粉酯（octenyl succinic anhydride-modified starch，OSA starch）是辛烯基琥珀酸酐和淀粉經(jīng)酯化反應(yīng)制得的擁有優(yōu)良乳化性的改性淀粉[7]。它是一種食品級(jí)添加劑，GB 28303-2012《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)食品添加劑 辛烯基琥珀酸淀粉鈉》明確規(guī)定在該產(chǎn)品中可使用的OSA 基團(tuán)的最大含量為3.0%。其良好的乳化能力可以歸因于同時(shí)具有親水的羧基基團(tuán)和親油的辛烯基長(zhǎng)鏈，這樣的兩親性質(zhì)和淀粉安全的優(yōu)勢(shì)，使其被廣泛用作Pickering 乳液的穩(wěn)定劑。研究表明，Pickering 乳液的粒徑大小及其穩(wěn)定性受OSA 淀粉取代度（degree of substitution，DS）的影響[8]。另外，在特定pH 環(huán)境下，因?yàn)轸然ベ|(zhì)子化作用，OSA 淀粉會(huì)帶有負(fù)電荷，在攜帶正電荷的物質(zhì)存在時(shí)，靜電相互作用使二者結(jié)合成為可能[9]。

殼聚糖（chitosan，CS）是甲殼素經(jīng)過(guò)改性后的產(chǎn)物，具有良好的稠化、抗菌、生物相容等性質(zhì)，被廣泛應(yīng)用于食品、醫(yī)藥等行業(yè)[10]。目前，已有大量研究將殼聚糖與其它復(fù)合物絡(luò)合來(lái)提高其疏水性，比如與麥醇溶蛋白[11]、阿拉伯膠[12]、羧甲基淀粉[13]等物質(zhì)絡(luò)合，通過(guò)改變復(fù)合物的界面行為來(lái)穩(wěn)定乳液，這擴(kuò)大了殼聚糖在食品乳液的應(yīng)用范圍。當(dāng)pH>6.5 時(shí)，氨基質(zhì)子化被抑制，殼聚糖聚集沉淀。而在酸性條件（pH<6.5）下，游離的氨基被質(zhì)子化，殼聚糖溶解并呈現(xiàn)正電荷，此時(shí)便有與帶負(fù)電荷的物質(zhì)結(jié)合形成復(fù)合物的可能性。此前，Yan 等[14]已經(jīng)成功構(gòu)建了OSA淀粉-殼聚糖多糖基高內(nèi)相乳液，探究了pH 和殼聚糖濃度對(duì)液滴尺寸、表面電荷、界面行為的影響。Xu等[15]通過(guò)進(jìn)一步研究，初步驗(yàn)證了靜電相互作用、氫鍵和疏水效應(yīng)都參與了OSA 淀粉-殼聚糖復(fù)合物的形成，其中靜電相互作用起到了關(guān)鍵作用。

目前，在關(guān)于OSA 淀粉-多糖復(fù)合基乳液的研究中，對(duì)影響乳液穩(wěn)定性的因素的討論主要集中于pH、多糖與淀粉溶液混合比等[16]，關(guān)于OSA 淀粉取代度對(duì)乳液穩(wěn)定性的討論相對(duì)較少，特別是適用于口服的低取代度[17]；并且現(xiàn)有研究構(gòu)建的OSA 淀粉-殼聚糖基Pickering 乳液大多為高內(nèi)相乳液，關(guān)于油相體積對(duì)乳液結(jié)構(gòu)和穩(wěn)定性的影響缺少研究[14,18]。本研究著眼于對(duì)乳液構(gòu)建時(shí)參數(shù)選定的探討，利用不同取代度的OSA 淀粉，與殼聚糖通過(guò)靜電相互作用形成復(fù)合物，探索OSA 淀粉-殼聚糖復(fù)合物的基本結(jié)構(gòu)及疏水性；構(gòu)建不同油相濃度條件下穩(wěn)定的Pickering乳液，進(jìn)而考察取代度和油相體積分?jǐn)?shù)對(duì)OSA 淀粉-殼聚糖基Pickering 乳液的影響。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

蠟質(zhì)玉米淀粉（waxy maize starch，WMS）直鏈淀粉含量3.4%，水分含量13.28%，秦皇島驪驊淀粉股份有限公司；辛烯基琥珀酸酐（OSA）純度97%，佛山市南海華昊華豐淀粉有限公司；脫乙酰殼聚糖（CS）86.8%，分子量240 kDa，黏度200 mPa·s，山東海得貝生物科技有限公司；玉米胚芽油 益海嘉里金龍魚(yú)糧油食品股份有限公司；α-淀粉酶 酶活12 U/g，Sigma-Aldrich 公司；乙酸、乙醇、氫氧化鈉、鹽酸 分析純，國(guó)藥化學(xué)試劑有限公司。

S3500 型激光粒度分析儀 美國(guó)Microtrac 公司；D2 PHASER 型X 射線衍射儀 德國(guó)Bruker AXS 公司；iS10 傅里葉紅外光譜儀 美國(guó)Nicolet公司；LSM710 型激光共聚焦顯微鏡 德國(guó)ZEISS公司；BX41 型金相光學(xué)顯微鏡 日本OLYMPUS公司；OCA 15EC 型光學(xué)接觸角測(cè)量?jī)x 德國(guó)Dataphysics 公司；T18 型高速分散機(jī) 德國(guó)IKA 公司；DISCOVERY HR-3 流變儀 美國(guó)TA 公司；SCIENTZ-18N/C 冷凍干燥機(jī) 寧波新芝生物科技股份有限公司；SD-1500 噴霧干燥機(jī) 上海沃迪智能裝備股份有限公司；高速多功能粉碎機(jī) 永康市天祺盛世工貿(mào)有限公司；SW22 恒溫水浴鍋 德國(guó)JULABO 公司；UN110 型烘箱 美墨爾特（上海）貿(mào)易有限公司；RO5型磁力攪拌器 德國(guó)IKA 公司；RJ-LD-50G 型低速立式大容量離心機(jī) Eppendorf 公司。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 OSA 淀粉的制備及取代度的測(cè)定 參考Sweedman 等[19]報(bào)道的OSA 淀粉制備方法，配制35%（w/w）的淀粉懸浮液，在2 h 內(nèi)分別緩慢滴加1%、2%、3%（w/w，以淀粉干物質(zhì)計(jì)）經(jīng)無(wú)水乙醇稀釋5 倍的辛烯基琥珀酸酐（OSA）溶液進(jìn)行酯化反應(yīng)，反應(yīng)中pH 控制在8.5±0.2，溫度為35 ℃。反應(yīng)結(jié)束后，用0.1 mol/L 的NaOH 溶液中和至中性，用去離子水和70%乙醇溶液交替洗滌5 次，將沉淀物在45 ℃烘箱烘干16 h，經(jīng)粉碎、過(guò)篩后得到OSA 淀粉。

用滴定法測(cè)定上述淀粉的取代度（DS），參考梁尚云[20]的方法并做適當(dāng)修改。將1 g OSA 淀粉分散于15 mL 0.5 mol/L HCl-異丙醇溶液中，室溫下攪拌20 min，再加入100 mL 90%異丙醇溶液，攪拌10 min。抽濾后用90%異丙醇溶液洗滌濾渣。濾渣用250 mL去離子水分散，沸水浴攪拌20 min。在溶液中加入2～3 滴酚酞指示劑，用0.05 mol/L NaOH 溶液滴定并記錄消耗量，以原淀粉為空白對(duì)照，計(jì)算取代度。取代度計(jì)算公式如下：

式中：V1為滴定OSA 淀粉樣品消耗的NaOH體積，mL；V2為滴定原淀粉樣品消耗的NaOH 體積，mL；M 為NaOH 濃度，mol/L；W 為OSA 淀粉干基質(zhì)量，g。

OSA 添加量為1%、2%和3%制備的OSA 淀粉取代度分別為0.00399、0.00895 和0.0132。將原淀粉命名為S，OSA 添加量為1%、2%、3%的OSA淀粉分別命名為OSA-1-S、OSA-2-S、OSA-3-S。

為降低淀粉粘度，同時(shí)提高其溶解度和乳化穩(wěn)定性，對(duì)OSA 淀粉進(jìn)行了酶解處理[16]。將上述不同取代度的OSA 酯化淀粉（25% w/w）分別分散在含0.5% CaCl2的磷酸鹽緩沖液（0.01 mol/L，pH6.5）中，加入12 U/gα-淀粉酶（淀粉干基），沸水浴中反應(yīng)10 min。利用1 mol/L HCl 溶液將pH 調(diào)節(jié)至3.0 滅酶后用1 mol/L NaOH 溶液中和，后經(jīng)噴霧干燥得到OSA 淀粉。噴霧干燥采用條件為：進(jìn)風(fēng)溫度170 ℃，出風(fēng)溫度90 ℃，蠕動(dòng)泵轉(zhuǎn)速400 mL，風(fēng)機(jī)速度50 Hz。

1.2.2 OSA 淀粉-殼聚糖復(fù)合物的制備 分別在超純水和1%（v/v）乙酸溶液中溶解制備不同取代度的OSA 淀粉（2.57% w/v）溶液和殼聚糖（0.43% w/v）溶液，所有溶液均于室溫下攪拌，并在?4 ℃冰箱中放置過(guò)夜以充分水化和反應(yīng)。將上述兩種溶液等體積恒速混合（即OSA 淀粉:殼聚糖=6:1），并持續(xù)攪拌0.5 h，調(diào)節(jié)溶液pH 至6.1，得到1.5%（w/v）OSA 淀粉-殼聚糖復(fù)合物懸浮液，隨后進(jìn)行冷凍干燥處理，得到干燥的OSA 淀粉-殼聚糖復(fù)合物。將OSA 添加量為1%、2%、3%的OSA 淀粉-殼聚糖復(fù)合物分別命名為OSA-1-CS、OSA-2-CS、OSA-3-CS。

1.2.3 OSA 淀粉-殼聚糖復(fù)合物的表征

1.2.3.1 FT-IR 分析 參照梁尚云[20]的方法并稍作改動(dòng)。按照1:75（w/w，以干基計(jì)）的比例稱(chēng)取OSA淀粉-殼聚糖復(fù)合物樣品與溴化鉀粉末，并于紅外燈下充分混合研磨，取一定量研磨后混合物用壓片機(jī)制成薄片后測(cè)試。測(cè)試條件采用分辨率4 cm?1，波數(shù)范圍500～4000 cm?1，掃描次數(shù)32 次，后用Origin 軟件繪制紅外特征光譜圖。

1.2.3.2 三相接觸角的測(cè)定 采用坐滴法進(jìn)行三相接觸角測(cè)定，使用光學(xué)接觸角裝置測(cè)量。OSA 淀粉-殼聚糖復(fù)合物樣品制為厚度約2 mm 的圓片，然后轉(zhuǎn)移到含有玉米胚芽油的玻璃比色皿中。注射器中注滿(mǎn)去離子水（無(wú)氣泡）后將針頭插入油相液面中，注射體積為2 μL 的去離子水，短暫平衡（4 s）后獲得液滴圖像。每個(gè)樣品測(cè)量3 個(gè)圓片，每個(gè)圓片測(cè)量3 次。

1.2.4 OSA 淀粉-殼聚糖復(fù)合基Pickering 乳液的構(gòu)建 取1.2.2 中OSA 淀粉-殼聚糖復(fù)合物懸浮液與不同體積分?jǐn)?shù)的玉米胚芽油混合，經(jīng)高速分散機(jī)11000 r/min 均質(zhì)5 min 后于?4 ℃冰箱保存。其中，油相體積分?jǐn)?shù)分別為20%、50%和80%，乳液總體積設(shè)置為60 mL。將OSA 添加量為1%的OSA 淀粉-殼聚糖復(fù)合物溶液命名為c1，油相體積分?jǐn)?shù)為20%、50%、80%的OSA 淀粉-CS 復(fù)合基Pickering乳液分別命名為c1-1、c1-2、c1-3。同理得OSA 添加量為2%，油相體積分?jǐn)?shù)為20%、50%、80%的乳液分別為c2-1、c2-2、c2-3，OSA 添加量為3%，油相體積分?jǐn)?shù)為20%、50%、80%的乳液分別為c3-1、c3-2、c3-3。

1.2.5 OSA 淀粉-殼聚糖復(fù)合基Pickering 乳液的表征

1.2.5.1 粒徑測(cè)定 參考Shao 等[21]報(bào)道的方法測(cè)量乳液的粒徑，使用S3500 激光粒度分析儀在室溫下測(cè)定OSA 淀粉-殼聚糖復(fù)合基Pickering 乳液的粒徑大小。

1.2.5.2 乳液微觀形貌觀察 a.乳液的微觀結(jié)構(gòu)：采用光學(xué)顯微鏡拍攝乳液的微觀結(jié)構(gòu)，取小滴乳液于載玻片上，并用蓋玻片固定同時(shí)避免產(chǎn)生氣泡和乳液堆積，后將載玻片放置在載物臺(tái)上，于40 倍物鏡下進(jìn)行觀察。

b.乳液的界面結(jié)構(gòu)：使用激光共聚焦顯微鏡（confocal laser scanning microscopy，CLSM）對(duì)乳液的界面結(jié)構(gòu)進(jìn)行觀測(cè)。將10 mg 尼羅紅（在488 nm激發(fā)）和10 mg 尼羅藍(lán)（在633 nm 激發(fā)）共同分散在10 mL 無(wú)水乙醇/異丙醇中以制備混合熒光染料溶液。取6 mL 新鮮乳液，加入120 μL 尼羅紅和尼羅藍(lán)混合熒光染料溶液，渦旋振蕩均勻，于?4 ℃下避光儲(chǔ)存過(guò)夜。將染色后的樣品分散于載玻片上，并用蓋玻片固定，置于顯微鏡下觀察。

1.2.5.3 乳液形貌觀察 使用數(shù)碼相機(jī)觀察并拍攝乳液的外觀圖像，從宏觀相行為角度對(duì)比評(píng)估乳液狀態(tài)。

1.2.5.4 流變特性測(cè)定 Pickering 乳液的流變特性參考Dai 等[22]的方法，并略作改動(dòng)。實(shí)驗(yàn)采用流變儀進(jìn)行測(cè)定，使用直徑40 mm，間隙1 mm 的鋁平行板，測(cè)試溫度為室溫。每次測(cè)量前，取適量樣品置于平板上，等待5 min，以便在測(cè)量前實(shí)現(xiàn)溫度平衡。

a.靜態(tài)流變：采用0.1～100 s?1的樣品剪切速率，對(duì)乳液的表觀黏度曲線進(jìn)行測(cè)定。

b.動(dòng)態(tài)流變：測(cè)試均在乳液樣品的線性粘彈性范圍內(nèi)進(jìn)行，頻率掃描范圍為0.1～100 rad/s，應(yīng)變范圍為1%，記錄其儲(chǔ)能模量（G’）和損耗模量（G’’）隨頻率的變化趨勢(shì)。

1.2.5.5 乳析指數(shù)測(cè)定 乳液的乳析指數(shù)（EI）可以反映液滴發(fā)生聚集的程度，乳析指數(shù)越大，意味著液滴聚集增加，乳液穩(wěn)定性變差。分別取25 mL 新鮮乳液置于小玻璃瓶中，每個(gè)乳液設(shè)置3 個(gè)平行樣品，于?4 ℃冰箱儲(chǔ)存，在1、7、14、21 和28 d 記錄乳液的總高度和乳析相高度。乳析指數(shù)的計(jì)算公式如下式所示：

式中：Hs為乳析相高度，cm；Ht為乳液總高度，cm。

1.2.5.6 Pickering 乳液穩(wěn)定性的測(cè)定 a.儲(chǔ)存穩(wěn)定性：對(duì)于9 種樣品，分別取25 mL 新鮮乳液置于小玻璃瓶中，于?4 ℃冰箱儲(chǔ)存。分別在1、7、14、21、28 d對(duì)樣品的乳析指數(shù)和液滴粒徑進(jìn)行測(cè)定，分別在儲(chǔ)存1、7、35 d 時(shí)拍攝樣品外觀并比較前后變化。

b.pH 穩(wěn)定性：pH 對(duì)乳液穩(wěn)定的影響參照Shah等[23]的方法，稍作修改。向復(fù)合物懸浮液中加入0.5 mol/L HCl 溶液或0.5 mol/L NaOH 溶液調(diào)節(jié)使其pH 分別為3.1、4.6、6.1、7.6、9.1，隨后制備c2-3乳液。測(cè)量樣品的外觀和液滴粒徑，在儲(chǔ)存7 d 后再次拍攝樣品外觀并比較前后變化。

c.熱穩(wěn)定性：取15 mL 新鮮c2-3 乳液置于小玻璃瓶中，分別放置?4（冰箱）、25、50、60、70 ℃水浴30 min，然后取出冷卻至室溫。測(cè)量樣品的外觀和液滴粒徑。

d.離子穩(wěn)定性：根據(jù)鄧蘇夢(mèng)[24]的方法略微修改。向復(fù)合物懸浮液中加入NaCl 粉末使其最終離子濃度分別為0、30、60、90、120 mmol/L，隨后制備c2-3 乳液，測(cè)量樣品的外觀和液滴粒徑，分別儲(chǔ)存7、14 d 時(shí)拍攝樣品外觀并比較前后變化。

1.3 數(shù)據(jù)處理

所有實(shí)驗(yàn)均進(jìn)行至少3 組獨(dú)立重復(fù)實(shí)驗(yàn)，圖像使用OriginPro 2021 軟件進(jìn)行繪制，數(shù)據(jù)的顯著性分析使用IBM SPSS Statistics 26 軟件分析方差，并采用Ducan 模型評(píng)價(jià)平均值之間的差異，其中以95%置信水平（P<0.05）為顯著差異。

2 結(jié)果與分析

2.1 OSA 淀粉-殼聚糖復(fù)合物的表征

2.1.1 FT-IR 紅外光譜圖中特征峰的位置、強(qiáng)弱、偏移等信息可以體現(xiàn)分子的結(jié)構(gòu)特征及其變化。圖1分別為S、CS、OSA-2-S、OSA 淀粉-殼聚糖復(fù)合物的紅外光譜圖，通過(guò)對(duì)比其中的特征峰的差異，探究OSA 淀粉-殼聚糖復(fù)合物制備過(guò)程中的結(jié)構(gòu)變化。在OSA-2-S 光譜中，3398 cm?1處的帶寬代表葡萄糖單元中羥基的伸縮振動(dòng)；與原淀粉相比，新出現(xiàn)的兩個(gè)特征峰分別位于1727 和1575 cm?1左右，它們分別對(duì)應(yīng)于羰基的伸縮振動(dòng)和羧酸基的不對(duì)稱(chēng)伸縮，證明成功制備了OSA 淀粉。在CS 光譜中，在3433 cm?1左右出現(xiàn)較寬的峰可歸因于氨基和羥基伸縮振動(dòng)的共同作用；在1651 和1594 cm?1處的特征峰分別是酰胺Ⅰ帶中C=O 和酰胺Ⅱ帶中-NH3+的典型振動(dòng)。由于OSA-2-CS 復(fù)合物的形成，CS 譜圖中1651 和1594 cm?1處的峰與OSA-2-S 譜圖中1575 cm?1處的峰合并，形成了OSA-CS 譜圖中位于1560 cm?1處的峰。此變化和Xu 等[25]的研究結(jié)果相似。在OSACS 譜圖中，隨著取代度的增加，1727 和1560 cm?1處的特征峰的強(qiáng)度也隨之增加，該結(jié)果與劉微[26]對(duì)WS-OSA 復(fù)合物的研究相似；相比于另外兩種復(fù)合物的光譜，OSA-1-CS 光譜中1560 cm?1處的峰強(qiáng)度最小，表明其靜電絡(luò)合作用最弱[25]。

圖1 S、CS、OSA-2-S（A）和OSA 淀粉-殼聚糖復(fù)合物（B）的紅外光譜分析Fig.1 The FT-IR analysis of S,CS,OSA-2-S (A) and OSA starch/chitosan complexes (B)

2.1.2 三相接觸角 三相接觸角（contact angle，θ）可以用來(lái)評(píng)價(jià)液體對(duì)該固體顆粒的濕潤(rùn)性能，當(dāng)θ<90°時(shí)，顆粒表面的親水性更高，即水更易潤(rùn)濕顆粒；當(dāng)θ>90°時(shí)，顆粒表面疏水性更高，即油更易潤(rùn)濕顆粒。如圖2 所示，OSA-2-S 在酶解后三相接觸角為68.60°，表明其有很好的親水性；相比之下，CS 的θ為140.27°，表明其有高度的疏水性；對(duì)于它們的復(fù)合物，OSA-2-CS 的θ為86.03°，介于68.60°和140.27°之間，證明疏水的殼聚糖對(duì)親水的OSA 淀粉進(jìn)行了修飾。

圖2 OSA-2-S、殼聚糖和三種OSA 淀粉-殼聚糖復(fù)合物的接觸角圖像Fig.2 Contact angle of OSA-2-S,CS,and three kinds of OSA starch/chitosan complexes

對(duì)于OSA-1-CS、OSA-2-CS、OSA-3-CS 三種復(fù)合物，隨著它們?nèi)〈鹊闹鸩皆龃?，θ值逐漸增大，說(shuō)明疏水性逐漸增強(qiáng)，這一現(xiàn)象可能歸因于OSA 添加量的增加導(dǎo)致復(fù)合物疏水性增加。研究普遍認(rèn)為，θ越接近90°，固體顆粒在油水界面處的吸附能越大，越容易在相界面有效排列，乳液也越穩(wěn)定[27]。顯然，三種復(fù)合物中OSA-2-CS 的θ最接近90°，能更好地在油水界面吸附，具有較合適的濕潤(rùn)性，有期望作為Pickering 乳液的理想穩(wěn)定顆粒。

2.2 OSA 淀粉-殼聚糖復(fù)合基Pickering 乳液的表征

2.2.1 乳液粒徑、微觀結(jié)構(gòu)和外觀 乳液粒徑大小和分布是乳液特性的重要指標(biāo)，粒徑大小及分布不同的乳液有不同的適用范圍。本研究探討了不同油相體積、不同OSA 淀粉取代度對(duì)Pickering 乳液粒徑的影響。從表1 可見(jiàn)，在取代度相同的條件下，乳液的粒徑均隨著油相體積的增加呈增大趨勢(shì)，這一結(jié)果與Xiao 等[28]之前報(bào)道的結(jié)果一致。這可能是由于油水界面面積增大，而用來(lái)穩(wěn)定相界面的復(fù)合物相對(duì)不足，導(dǎo)致乳液只能通過(guò)減少界面總面積來(lái)達(dá)到維持穩(wěn)定的目的，因而粒徑增大[29]。在油相體積不變的情況下，乳液粒徑隨著取代度的增加也呈增大趨勢(shì)，一方面，OSA 淀粉與帶正電的殼聚糖分子結(jié)合，總電位會(huì)隨著取代度的增大而減小，粒子之間的靜電斥力下降，顆粒更容易聚集，表現(xiàn)為更大的乳液粒徑；另一方面，因?yàn)槿〈容^高的OSA 淀粉表面OSA 基團(tuán)會(huì)增加，帶電量（負(fù)電）增多，會(huì)吸附更多的殼聚糖形成復(fù)合物，復(fù)合物粒徑增大，而復(fù)合物吸附于液滴表面，可能會(huì)使液滴粒徑的測(cè)量值略有增大。但是值得注意的是，和c2-3 相比，c1-3 乳液粒徑顯著偏大（P<0.05），可能是由于此時(shí)取代度較小的OSA 淀粉難以吸附更多殼聚糖，導(dǎo)致有效利用的復(fù)合物不足。這減少了高油相體積（80%）下可穩(wěn)定的油水界面面積，液滴粒徑隨之偏大。

表1 取代度和油相體積分?jǐn)?shù)對(duì)乳液粒徑的影響Table 1 Effects of DS and volume fractions of oil phase on emulsion particle size

圖3（A）顯示，當(dāng)取代度相同時(shí)，油相體積越大，吸附在油水界面的復(fù)合物數(shù)量越多，乳化的液滴逐漸呈現(xiàn)出均勻而致密的界面層特點(diǎn)?？赡茉蚴?，當(dāng)油相體積大時(shí)，液滴間通過(guò)橋聯(lián)絮凝形成穩(wěn)定的凝膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，相鄰液滴共享復(fù)合物顆粒，所以即使相界面面積增大，復(fù)合物仍能很好地穩(wěn)定液滴[30]。反觀油相體積占比少的乳液樣品，雖然有足夠的復(fù)合物穩(wěn)定相界面，但是油滴數(shù)量相對(duì)偏少，體系內(nèi)的分子運(yùn)動(dòng)更快，因此液滴碰撞導(dǎo)致固體顆粒聚集的可能性更大。最終，乳液穩(wěn)定性下降，液滴分布相對(duì)不均勻。另外，從圖3 中還可以發(fā)現(xiàn)，油相體積分?jǐn)?shù)相同，取代度不同的OSA 淀粉-殼聚糖復(fù)合物穩(wěn)定的乳液中，樣品c2-3、c3-3 均較為穩(wěn)定。這是由于取代度的增大使得復(fù)合物疏水性增強(qiáng)，可以更好地深入油相內(nèi)部，并通過(guò)OSA 基團(tuán)的疏水長(zhǎng)鏈吸附在油水界面上，復(fù)合物顆粒得到更好的利用，形成穩(wěn)定的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，包裹著油相，從而提高了乳液穩(wěn)定性[26]。

圖3 OSA 淀粉取代度和乳液油相體積分?jǐn)?shù)對(duì)光學(xué)顯微鏡圖、激光共聚焦顯微鏡圖（A）及外觀（B）的影響Fig.3 Effects of DS and volume fractions of oil phase on optical microscope images,CLSM images (A) and appearance (B)

2.2.2 乳液的流變性質(zhì) 在食品工業(yè)中，乳液的應(yīng)用需要考慮其流變性質(zhì)。圖4（B1、B2、B3）表明，隨著剪切速率升高，9 個(gè)樣品的表觀黏度均呈現(xiàn)剪切變稀現(xiàn)象，屬于非牛頓流體，原因可能與高剪切速率下乳液液滴內(nèi)部結(jié)構(gòu)的破壞及在流動(dòng)方向上油滴的重排有關(guān)。乳液儲(chǔ)能模量和損耗模量隨振蕩頻率的變化體現(xiàn)了乳液流動(dòng)性和微觀結(jié)構(gòu)的聯(lián)系。圖4（A1、A2、A3）顯示出在油相體積分?jǐn)?shù)為80%時(shí)，乳液的G'>G"，以彈性為主，呈現(xiàn)凝膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。但是，對(duì)于油相體積分?jǐn)?shù)為20%和50%乳液，在低頻率下，G'和G"相當(dāng)，在高頻率下，G'略大于G"，說(shuō)明乳液的彈性略有增加。c1-3、c2-3、c3-3 三個(gè)樣品的外觀圖為半固體或固體狀態(tài)，而另外6 個(gè)樣品均為液態(tài)（圖3（B）），與之相呼應(yīng)的是，油相濃度為80%的乳液的G'值始終遠(yuǎn)大于低油相濃度的乳液，這證明了高內(nèi)相乳液良好的彈性，可能是因?yàn)楦邇?nèi)相乳液的液滴粒徑較大，液滴發(fā)生變形或堆積，進(jìn)而使乳液有了更強(qiáng)的保持形狀的能力。

圖4 Pickering 乳液的G'、G"（A1，A2，A3）及黏度（B1，B2，B3）變化Fig.4 Changes of G'、G" (A1,A2,A3) and viscosity (B1,B2,B3) in Pickering emulsion

2.2.3 乳液的穩(wěn)定性

2.2.3.1 儲(chǔ)存穩(wěn)定性 影響乳液產(chǎn)品質(zhì)量的一個(gè)重要因素是乳液的穩(wěn)定性，它在一定程度上決定了產(chǎn)品能否得到廣泛應(yīng)用[31]。圖5（A）中觀察到部分乳液很快發(fā)生了乳析現(xiàn)象，這與乳液在重力作用引發(fā)的油水分層有關(guān)，表明了乳液的不穩(wěn)定性[32]。此外，圖5（B1、B2、B3）表明，隨著儲(chǔ)存時(shí)間的增加，乳液粒徑總體呈增長(zhǎng)趨勢(shì)。這是因?yàn)殡S著儲(chǔ)存時(shí)間的增加，油滴逐漸發(fā)生絮凝，粒徑逐漸增大。隨著儲(chǔ)存時(shí)間的增加，較低油相體積分?jǐn)?shù)（20%）的乳析指數(shù)呈現(xiàn)先減小后趨于平緩的趨勢(shì)，中等油相體積分?jǐn)?shù)（50%）的乳析指數(shù)呈現(xiàn)先增大后趨于平緩的趨勢(shì)，兩者皆在第一周內(nèi)變化明顯。高油相體積（80%）在一月的儲(chǔ)存期間沒(méi)有相分離，乳析指數(shù)為0，外觀基本沒(méi)有變化，表明其具有很好的穩(wěn)定性。這是因?yàn)橛拖嗾急容^高，復(fù)合物通過(guò)橋聯(lián)絮凝帶來(lái)的致密網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)使液滴密切靠近、擠壓變形，進(jìn)一步地減少體系內(nèi)的分子運(yùn)動(dòng)，導(dǎo)致黏度增加和凝膠結(jié)構(gòu)增強(qiáng)，提高其儲(chǔ)存穩(wěn)定性，抑制了Pickering 乳液的相分離[27,33]。另一方面，還觀察到在存儲(chǔ)期間，在油相體積不變的條件下，樣品乳液的乳析指數(shù)隨著取代度的增加而減小，表明Pickering 乳液儲(chǔ)存穩(wěn)定性隨著取代度的增大而增加，這與復(fù)合物利用更高效有關(guān)，和吳媛莉等[34]以O(shè)SA 籽粒莧淀粉酯穩(wěn)定Pickering 乳液研究中不同取代度對(duì)穩(wěn)定性影響的結(jié)果相似。

圖5 儲(chǔ)存時(shí)間對(duì)不同取代度及油相體積分?jǐn)?shù)Pickering 乳液外觀（A）和粒徑、乳析指數(shù)（B1，B2，B3）的影響Fig.5 Effects of storage time on appearance (A) and particle size,emulsification index (B1,B2,B3) of Pickering emulsion with different degree of substitution and volume fractions of oil phase

通過(guò)前期研究，c2-3、c3-3 樣品均具有較好的儲(chǔ)存穩(wěn)定性，但綜合考慮復(fù)合物需要有合適的濕潤(rùn)性，后期主要討論c2-3 樣品的pH 穩(wěn)定性、熱穩(wěn)定性和離子穩(wěn)定性。

2.2.3.2 pH 穩(wěn)定性 體系的pH 可引起OSA 淀粉-殼聚糖復(fù)合物的界面電荷變化，進(jìn)而改變液滴之間絮凝或聚集的程度，最終影響乳液的穩(wěn)定性，所以有必要評(píng)價(jià)乳液的pH 穩(wěn)定性。如圖6（A）所示，體系pH為6.1 的乳液在儲(chǔ)存時(shí)間達(dá)7 d 時(shí)仍能倒立，而體系pH 較低和較高的乳液均不能倒立，此現(xiàn)象表明乳液在pH 為6.1 左右時(shí)的穩(wěn)定性好。圖6（B）表明OSA淀粉-殼聚糖復(fù)合物穩(wěn)定的乳液的平均粒徑隨pH 的增加呈現(xiàn)先減小后增大的趨勢(shì)。當(dāng)乳液體系pH 在6.1 時(shí)，乳液的平均粒徑最小，為27.02 μm。乳液的穩(wěn)定性的改變主要是源于液滴間靜電斥力的改變。在較低pH 下（pH<4.6），穩(wěn)定乳液的OSA 淀粉-殼聚糖復(fù)合物表面質(zhì)子化程度較高，表面帶正電，親水性強(qiáng)，導(dǎo)致其大部分存在水相而不是水油界面，導(dǎo)致乳液液滴間斥力減小，平均粒徑粒徑變大，穩(wěn)定性下降，極易油水分離出現(xiàn)破乳分層現(xiàn)象。在pH 為6.1 時(shí)乳液液滴之間的靜電相互作用適中，粒徑隨之減小，能形成穩(wěn)定的乳液。當(dāng)pH 大于6.1 時(shí)，穩(wěn)定乳液的OSA 淀粉-殼聚糖復(fù)合物中的CS 超過(guò)其pKa 值，氨基脫質(zhì)子而自聚集，乳液液滴間靜電相互作用弱，顆粒絮凝，粒徑顯著性增加，從而影響乳液的穩(wěn)定性[35]。綜上所述，OSA 淀粉-CS 復(fù)合基Pickering 乳液對(duì)pH 的變化具有響應(yīng)性[36]。

圖6 pH 對(duì)Pickering 乳液外觀（A）和平均粒徑（B）的影響Fig.6 Effects of pH on appearance (A) and average particle size (B) of Pickering emulsion

2.2.3.3 熱穩(wěn)定性 熱處理常用于食品加工工藝中，然而，加熱通常會(huì)對(duì)乳化食品的理化性質(zhì)和穩(wěn)定性產(chǎn)生不利影響。為評(píng)價(jià)乳液的熱穩(wěn)定性，對(duì)乳液在?4、25、50、60、70 ℃熱處理后的外觀和粒徑進(jìn)行了測(cè)定。如圖7 觀察乳液的外觀可知，加熱后的乳液基本沒(méi)有變化，仍然表現(xiàn)出類(lèi)固體性質(zhì)，保留在樣品瓶的頂部。此外，可以看出隨著溫度的升高，乳滴的粒徑顯著增加。當(dāng)溫度從?4 ℃升高至25 ℃時(shí)，粒徑變化較小，表明此時(shí)乳液的穩(wěn)定性較好。當(dāng)溫度超過(guò)25 ℃左右時(shí)，乳液粒徑呈變大趨勢(shì)，50 ℃左右開(kāi)始粒徑迅速變大，這是因?yàn)闇囟容^高時(shí)，加速了乳滴的熱運(yùn)動(dòng)，使得乳滴之間碰撞的可能性增加，促進(jìn)了乳滴間的聚集。此外，在較高溫度下，界面顆粒也會(huì)聚集，導(dǎo)致了乳滴之間的部分絮集[29,37]。需要指出的是，由于乳滴總的比表面積的減小，復(fù)合物顆粒利用率將隨之降低，這非常不利于形成穩(wěn)定的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。

圖7 溫度對(duì)Pickering 乳液外觀（A）和平均粒徑（B）的影響Fig.7 Effects of temperature on appearance (A) and average particle size (B) of Pickering emulsion

2.2.3.4 離子穩(wěn)定性 由于離子強(qiáng)度是一項(xiàng)重要的環(huán)境因素，乳液會(huì)經(jīng)常暴露于不同的離子強(qiáng)度條件下，因此觀測(cè)其在不同離子強(qiáng)度下的穩(wěn)定性就顯得非常重要。隨著顆粒間靜電斥力被屏蔽，離子強(qiáng)度可影響界面處帶電顆粒的堆積[38]。如圖8 所示，隨著NaCl 濃度的升高，乳液逐漸發(fā)生乳析，分層現(xiàn)象變得明顯。與此同時(shí)，乳液平均粒徑變化的總體趨勢(shì)也表現(xiàn)為隨NaCl 濃度的增加而增大。當(dāng)NaCl 濃度從0 提高到120 mmol/L 時(shí)，乳液粒從17.76 μm 迅速增加到63.36 μm，液滴間發(fā)生了顯著聚集。這種現(xiàn)象是由于在高鹽濃度條件下，由OSA 淀粉-殼聚糖復(fù)合物穩(wěn)定的乳液之中，液滴間發(fā)生了靜電屏蔽。由于靜電吸引作用，正電荷（Na+）聚集在負(fù)電荷基團(tuán)（?COO?）周?chē)?，乳液中的凈電荷由此顯著降低。當(dāng)NaCl 濃度高于臨界鹽水平時(shí)，靜電排斥力不足以克服乳液液滴之間的相互吸引力（主要是范德華力和疏水相互作用力），乳液因此出現(xiàn)分層[39]。

圖8 離子強(qiáng)度對(duì)Pickering 乳液外觀（A）和平均粒徑（B）的影響Fig.8 Effects of ion strength on appearance (A) and average particle size (B) of Pickering emulsion

3 結(jié)論

本文探討了OSA 淀粉取代度和油相體積分?jǐn)?shù)對(duì)OSA 淀粉-殼聚糖復(fù)合物及其穩(wěn)定的Pickering 乳液的影響，并研究了pH、溫度、離子濃度三個(gè)環(huán)境因素對(duì)乳液穩(wěn)定性的影響。當(dāng)OSA 添加量由1%增加至3%，即OSA 淀粉取代度從0.00399 增加至0.0132 時(shí)，復(fù)合物的疏水性和乳液粒徑隨之增大。當(dāng)乳液體系的油相體積分?jǐn)?shù)從20%上升至80%時(shí)，乳液粒徑增大，乳液狀態(tài)由液體逐漸向類(lèi)固態(tài)發(fā)生轉(zhuǎn)變。此外，研究還表明，油相體積分?jǐn)?shù)對(duì)乳液各方面的影響遠(yuǎn)大于OSA 淀粉取代度的影響，一方面，這可以歸因于油相體積分?jǐn)?shù)的上升可以更大程度上提高乳液黏度和凝膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，乳液更加穩(wěn)定；另一方面，這或許和研究選定的三個(gè)取代度梯度跨度較小有關(guān)，具體原因有待進(jìn)一步探索。當(dāng)OSA 淀粉取代度為0.00895、油相體積分?jǐn)?shù)為80%時(shí)，OSA 淀粉-殼聚糖復(fù)合基Pickering 乳液呈現(xiàn)出最佳的乳液性能，液滴結(jié)構(gòu)均勻致密，具有較好儲(chǔ)存穩(wěn)定性、熱穩(wěn)定性及pH 穩(wěn)定性，進(jìn)一步證明固體顆粒適中的疏水性和乳液較大的油相濃度有利于乳液的穩(wěn)定。本研究為OSA 淀粉-多糖復(fù)合基Pickering 乳液的開(kāi)發(fā)提供了有用信息，特別是對(duì)于乳液構(gòu)建時(shí)參數(shù)的選定方面。同時(shí)，本研究也側(cè)面反應(yīng)了高內(nèi)相乳液確實(shí)在穩(wěn)定性方面有一定優(yōu)勢(shì)，適合于功能性食品或藥品的開(kāi)發(fā)領(lǐng)域。