姚先超，鐘慶旭，劉 鑫，梁玉石，焦思宇，許丁予，林日輝,

（1.廣西民族大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院，林產(chǎn)化學(xué)與工程國(guó)家民委重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣西林產(chǎn)化學(xué)與工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣西林產(chǎn)化學(xué)與工程協(xié)同創(chuàng)新中心，廣西 南寧 530006；2.廣西警察學(xué)院刑事科學(xué)技術(shù)學(xué)院，廣西 南寧 530023）

乳液是至少由2 種互不相溶的液體混合而成的體系，其中一種液體（稱為分散相）以微小液滴的形式被分散在另一種連續(xù)的液體（連續(xù)相）中。乳液是熱力學(xué)不穩(wěn)定體系，通常需要乳化劑維持穩(wěn)定性[1-2]。在Pickering乳液中，乳液的穩(wěn)定由吸附在界面上的固體顆粒實(shí)現(xiàn)[3]。顆粒的界面潤(rùn)濕性和粒徑分布是控制Pickering乳液形成和穩(wěn)定的關(guān)鍵因素，兩親的潤(rùn)濕性可以使顆粒有效吸附在油/水界面上并降低水相和油相界面張力[4]，這些顆粒在油水界面上聚集形成穩(wěn)固的物理屏障，能有效阻止液滴聚結(jié)、聚并和奧斯瓦爾德熟化，從而較好地穩(wěn)定乳液[5]。顆粒穩(wěn)定劑可用無(wú)機(jī)物或有機(jī)物制備，但無(wú)機(jī)物顆粒通常生物相容性差、不可生物降解[6]，無(wú)法滿足食品和制藥的應(yīng)用要求。近年來(lái)，淀粉、纖維素、明膠、蛋白多肽及殼聚糖等生物質(zhì)資源成為了制備Pickering乳液穩(wěn)定劑的研究熱點(diǎn)。淀粉來(lái)源廣泛、生物可降解、生物相容性好、安全無(wú)毒，是一種重要的食品原料。然而天然淀粉顆粒的尺寸較大、親水性太強(qiáng)，對(duì)乳液的穩(wěn)定能力較弱，需要改性才能夠更好地穩(wěn)定Pickering乳液[7-12]。

納米沉降法是常用的高效降低淀粉顆粒尺寸的方法，該法利用淀粉分子在反溶劑中溶解度較低的機(jī)制，使淀粉在劇烈攪拌的反溶劑中聚沉析出納米尺寸的顆粒[13]。納米沉降法制備的淀粉納米顆粒通常為無(wú)定形形態(tài)，其糖鏈上存在的大量羥基，對(duì)水分子具有很強(qiáng)的親和性，水較容易侵入顆粒內(nèi)部，從而造成顆粒耐水性差和界面潤(rùn)濕性差[14]。為此，一些研究用化學(xué)法對(duì)淀粉納米顆粒進(jìn)行改性，以改善其界面潤(rùn)濕性[15]。但化學(xué)法可能會(huì)存在反應(yīng)效率低、產(chǎn)物中殘余有害成分等問(wèn)題。在非化學(xué)改性中，研究表明淀粉的直鏈部分在回生過(guò)程中能形成單螺旋體構(gòu)象的空腔結(jié)構(gòu)，這種螺旋空腔能吸附裝載脂肪酸、油脂等疏水性小分子并形成超分子復(fù)合物[16]。這些疏水分子會(huì)減少水分子靠近或浸入淀粉顆粒，從而改善顆粒耐水性能、界面潤(rùn)濕性[17-18]。顆粒界面潤(rùn)濕性的改變有助于改善淀粉顆粒在油水界面的吸附效果，因而淀粉脂質(zhì)復(fù)合物可能是一種新型的Pickering乳液穩(wěn)定劑。Hay等[19]使用加壓微波反應(yīng)器中通過(guò)0～140 ℃升溫工序制備脂肪酸鈉鹽-高直鏈玉米淀粉包合物，得到的山崳酸鈉包合物乳化穩(wěn)定性比辛烯基琥珀酸酯化淀粉提高了60%。Yan Xiaoxia等[20]采用酶處理4 h得到的含直鏈淀粉達(dá)52.63%的脫支油莎草淀粉制備平均粒徑為500～567.2 nm的棕櫚酸復(fù)合納米顆粒，0.5%的顆粒用量能使油水比為1∶9的乳液乳化穩(wěn)定42 d，其乳滴的平均粒徑在357.5～369.5 nm之間。可見(jiàn)直鏈淀粉脂質(zhì)復(fù)合顆?？梢苑€(wěn)定Pickering乳液。

天然淀粉一般富含支鏈淀粉，而直鏈淀粉含量較低。由于眾多短支鏈會(huì)阻止或阻礙主鏈形成螺旋構(gòu)象，支鏈淀粉與脂質(zhì)物的結(jié)合程度低于直鏈淀粉，支鏈淀粉僅能形成少量脂質(zhì)復(fù)合物[21-22]。因此富含支鏈淀粉脂質(zhì)復(fù)合物用于穩(wěn)定乳液的研究鮮有報(bào)道。木薯淀粉是廣西產(chǎn)量最大的淀粉資源，木薯淀粉的支鏈成分含量達(dá)75%以上[23]。本實(shí)驗(yàn)采用未脫支處理的木薯淀粉溶液與硬脂酸復(fù)合后醇沉制備木薯淀粉硬脂酸復(fù)合納米顆粒（cassava starch-stearic acid complex nanoparticles，CSSNs），探討其在Pickering乳液應(yīng)用中的穩(wěn)定能力，為開(kāi)發(fā)低成本的食用級(jí)顆粒穩(wěn)定劑提供參考，為木薯淀粉的深加工與應(yīng)用提供新思路。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

食品級(jí)木薯淀粉（cassava starch，CS），支鏈淀粉實(shí)測(cè)質(zhì)量分?jǐn)?shù)為78.65%，由廣西岑溪市三角淀粉責(zé)任有限公司無(wú)償捐贈(zèng)。食用大豆油為當(dāng)?shù)厥惺?；硬脂酸、無(wú)水乙醇等分析試劑均購(gòu)自上海麥克林生物技術(shù)公司。

1.2 儀器與設(shè)備

JY92-IIN超聲波機(jī) 寧波新芝生物科技公司；SDS350接觸角測(cè)量?jī)x 東莞市晟鼎精密儀器公司；ML30 光學(xué)顯微鏡 廣州市明美科技有限公司；SUPRA55場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微鏡（scanning electron microscopy，SEM）德國(guó)Carl Zeiss公司；Zetasizer Nano ZS納米激光粒度儀 英國(guó)Malvern公司；UItime IV X射線衍射（X-ray diffraction，XRD）儀 日本Rigaku公司；UV-2600分光光度計(jì) 日本Shimadzu公司。

1.3 方法

1.3.1 CSSNs復(fù)合顆粒的制備

5 g木薯淀粉加入100 mL去離子水，在95 ℃水浴中糊化60 min，超聲處理15 min以降低溶液的黏度。將硬脂酸（淀粉干基質(zhì)量的1%、10%和20%）乙醇溶液逐滴加入上述溶液中，在95 ℃中攪拌30 min，隨后冷卻至75 ℃，逐滴滴加無(wú)水乙醇（1∶3，V/V）。8000 r/min離心，用75%乙醇溶液清洗2 次，在40 ℃真空干燥24 h，即得到CSSNs復(fù)合顆粒。另外，處理過(guò)程不添加脂肪酸，可得到淀粉納米顆粒（starch nanoparticles，StNPs）。

1.3.2 碘比色法測(cè)定復(fù)合指數(shù)

參考文獻(xiàn)[24-25]，將100 mg待測(cè)樣品與水混合煮沸后配制成25 mL溶液。取500 μL溶液，加入0.5 mL乙酸溶液（1 mol/L）、0.5 mL碘試劑（I2，0.1%；KI，0.2%）混勻，加水定容到25 mL。測(cè)定溶液在波長(zhǎng)610 nm處的吸光度。以StNPs作為對(duì)照，按式（1）計(jì)算復(fù)合指數(shù)（complexing index，CPI）：

式中：A0為StNPs樣品溶液的碘染色吸光度；A1為CSSNs樣品溶液的碘染色吸光度。

1.3.3 掃描電子顯微鏡表征顆粒形貌

參考文獻(xiàn)[26]，用導(dǎo)電雙面膠帶將樣品固定到樣品臺(tái)上，在真空下噴涂鉑膜，用SEM在15 kV的加速電壓下掃描樣品，拍攝電子顯微照片。

1.3.4 動(dòng)態(tài)光散射（dynamic light scattering，DLS）分析

參考文獻(xiàn)[27]，通過(guò)DLS分析樣品的粒度分布。將樣品放入超純水中超聲處理得到0.01 g/100 mL分散液，用塑料樣品池裝樣，放入納米激光粒度儀中自動(dòng)平衡120 s后，測(cè)量顆粒的粒徑分布。Zeta電位用該分散液在同一設(shè)備中測(cè)定。

1.3.5 CSSNs的結(jié)晶形態(tài)

參考文獻(xiàn)[28]，采用配置有銅靶、Ni片濾波、電壓40 kV和電流15 mA的Cu-Kα輻射的XRD儀，以8°/min的掃描速率、0.02°的掃描步長(zhǎng)，在3°～60°范圍內(nèi)掃描樣品。使用Jade 6.0軟件通過(guò)結(jié)晶面積與總衍射面積的比率，按式（2）計(jì)算淀粉的相對(duì)結(jié)晶度：

式中：Ac為XRD結(jié)晶峰的面積；Aa為非晶態(tài)峰的面積。

1.3.6 紅外光譜分析

參考文獻(xiàn)[25]，采用KBr粉末壓片法制樣測(cè)定傅里葉變換紅外光譜（Fourier transform infrared spectroscopy，F(xiàn)TIR）。掃描波數(shù)范圍為400～4000 cm-1，掃描次數(shù)為32 次，分辨率為4 cm-1。用OMNIC 8.2軟件對(duì)波數(shù)范圍為1250～850 cm-1的FTIR圖譜進(jìn)行去卷積處理（峰寬19 cm-1，增強(qiáng)因子1.9），計(jì)算1047/1022 cm-1吸光度比，分析復(fù)合物顆粒的短程有序性。

1.3.7 接觸角

參考文獻(xiàn)[29]，將CSSNs、StNPs分散液在薄玻片上鋪展成膜，放入真空干燥箱在35 ℃、-0.095 MPa干燥24 h。將玻片浸入豆油中，用接觸角儀觀察水滴在膜上的接觸角隨時(shí)間的變化過(guò)程，測(cè)定接觸角值。每個(gè)樣品測(cè)量3 個(gè)以上不同位置的接觸角，取其平均值。

1.3.8 Pickering乳液制備

取不同復(fù)合指數(shù)的CSSNs（0.1～2 g/100 mL），在冰水浴中，通過(guò)超聲波（功率為650 W，占空比為開(kāi)2 s，關(guān)1 s）作用20 s，將納米顆粒充分分散到去離子水中。加入大豆油作為油相（油水比1∶9），在冰水浴中，通過(guò)超聲波（功率為650 W，占空比為開(kāi)2 s，關(guān)1 s）作用20 s，制備乳液。

1.3.9 乳液微觀光學(xué)表征

參考文獻(xiàn)[30]，使用配備有數(shù)碼相機(jī)的光學(xué)顯微鏡對(duì)乳液的微觀形態(tài)分布進(jìn)行觀察并拍照。

1.3.10 乳液貯存穩(wěn)定性

將乳液在室溫下貯存一段時(shí)間，測(cè)量相應(yīng)時(shí)間的乳液體積，按式（3）計(jì)算乳析指數(shù)（creaming index，CI），對(duì)乳液的物理穩(wěn)定性評(píng)估[5]。

式中：Htotal和Hcream分別為乳液層的總高度和乳析層高度。

另外，通過(guò)激光粒度儀測(cè)定不同貯存時(shí)間下乳液乳滴粒徑變化，分析乳滴的貯存穩(wěn)定性。

1.3.11 環(huán)境因素對(duì)乳液穩(wěn)定性的影響

參考文獻(xiàn)[31]的方法，考察pH值、鹽離子濃度、溫度等環(huán)境因素對(duì)乳液穩(wěn)定性的影響。在水相中加入相對(duì)于乳液總體積7 g/100 mL的CSSNs，用0.001 mol/L NaOH和0.1 mol/L HCl溶液分別將pH值調(diào)節(jié)為1.0、3.0、5.6、7.0、9.0，制備油水比為1∶9（V/V）的乳液。所得乳液均在25 ℃存放，觀察乳液外觀變化。用顯微鏡、激光粒度儀觀察和測(cè)定存放期間液滴分布的變化。

取CSSNs添加量為7 g/100 mL，0.5 mol/L NaCl溶液作為水相，制備油水比為1∶9的乳液，所得乳液的鹽離子濃度分別為0.005、0.01、0.05 mol/L和0.1 mol/L四個(gè)梯度。乳液在25 ℃存放。觀察和測(cè)定存放期間乳液外觀、液滴分布的變化。

分別取添加量7 g/100 mL的CSSNs制備油水比為1∶9的乳液，分別置于8、25、50、80 ℃恒溫存放，觀察和測(cè)定存放期間乳液外觀、液滴分布的變化。

1.4 數(shù)據(jù)處理

所有實(shí)驗(yàn)至少進(jìn)行3 個(gè)平行測(cè)定，采用Tukey法單因素方差分析對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和差異顯著性檢驗(yàn)。采用Origin 2008對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果繪圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 CSSNs的理化表征

所得CSSNs的CPI由1.3.2節(jié)碘比色法測(cè)定。硬脂酸添加量為1%、10%和20%的CSSNs的CPI值分別為2.74%、9.17%、27.66%。為了方便描述，將CSSNs按CPI值分別記為CSSNs-2、CSSNs-9、CSSNs-27，對(duì)應(yīng)的理化數(shù)據(jù)如表1所示。

表1 樣品的理化表征Table 1 Characteristics of nanoparticle samples

2.2 CSSNs的形貌與結(jié)構(gòu)特征

StNPs（圖1A）顆粒主要呈球形形貌，尺寸大小不均勻，顆粒間存在明顯的黏連現(xiàn)象。在拍攝SEM過(guò)程中，當(dāng)掃描探針靠近淀粉樣品進(jìn)行對(duì)焦時(shí)，觀察到這些黏連區(qū)域會(huì)快速地發(fā)生收縮，出現(xiàn)圖中的橋連現(xiàn)象。StNPs這種不穩(wěn)定的黏連區(qū)域的形成可能與其中殘留水分有關(guān)[6]。CSSNs-2（圖1B）的顆粒形貌類似于StNPs，也存在大量的黏連現(xiàn)象。CSSNs-9（圖1C）和CSSNs-27（圖1D）的微觀形態(tài)為更顯著的顆粒狀，顆粒形貌為不規(guī)則的似球形，顆粒的尺寸不均勻，顆粒之間也有相連的跡象，與文獻(xiàn)報(bào)道的淀粉脂質(zhì)復(fù)合物形態(tài)類似[32-33]。

圖1 淀粉樣品的SEM圖Fig.1 SEM images of starch samples

DLS粒度分析（圖2A）表明，StNPs和CSSNs的粒徑分布均出現(xiàn)在2 個(gè)較為集中的尺寸范圍，即50～110 nm和110～800 nm之間。相對(duì)于StNPs，CSSNs-27在120～800 nm的激光強(qiáng)度峰值更大，說(shuō)明CSSNs-27的大尺寸顆粒的含量更多。StNPs的平均粒徑為281.43 nm，CSSNs-27的平均粒徑為427.60 nm，可見(jiàn)復(fù)合顆粒的粒徑相對(duì)更大。

圖2 淀粉樣品的DLS粒徑分析和XRD分析Fig.2 DLS and XRD analysis of starch samples

如圖2B所示，CS在15°、17°、18°和23°處存在4 個(gè)強(qiáng)峰，表明木薯淀粉包含典型的A型結(jié)晶[34]。StNPs衍射圖譜是一個(gè)大包峰，沒(méi)有出現(xiàn)精細(xì)的譜峰或強(qiáng)衍射峰，說(shuō)明StNPs是一種無(wú)定形聚集狀態(tài)的淀粉顆粒。糊化破壞了糖鏈之間的氫鍵，淀粉的結(jié)晶形態(tài)被完全破壞，溶解的淀粉分子鏈得到充分伸展，并在之后的醇沉過(guò)程中無(wú)規(guī)則地聚集重排析出納米顆粒，因此StNPs沒(méi)有形成定形結(jié)晶的結(jié)構(gòu)形態(tài)[35-36]。CSSNs的衍射圖譜在13°和21°處均出現(xiàn)了2 個(gè)可明顯觀察到的峰，這是歸屬于V型結(jié)晶結(jié)構(gòu)形態(tài)的特征衍射峰，2 處峰值隨著復(fù)合指數(shù)增大明顯增強(qiáng)。3 種CSSNs顆粒結(jié)晶度分別為1.15%、3.79%、7.82%，也隨復(fù)合指數(shù)增大而明顯增大，這與文獻(xiàn)[19]報(bào)道的淀粉脂肪酸復(fù)合物的結(jié)晶情況相似。

為了確認(rèn)淀粉與脂肪酸形成了復(fù)合物，對(duì)樣品的紅外光譜進(jìn)行傅里葉去卷積處理。由圖3B可知，StNPs、CSSNs-2、CSSNs-9、CSSNs-27在1047 cm-1和995 cm-1處峰的吸收強(qiáng)度均逐漸增強(qiáng)，在1022 cm-1處的吸收峰逐漸減弱，它們的1047/1022 cm-1的吸光度比值分別為0.655、0.66、0.67、0.81。根據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)[37]報(bào)道，1047 cm-1峰與淀粉樣品的結(jié)晶結(jié)構(gòu)相關(guān)，而1022 cm-1峰與淀粉顆粒的無(wú)定形結(jié)構(gòu)相關(guān)，995 cm-1峰則與葡萄糖鏈中C-6位置上羥基的分子內(nèi)氫鍵相關(guān)，1047/1022 cm-1吸光度比值越大，淀粉顆粒的短程有序性越高。因此，CSSNs-2、CSSNs-9、CSSNs-27的短程有序性隨復(fù)合指數(shù)增大而增大，意味著其結(jié)晶含量隨復(fù)合指數(shù)增大而增加，而StNPs吸光度比值均小于CSSNs，結(jié)晶含量很低，這均與XRD分析結(jié)果相一致。根據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道，盡管較低的溫度（淀粉的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度）會(huì)抑制微晶淀粉結(jié)晶的傳播，但有利于淀粉的結(jié)晶成核析出微晶[38-40]，因而推測(cè)低溫下淀粉分子鏈運(yùn)動(dòng)（如位移、鏈的蛇形擺動(dòng)等）的自由度降低，使相互接近的淀粉分子更容易形成通過(guò)氫鍵作用形成結(jié)晶核生成微晶顆粒，據(jù)此進(jìn)一步推測(cè)脂肪酸插入淀粉單螺旋空腔可能降低了淀粉分子鏈運(yùn)動(dòng)的自由度，提高了淀粉鏈的短程有序性排列，從而有利于淀粉單螺旋分子相互靠近，結(jié)晶成核析出，因而復(fù)合指數(shù)越高，脂質(zhì)復(fù)合物的結(jié)晶度和短程有序性越大。

圖3 淀粉樣品的紅外光譜及其短程有序性Fig.3 FTIR and short-range ordering analysis of starch samples

2.3 顆粒表面的界面潤(rùn)濕性

顆粒的界面雙向潤(rùn)濕性是判斷顆粒能否穩(wěn)定乳液的重要依據(jù)，可以通過(guò)接觸角進(jìn)行表征[5]。如圖4所示，水滴在CSSNs-2、CSSNs-9、CSSNs-27表面的接觸角（10 s）分別為50.44°、51.98°、73.60°（表1），StNPs的接觸角為47.70°，表明CSSNs均具有相對(duì)增強(qiáng)的界面雙向潤(rùn)濕性，復(fù)合指數(shù)越大顆粒的界面潤(rùn)濕性越強(qiáng)。靜置10 min后，CSSNs-27的接觸角仍然能保持60.30°以上（圖4A、B），而StNPs靜置5 min后，接觸角已降至28.70°（圖4C、D）。說(shuō)明表明脂肪酸的存在阻礙了水分子的靠近，降低了淀粉納米顆粒的親水性，延長(zhǎng)了淀粉顆粒在水中的潤(rùn)濕時(shí)長(zhǎng)，增強(qiáng)了淀粉顆粒抵抗水滲透的能力。根據(jù)Chevalier等[41]描述，顆粒在油水界面的解吸附能與接觸角在30°～90°區(qū)間存在正相關(guān)，當(dāng)顆粒的接觸角越接近于90°，越容易被吸附到界面上，顆粒的界面雙向潤(rùn)濕性越強(qiáng)。疏水改性的淀粉顆粒的接觸角趨近90°時(shí)，展現(xiàn)出良好的乳化性，能夠在油水界面形成物理屏障并阻礙油滴聚集合并，從而使其制備的乳液能保持長(zhǎng)期穩(wěn)定[5,7]。CSSNs-27的接觸角比StNPs更趨近90°，因此CSSNs-27更具有更強(qiáng)的界面雙向潤(rùn)濕性。

圖4 StNPs和CSSNs-27的接觸角Fig.4 Contact angles of StNPs and CSSNs-27

2.4 不同復(fù)合指數(shù)CSSNs乳液的穩(wěn)定性

通常，乳液由于經(jīng)歷重力分離、絮凝、聚結(jié)、顆粒聚結(jié)、奧斯特瓦爾德熟化和相分離等一種或多種物理化學(xué)過(guò)程會(huì)隨著時(shí)間的推移而失穩(wěn)崩解，從而影響乳液加工和乳液品質(zhì)，因此乳液的穩(wěn)定性極為重要[42]。在Pickering乳液中，具有良好界面潤(rùn)濕性的固體顆粒才能較快地被吸附到油水界面，才能在界面上形成穩(wěn)固的物理屏障層，從而有效地防止液滴聚結(jié)和奧斯瓦爾德熟化等失穩(wěn)現(xiàn)象，賦予乳液長(zhǎng)期物理穩(wěn)定性[43]。為考察所得顆粒穩(wěn)定乳液的可行性，制備了一系列乳液。用添加量均為7 g/100 mL的CSSNs-2、CSSNs-9、CSSNs-27制備油水比為3∶7（V/V）的不含傳統(tǒng)表面活性劑的乳液時(shí)，所得到的乳液都能穩(wěn)定7 d以上。之后CSSNs-2、CSSNs-9乳液均出現(xiàn)淀粉顆粒沉降、油水相分離和乳析現(xiàn)象，而CSSNs-27乳液沒(méi)有發(fā)生顯著變化（圖5）。在2.3節(jié)中，CSSNs-2、CSSNs-9、CSSNs-27顆粒的界面潤(rùn)濕性隨復(fù)合指數(shù)增大而增強(qiáng)。因此，復(fù)合指數(shù)較高CSSNs-27顆粒比CSSNs-2、CSSNs-9具有更好的穩(wěn)定乳液的能力。

圖5 CSSNs復(fù)合指數(shù)對(duì)Pickering乳液穩(wěn)定性的影響Fig.5 Effect of complexing index of CSSNs on the stability of Pickering emulsion

作為對(duì)比，分別使用添加量為7 g/100 mL的StNPs、CSSNs-27制備油水比為3∶7（V/V）Pickering乳液。乳液外觀如圖6所示。從外觀上，靜置1 h后的StNPs乳液和CSSNs-27乳液均為乳白色的均相狀態(tài)。靜置2 d后，觀察到StNPs乳液的上層漂浮有大豆油，乳液的底部出現(xiàn)較清的水層，說(shuō)明乳液發(fā)生油水分離和乳析現(xiàn)象；而CSSNs-27乳液沒(méi)有出現(xiàn)類似現(xiàn)象，外觀沒(méi)有明顯變化。靜置30 d后，觀察到StNPs乳液的底部沉積有大量淀粉顆粒，說(shuō)明StNPs不適用于穩(wěn)定Pickering乳液；CSSNs-27乳液沒(méi)有類似情況，也沒(méi)有出現(xiàn)乳析、分層、相分離等。Shao Ping等[44]報(bào)道添加量為7 g/100 mL的芋頭淀粉茶多酚復(fù)合納米顆粒，能使油水比1∶1的乳液穩(wěn)定28 d以上，但需要用NaCl將乳液離子濃度維持在0.04～0.06 mmol/L之間。Wang Ran等[45]用添加2.5 g/100 mL的蠟質(zhì)玉米淀粉茶多酚復(fù)合物能使油水比1∶4的乳液在15 d內(nèi)不發(fā)生乳析，加入量達(dá)15%的親水性的茶多酚使復(fù)合物顆粒形貌不明顯。

圖6 StNPs、CSSNs-27制備的Pickering乳液貯存穩(wěn)定性Fig.6 Stability of Pickering emulsions with StNPs or CSSNs-27

乳滴粒徑分布是表征Pickering乳液穩(wěn)定性重要手段[33]。在顯微鏡觀察到的乳液微觀形態(tài)和DLS分析（圖7）中，靜置1 h后的StNPs乳液的液滴粒徑在1～40 μm均有分布，范圍較寬；靜置24 h后，一些液滴的粒徑超過(guò)了100 μm，液滴形狀不規(guī)則，DLS粒徑分布曲線相比于靜置1 h時(shí)明顯偏向了更大尺寸方向，這是由于StNPs幾乎不具有界面潤(rùn)濕活性，不能吸附到油水界面，無(wú)法有效阻隔乳滴聚結(jié)聚并，因此StNPs制備的乳液液滴發(fā)生聚并；存放30 d后，StNPs乳液通過(guò)顯微鏡沒(méi)有觀察到乳滴，而是看到一些淀粉顆粒在水相中分散或聚集成膠塊，不能吸附到油水界面，因此不適用于穩(wěn)定乳液。而在30 d的貯存期間，CSSNs-27乳液（圖8）的液滴形態(tài)均呈現(xiàn)為規(guī)則的球形，液滴粒徑均主要分布在0.3～5 μm之間，液滴粒徑分布沒(méi)有發(fā)生明顯的變化，液滴之間較為分散，不聚集。顆粒表面所帶電荷也會(huì)影響乳液的穩(wěn)定性，當(dāng)顆粒表面帶有適量的同種電荷時(shí)，顆粒之間會(huì)形成靜電斥力，有利于抑制乳液液滴的聚結(jié)，從而提高乳液的穩(wěn)定性[33,46]。CSSNs的Zeta電位均為負(fù)值，CSSNs-27電位達(dá)到了-15.41 mV（表1），比StNPs攜帶更多的電荷，可能有助于液滴分散?？梢?jiàn)CSSNs-27比StNPs具有更強(qiáng)的Pickering乳液穩(wěn)定能力。

圖7 StNPs制備的Pickering乳液貯存期間的液滴變化Fig.7 Changes in droplet size distribution of Pickering emulsion with StNPs

圖8 CSSNs-27制備的Pickering乳液貯存期間的液滴變化Fig.8 Changes in droplet size distribution of Pickering emulsion with CSSNs-27

2.5 CSSNs-27顆粒添加量的影響

物理屏障的有效構(gòu)建不僅依賴于顆粒良好的潤(rùn)濕性，也依賴于乳液中的顆粒濃度。如圖9所示，添加量為0.1 g/100 mL以上的復(fù)合納米顆?？梢孕纬扇橐?。在貯存一段時(shí)間后，一部分CSSNs-27乳液的外觀形態(tài)發(fā)生了變化。CSSNs-27添加量在0.1～5 g/100 mL，乳液在1～9 d內(nèi)相繼發(fā)生明顯的乳析、油水分離，CSSNs-27添加量為1～5 g/100 mL的乳液還出現(xiàn)了顆粒沉積于底部的現(xiàn)象。當(dāng)CSSNs-27添加量增加至7 g/100 mL和10 g/100 mL（圖5～9）時(shí)，在60 d貯存期間，CSSNs-27乳液均沒(méi)有發(fā)生乳析、相分離現(xiàn)象。

圖9 CSSNs-27添加量對(duì)Pickering乳液穩(wěn)定性的影響Fig.9 tability of Pickering emulsion influenced by the amount of added CSSNs-27

通過(guò)顯微鏡觀察（圖10），CSSNs-27添加量為5 g/100 mL的乳液液滴有聚結(jié)現(xiàn)象，在貯存5 d后出現(xiàn)了許多大尺寸的液滴，貯存9 d后大部分液滴消失，并觀察到淀粉團(tuán)聚現(xiàn)象，說(shuō)明乳液已經(jīng)失穩(wěn)。可能是由于較低濃度的CSSNs-27在乳滴表面覆蓋率較小，不能在油水界面上形成完整的屏障膜層和空間網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致油滴聚并和顆粒沉析。當(dāng)添加量增加到7 g/100 mL（圖6）和10 g/100 mL（圖10）時(shí)，乳液的液滴分布沒(méi)有發(fā)生顯著變化，液滴形狀和大小均沒(méi)有發(fā)生較顯著的變化，液滴之間保持相對(duì)穩(wěn)定的分散狀態(tài)，表面乳液穩(wěn)定性好。

圖10 乳滴微觀形態(tài)隨CSSNs-27添加量的變化Fig.10 Evolution of micromorphology of emulsion droplets with the amount of added CSSNs-27

CI是Pickering乳液非常重要的評(píng)價(jià)指數(shù)之一[5]。如圖11 所示，在貯存期間，CSSNs-27 添加量為0.1～5 g/100 mL的Pickering乳液CI值均呈現(xiàn)出隨著時(shí)間延長(zhǎng)而增加的趨勢(shì)。CSSNs-27添加量為7 g/100 mL和10 g/100 mL的Pickering乳液CI值在60 d貯存期間無(wú)明顯變化。這個(gè)結(jié)果說(shuō)明，CSSNs-27添加量影響了Pickering 乳液的穩(wěn)定性。

圖11 不同添加量CSSNs-27乳液的乳析變化Fig.11 Evolution of creaming index of Pickering emulsion with different addition levels of CSSNs-27

2.6 環(huán)境因素對(duì)乳液穩(wěn)定性的影響

如圖12所示，當(dāng)pH值為5.6～7.0時(shí)，乳液外觀穩(wěn)定，液滴的分散性較好，沒(méi)有發(fā)生聚集。當(dāng)pH值為1.0、3.0時(shí)，乳液出現(xiàn)乳析現(xiàn)象，乳析層體積分?jǐn)?shù)為7%～8%，乳滴出現(xiàn)聚集。當(dāng)pH值為9.0時(shí)，乳液也發(fā)生乳析現(xiàn)象，但乳滴分散性比在強(qiáng)酸性環(huán)境下的分散性好?？梢?jiàn)，CSSNs-27乳液在弱酸、弱堿環(huán)境中穩(wěn)定性更強(qiáng)。可能的原因是強(qiáng)酸性條件下顆粒的表面電荷被中和，減弱了顆粒和液滴的靜電斥力，導(dǎo)致了液滴出現(xiàn)不同程度的聚集。在弱堿性條件下，顆粒能較好地維持形貌，顆粒表面能維持一定的負(fù)性電荷，乳液表現(xiàn)出一定的穩(wěn)定性，這些情況與文獻(xiàn)報(bào)道類似[31]。

圖12 pH值對(duì)CSSNs-27乳液穩(wěn)定性的影響Fig.12 Stability of CSSNs-27-based Pickering emulsion influenced by pH

如圖13所示，與加入酸的情況類似，當(dāng)乳液中NaCl濃度由0 mol/L增加至0.01 mol/L，乳液均出現(xiàn)了乳析，液滴的聚集程度增加。可能是因?yàn)镹aCl的加入，減弱了納米淀粉顆粒表面電荷，降低了靜電斥力，而靜電斥力對(duì)Pickering乳液穩(wěn)定性的維持有重要作用[31]。當(dāng)NaCl濃度從0.01 mol/L增加至0.1 mol/L時(shí)，乳液的乳析現(xiàn)象和液滴聚集程度沒(méi)有發(fā)生更劇烈變化?？梢?jiàn)，CSSNs-27乳液對(duì)低離子強(qiáng)度較敏感。

圖13 NaCl濃度對(duì)CSSNs-27乳液穩(wěn)定性的影響Fig.13 Stability of CSSNs-27-based Pickering emulsion influenced by NaCl concentration

如圖14所示，當(dāng)乳液保存在8～50 ℃之間，乳液外觀穩(wěn)定，液滴分散性好，液滴粒徑?jīng)]有觀察到較顯著的改變。當(dāng)溫度升高到80 ℃，存放120 min后，乳液出現(xiàn)了乳析，液滴發(fā)生了一些聚集，乳液中出現(xiàn)了一些粒徑較大的乳滴，有的液滴粒徑達(dá)到了15～20 μm，但是仍能呈現(xiàn)出較好的乳液形態(tài)?？赡艿脑蚴穷w粒、液滴的熱運(yùn)動(dòng)增加導(dǎo)致了部分液滴聚并，這種現(xiàn)象在大部分的乳液中均較為常見(jiàn)[3]。

圖14 環(huán)境溫度對(duì)CSSNs-27乳液穩(wěn)定性的影響Fig.14 Stability of CSSNs-27-based Pickering emulsion influenced by ambient temperature

3 結(jié)論

利用木薯淀粉溶液與硬脂酸復(fù)合的方法制備了CSSNs復(fù)合納米顆粒。通過(guò)碘比色法、XRD、FTIR分析顆粒的結(jié)構(gòu)性質(zhì)，發(fā)現(xiàn)CSSNs復(fù)合指數(shù)為3%～27%，具有淀粉脂質(zhì)復(fù)合物特征性的V型結(jié)晶和紅外短程有序性。通過(guò)SEM和DLS分析CSSNs的微觀形態(tài)和顆粒尺寸，發(fā)現(xiàn)顆粒呈不規(guī)則的似球形形態(tài)，顆粒粒徑主要集中在為50～800 nm之間。CSSNs顆粒的接觸角達(dá)到60.30°，表面負(fù)電荷數(shù)達(dá)到了-15.41 mV，界面潤(rùn)濕性相對(duì)于StNPs明顯提高。添加7 g/100 mL的CSSNs-27能穩(wěn)定Pickering乳液60 d以上，期間乳液外觀和液滴分布沒(méi)有發(fā)生顯著變化。乳液能夠穩(wěn)定在pH 5.6～9.0之間，能夠抵抗0.01～0.1 mol/L濃度NaCl離子強(qiáng)度的影響，加熱到80 ℃仍然呈現(xiàn)出較好的乳液形態(tài)。研究表明，通過(guò)簡(jiǎn)單復(fù)合、醇沉方法得到的高含量支鏈淀粉木薯淀粉可用于制備出具有穩(wěn)定乳液性能的CSSNs顆粒，可供相關(guān)領(lǐng)域參考和應(yīng)用。