多糖基颗粒稳定的Pickering乳液凝胶研究进展

汤 洋，高成成,*，张 岩，汤晓智

（1.南京财经大学食品科学与工程学院，江苏省现代粮食流通与安全协同创新中心，江苏省高校粮油质量安全控制及深加工重点实验室，江苏 南京 210023；2.河北省食品检验研究院，河北 石家庄 050091）

乳液凝胶由于其独特的三维网络结构，可以保护生物活性成分、控制释放包埋物质、同时包埋亲水和疏水成分、替代固体脂肪等，在食品、药品及化妆品等行业具有广泛的应用[1]。其中，通过添加胶凝剂、改变油相的体积分数和增加触发力等手段，将Pickering乳液转化为乳液凝胶已成为热门研究趋势[2]。

通过固体颗粒而不是表面活性剂稳定的乳液凝胶称之为Pickering乳液凝胶。与传统小分子表面活性剂（如吐温和司盘）稳定的乳液凝胶相比，以固体颗粒稳定的Pickering乳液凝胶同时兼具Pickering乳液和凝胶的优点，如贮存稳定性高、环境污染小、稳定剂使用量少等[3-4]。这两种乳液凝胶本质的区别在于稳定乳液的乳化剂不同。传统乳液凝胶使用的小分子表面活性剂，其稳定的乳液属于热力学不稳定体系，会通过各种物理化学方式（如聚结、重力分离、絮凝、奥氏熟化和相分离）迫使水相和油相分离[5]。相较之下，固体颗粒稳定的Pickering乳液会在油水界面形成不可逆的物理屏障，阻止界面相互作用和液滴接触，从而使其能够抵抗聚结和奥氏熟化[6-7]。Pickering乳液发现的早期，较多以无机颗粒或者有机聚合物作为Pickering乳化稳定剂制备Pickering乳液凝胶[7-9]，但是该Pickering乳液凝胶缺乏安全性、生物相容性和生物降解性，会严重限制其在食品工业上的应用。基于此，人们将重心逐步转移到天然生物大分子胶体颗粒稳定的Pickering乳液凝胶。天然大分子胶体颗粒稳定的Pickering乳液凝胶按照胶体颗粒组成可大致分为3 类：1）多糖颗粒，如纤维素[10-11]、淀粉[12-13]或壳聚糖[14]；2）蛋白质颗粒，如麦醇溶蛋白[15]或小麦蛋白[16]；3）复合颗粒，如玉米蛋白/阿拉伯胶[17]。其中，多糖颗粒具有较好的乳化性能且其表面活性易通过改性进行调节，多糖颗粒亦具有较强的空间稳定性，可以抵抗絮凝和凝聚等现象，提高Pickering乳液凝胶稳定性[11]。因此，本文着重对近年来多糖基颗粒稳定的Pickering乳液凝胶的制备、原料和应用研究进展等进行综述，以期为Pickering乳液凝胶的制备及其在食品、药品等行业的发展提供一定的参考。

1 Pickering乳液凝胶的凝胶网络形成

Pickering乳液凝胶的凝胶网络不仅可以将乳化液滴固定在凝胶结构中以防止絮凝和凝聚，还可以作为传递系统对活性成分进行缓释和保护[18]。Pickering乳液凝胶根据其凝胶网络形成方式的不同，可大致分为如下两大类型：乳液填充型凝胶和乳液颗粒型凝胶。

1.1 乳液填充型凝胶

乳液填充型凝胶是指将较低油相体积分数的乳液填充到具有三维网络结构的凝胶基质中，其中乳化油滴充当的是填充物[19]。当乳化油滴与凝胶基质发生相互作用时，乳化油滴可称之为活性填料，活性填料有助于提高凝胶基质的强度，反之称为非活性填料，此时乳化油滴与凝胶基质的亲和力较低，不和凝胶基质发生相互作用（图1）[20]。

图1 两种乳液填充型的凝胶示意图[21]Fig.1 Schematic representation of two emulsion-filled gels[21]

乳液填充型凝胶可以直接将乳液加入到聚合物凝胶相中，或者先将乳液加入到聚合物溶液中再对聚合物进行凝胶化[22-23]。乳液填充型凝胶的凝胶相的形成主要利用连续相中聚合物的凝胶性。天然大分子凝胶物质主要分为蛋白质和多糖类。蛋白质通常可以在热诱导、酸诱导、盐诱导、酶诱导和化学交联等条件下形成凝胶[24]。而多糖凝胶条件和机理依据多糖种类不同而有所差异，如海藻酸钠和低甲氧基果胶在二价离子（如Ca2+）存在下形成“蛋盒”结构的凝胶[25]；淀粉经过糊化后，渗析出的直链淀粉分子在降温过程中以双螺旋形式相互缠绕形成凝胶网络骨架[26]；κ型卡拉胶的热溶液加入阳离子（如K+）冷却后形成硬而脆的热可逆凝胶；结冷胶、菊粉等电荷密度很低的多糖在一定温度下会依赖分子缠绕和螺旋聚集后形成凝胶[27]。目前，利用多糖的凝胶特性将其作为乳液填充型凝胶的凝胶相的报道已有很多。有研究者将酪蛋白酸钠[28]和高梁醇溶蛋白[29]稳定的Pickering乳液添加到海藻酸钠水凝胶中分别用于亲脂活性成分的口服递送和控制自由脂肪酸的消化特性。Yan Huiqiong等[30]将细菌纤维素纳米晶体（bacterial cellulose nanocrystals，BCNs）稳定的Pickering乳液嵌入海藻酸钠水凝胶珠中，以达到提高乳液机械强度和稳定性、递送疏水性药物的目的。Torres等[26]使用辛烯基琥珀酸酐（octenyl succinic anhydride，OSA）改性的淀粉稳定乳液，然后整合到天然淀粉凝胶基质中，形成一种活性填充乳液凝胶。Cavallaro等[31]先用埃洛石纳米管制成Pickering乳液，再整合到果胶或壳聚糖中形成Pickering乳液凝胶。结果发现，果胶凝胶相中的Pickering乳液可以去除大理石表面的蜡层。

1.2 乳液颗粒型凝胶

乳液颗粒型凝胶是由一系列聚集的乳化油滴形成的三维网络结构[32]（图2）。一般含有较厚的界面层（如含有较多Pickering乳化颗粒，即乳化稳定剂），或者含有较高的油相体积分数（如高内相Pickering乳液（high internal-phase pickering emulsions，Pickering HIPEs））也可能形成乳液颗粒型凝胶。

图2 乳液颗粒凝胶网络的示意图Fig.2 Schematic representation of the network of emulsion particulate gels

对于含有中低油相体积分数的Pickering乳液，如果油-水界面层和/或连续相中存在过量的聚合物颗粒，它们之间会发生相互作用连接形成三维网络，从而形成乳液颗粒型凝胶（图3）[33]，其中聚合物颗粒同时充当乳化剂和胶凝剂。如Wang Xiaoyan等[14]在低油相条件下，通过调节连续相的pH值来调节吸附在油-水界面的自聚集壳聚糖颗粒，使壳聚糖颗粒之间和乳液液滴之间发生絮凝形成自支撑的乳液凝胶结构。凝胶颗粒之间的相互作用大小以及形变能力会对乳液颗粒凝胶的流变性能产生显著影响，如凝胶颗粒的形变能力较差，所形成的乳液颗粒凝胶应变能力就小[21]。

图3 颗粒相互连接形成乳液颗粒凝胶网络示意图Fig.3 Schematic representation of the network of emulsion particulate gels formed by particle interconnection

部分Pickering HIPEs会通过乳化油滴彼此之间的紧密连接以及适度的弱力堆积在一起，形成具有黏弹性的半固态乳液颗粒型凝胶。与普通乳液不同，Pickering HIPEs分散相（一般为油相，即内相）的最小体积分数超过74%。当油相体积分数继续增加时，乳化液滴可能发生挤压变形，由球形变成多边形（图4）[34]。常见的天然大分子单一颗粒（如淀粉纳米晶体（starch nanocrystals，SNCs）[12]、CNCs[10]和甲壳素纳米晶体[35]等）和复合颗粒（如壳聚糖/酪蛋白酸钠[36]、牛血清白蛋白（bovine serum albumin，BSA）/CNCs[37]和OSA淀粉/壳聚糖[38]等）都可以用来稳定Pickering HIPEs。

图4 具有不同内相体积分数的HIPE的微观结构[39]Fig.4 Microstructure of HIPEs with different internal phase volume fractions[39]

近年来，对于多糖基颗粒稳定的Pickering乳液凝胶的研究，学者们除了关注其凝胶网络基质，另一关注重点是采用各种方法提升Pickering颗粒稳定剂的界面活性及功能特性。

2 单一多糖基颗粒稳定的Pickering乳液凝胶

2.1 淀粉颗粒稳定的Pickering乳液凝胶

淀粉是食品的重要组成成分之一，也是自然界3 种主要多糖之一[40]。天然的淀粉是以颗粒的形式存在，由线性直链淀粉和分枝的支链淀粉组成。绝大部分的天然淀粉颗粒乳化性较差，需要对其进行改性调节，从而改善两亲性[41]。与其他多糖相比，淀粉复杂的多层级结构、糊化等特性为调控乳化性和凝胶性提供了更广泛的可能性。

目前，提高淀粉颗粒的乳化性方法有微细化、疏水改性、预糊化/原位糊化、与其他聚合物形成复合颗粒及环境因素调节等方式[12,42-43]。Yang Tao等[12]使用硫酸将天然蜡质玉米淀粉水解成SNCs，用于稳定Pickering HIPEs，最终形成乳液颗粒型凝胶，结果发现颗粒浓度的增加会增加油-水界面面积，提高该体系的稳定性和强度。pH值和NaCl浓度会影响SNCs的乳化能力，如pH值升高会降低乳化油滴粒径，导致凝胶强度增加；NaCl产生的静电屏蔽使SNCs颗粒缔合或者聚集，导致SNCs的乳化性能下降，且无法形成稳定的Pickering HIPEs。由于酸水解法制备的SCNs乳化性有限而且制备产量低、耗时长，故有学者采取疏水改性提高原淀粉颗粒的疏水性并削弱天然淀粉分子之间的氢键，进而提高SNCs的乳化性和产量[44]。Chang Siqiao等[13]使用OSA直接对蜡质玉米SNCs进行改性，结果发现OSA改性的SNCs能够稳定油相体积分数为40%～74%之间的油-水体系，形成乳液颗粒型凝胶，而且随着取代度的增加，凝胶的强度增加。Li Songnan等[41]使用OSA直接对原藜麦淀粉颗粒进行疏水改性，用于稳定Pickering乳液凝胶，研究发现取代度越高的藜麦淀粉颗粒，其乳化性能越强，当取代度为0.028 6时，藜麦淀粉颗粒能够稳定油相体积分数为50%～70%的Pickering乳液凝胶，其中高油相（油相体积分数为60%～70%）的Pickering乳液凝胶的网络主要是由紧密聚集的乳化油滴组成。

上述可以看出，由于改性后的淀粉颗粒表现出良好的凝胶性和界面活性，淀粉颗粒稳定的Pickering乳液可通过添加到淀粉中形成活性填充型乳液凝胶或无需添加成胶物质自聚集形成乳液颗粒型凝胶。

2.2 纤维素颗粒稳定的Pickering乳液凝胶

纤维素是由β-1,4-连接的D-吡喃葡萄糖的重复环组成的线性大分子，属于最丰富的可再生资源[45]。纤维素颗粒也是出色的Pickering乳液乳化稳定剂。常见的纤维素颗粒包括CNCs、纤维素纳米纤维（cellulose nanofibrils，CNFs）、再生纤维素（regenerated cellulose，RC）等。这些纤维素颗粒表现出不同的乳化能力。

CNCs是除掉纤维素的非结晶区而得到的高度结晶的棒状固体颗粒，其亲水性较高，乳化性差。近年来，有学者通过改进乳液制备方法来提高CNCs乳化能力。Capron等[10]根据液滴溶胀过程不能从界面上解吸CNCs的理论，采用两步法使用CNCs稳定了Pickering HIPEs，首先形成油相体积分数较少的Pickering乳液，然后在此基础上加入更多的油相，通过机械搅拌最终形成油相体积分数超过90%的Pickering HIPEs，乳化油滴相互接触以多边形的形态构成凝胶三维网络，即乳液颗粒型凝胶。

CNCs属于亲水性颗粒，其表面性质也可以通过化学（如聚合物接枝）或物理（如表面活性剂或生物聚合物的吸附）等方法进行修饰[46]。Chen Qiuhong等[11]使用OSA对CNCs进行表面改性，然后用改性后的CNCs稳定了油相体积分数为80%的Pickering HIPEs，研究发现与未改性的CNCs相比，改性后的CNCs使得乳化油滴粒径变小，并能在较低的颗粒浓度下制备出稳定的Pickering HIPEs，形成乳液颗粒型凝胶。

最近研究表明，在颗粒表面包覆蛋白质能够有效改善颗粒的表面活性（如疏水性蛋白吸附到无机颗粒表面[47]、酪蛋白酸盐修饰玉米蛋白颗粒表面性质[48]），可以作为出色的Pickering稳定剂。Liu Fu等[37]用BSA包覆CNCs进行物理改性改善CNCs的乳化性能，并成功制备了油相体积分数为80%的Pickering HIPEs，即乳液颗粒型凝胶。研究发现，凝胶强度和结构可通过改变CNCs和BSA浓度进行调控。其中，凝胶强度的提高主要是由于增强的界面桥联效应和乳化油滴堆积效应的贡献。

目前，市场上的CNCs主要是通过强酸水解获得，为了进一步降低污染物、简化繁琐苛刻的生产过程以及提高生产效率，Lu Xuanxuan等[49]首次提出用介质研磨的纤维素颗粒作为Pickering乳液稳定剂。研磨后的颗粒因其棒状结构，使得乳液液滴之间相互纠缠形成乳液颗粒型凝胶，提高了体系的稳定性。通过上述研究成果可以看出，改性后的CNCs表现出优良的乳化性能，可以稳定高内相的Pickering乳液，形成乳液颗粒型凝胶。

除了CNCs，RC、CNFs等也可以用来制备Pickering乳液凝胶。RC是先通过溶剂溶解纤维素再用反溶剂再生制得，具备优异的分散性和稳定乳液的能力[50]。但是RC单独制备的乳液不能够使油相结构化，需要凝胶剂或者增稠剂使连续相形成三维网络结构，制备成乳液填充型凝胶。Jiang Yang等[51]选取可德胶作为凝胶剂，首先将RC稳定的Pickering乳液与含可德胶的水相混合，之后对混合液进行热处理得到结构坚固的Pickering乳液凝胶体系；其中，可德胶凝固形成三维网络结构。该乳液凝胶为替代饱和反式脂肪提供了一种选择性。CNFs是纤维素纤维的典型纤维成分，其直径为纳米级（＜100 nm），长度可达数微米，主要通过水解制得。但是CNFs由于亲水性和聚集性，与疏水性聚合物的相容性较差。为了提高其与疏水性聚合物的相容性，研究者们已经尝试了多种方法，如表面改性、原位聚合和增加相容剂等。为了进一步简化操作过程和降低成本，Liu Xinyue等[52]利用剑麻CNFs和含有聚甲基丙烯酸甲酯（polymethyl methacrylate，PMMA）的1,2-二氯乙烷（1,2-dichloroethane，DCE）分别作为乳化剂和油相（油相体积分数为25%），超声静置24 h后形成Pickering乳液凝胶。

2.3 甲壳素/壳聚糖颗粒稳定的Pickering乳液凝胶

甲壳素是自然界中存在的仅次于纤维素的第二丰富的多糖，主要是从海洋甲壳类动物的壳中提取的[53]。甲壳素经过酸水解后可得到棒状甲壳素纳米晶体（chitin nanocrystals，ChNCs）。随着ChNCs颗粒浓度、离子强度、pH值的增加和温度的升高，ChNCs分散液（乳化剂水溶液）会呈现出向列型凝胶状的行为[54]。而且，ChNCs由于氨基的质子化而表面带正电荷，并具有良好的乳化性。有报道指出，ChNCs可用于稳定Pickering乳液[55]。近年来研究表明，ChNCs单独也可以制备Pickering乳液凝胶。Tzoumaki等[55]使用不同浓度的ChNCs稳定含体积分数10%玉米油相的Pickering乳液时发现，高浓度ChNCs稳定的Pickering乳液呈凝胶态，这种凝胶态结构主要是由液滴间形成的网络结构和连续相中的ChNCs相互连接形成的网络结构组成，即乳液颗粒型凝胶。在此基础上，Perrin等[35]首次使用ChNCs制备了高强度的Pickering HIPEs（油相体积分数96%），即乳液颗粒型凝胶。通过调节ChNCs浓度、pH值和离子强度可以改变凝胶强度。Zhu Ya等[56]通过使用纯化、部分脱乙酰、高速均质、超声等步骤制备了甲壳素纳米纤维（chitin nanofibrils，ChNFs），成功稳定了油相体积分数为88%的Pickering HIPEs。该Pickering HIPEs稳定机理包括：1）油-水体系预乳化后，连续相中的ChNFs形成可变形且相互连接的纤维状网络结构；2）油滴表面的ChNFs可防止乳化油滴因互相接近以及捕获粗化而导致的聚结和破裂。

壳聚糖是甲壳素的衍生物，是由无规则分布的脱乙酰基（β-(1→4)连接的D-葡萄糖胺）和乙酰化单元（N-乙酰基-D-葡萄糖胺）组成的多糖[57]。壳聚糖可以通过自聚集、离子凝胶、聚电解质复合和疏水改性等方式形成颗粒，用作Pickering稳定剂[58]，其中最常见的方式是自聚集。当脱乙酰度大于75%时，葡萄糖胺单元氨基的pKa值趋于6.5，壳聚糖水溶液会向凝胶化转变。在高pH值（pH值＞pKa值）条件下，壳聚糖形成自聚集体，其疏水性增加，对油相亲和力提高[59]。已有大量实验证明，壳聚糖自聚集颗粒能够成功稳定Pickering乳液[60]和Pickering乳液凝胶。Wang Xiaoyan等[14]通过使用壳聚糖颗粒作为唯一的稳定剂，制备了中低油相体积分数的乳液颗粒型凝胶。乳化油滴表面的壳聚糖颗粒与相邻油滴表面的壳聚糖颗粒以及连续相中的壳聚糖颗粒相互作用，形成相互连接的结构，促进了乳液凝胶的形成。

2.4 其他多糖颗粒稳定的Pickering乳液凝胶

除了上述多糖，卡拉胶也能够与一定比例的水油混合后通过简单的乳化过程获得稳定的Pickering乳液凝胶[61]。卡拉胶是从红海藻中获得的硫酸化多糖，在食品工业中广泛用作胶凝剂、增稠剂和稳定剂[62]。在食品工业中，最常使用有κ-、ι-和λ-卡拉胶（每个二糖单元分别包含1、2 个和3 个硫酸根基团）。已有研究表明，ι-卡拉胶由于具有最密集的带电螺旋结构，能够在乳液的油-水界面形成高电荷界面膜结构。Fontes-Candia等[63]对比了3 种类型卡拉胶制备的乳液凝胶的结构、强度、流变性质等。研究发现，具有较少硫酸根结构的κ-卡拉胶能够形成强度最大的乳液凝胶，这是因为κ-卡拉胶分子间能够形成更牢固的氢键凝胶网络结构。

3 复合型多糖基颗粒稳定的Pickering乳液凝胶

由于多糖亲水性较强、乳化性较差，单一的多糖基颗粒稳定的乳液凝胶在实际的应用中存在一些劣势[64]。这使得人们将重点逐步转移到开发复合胶体颗粒。复合胶体颗粒可以提高单一颗粒的乳化性，而且有助于抵抗环境应力（如pH值、离子强度和热处理），增强乳液凝胶体系的稳定性[65]。多糖基复合胶体颗粒组合大致包括多糖-蛋白质、多糖-多糖、多糖-小分子以及多糖-无机复合颗粒等。

3.1 多糖-蛋白质

研究较多的复合多糖基颗粒是多糖-蛋白质，这种颗粒主要是通过非共价键结合，包括静电吸引、氢键、疏水相互作用、范德华力等[66]，两者的复合可以调节蛋白乳化能力。乳液凝胶类型主要以乳液颗粒型凝胶为主。

果胶属于酸性杂多糖，根据甲氧基化程度可分为高甲氧基果胶（high methoxyl pectin，HMP）和低甲氧基果胶（low methoxyl pectin，LMP）。果胶分子具有两亲性，且甲氧基的存在能增加果胶的乳化性。果胶也具有凝胶性，LMP可以与二价金属离子（Ca2+）形成“蛋盒”结构凝胶，HMP可以在pH≤3或高浓度的共溶质（如蔗糖质量分数≥65%）存在下凝胶[67]。先前研究表明，果胶分子包覆在蛋白质稳定的液滴表面以及之后果胶之间的交联都会增加乳液的稳定性[68-69]。在乳液凝胶体系中，果胶通常与疏水性较强的蛋白复合调节蛋白乳化能力和/或作为凝胶剂。研究主要集中在不同果胶来源、甲氧基化程度等对Pickering乳液凝胶体系稳定性的影响。玉米醇溶蛋白可以通过自组装形成胶体纳米颗粒，但是玉米醇溶蛋白的润湿性较差[70]，Soltani等[71]利用静电沉积技术在玉米醇溶蛋白表面覆盖一层甜菜果胶，使得乳化油滴之间的空间位阻和静电排斥力增强、连续相的黏度增加，进而提高了玉米醇溶蛋白Pickering乳液的贮存稳定性；随后在乳液中加入漆酶使果胶发生酶促交联，最后加入CaCl2进一步使果胶交联形成活性填充型乳液凝胶。Zhou Fuzhen等[72]使用果胶与玉米醇溶蛋白进行复合形成杂化颗粒，颗粒能够不可逆地吸附在油-水表面形成坚固有序的界面结构，果胶和玉米醇溶蛋白复合颗粒之间、乳化油滴之间以及乳化油滴和颗粒之间的相互作用能够显著稳定体系。另外，连续相中的果胶作为增稠剂能捕获液滴和稳定液滴，上述这些作用共同稳定了Pickering HIPEs结构，形成乳液颗粒型凝胶。从山楂果渣中提取的抗氧化果胶也能够通过氢键和静电相互作用与玉米醇溶蛋白形成复合纳米颗粒，用于稳定Pickering乳液[73]。通过进一步研究，Jiang Yang等[74]发现苹果果胶的多分散指数对果胶/玉米醇溶蛋白复合颗粒稳定的Pickering HIPEs（即乳液颗粒型凝胶）有着重要影响，结果表明苹果果胶属于HMP，而且多分散指数越低，所形成的体系越稳定，并且在油相体积分数为80%时，该现象更加明显。

除了果胶以外，壳聚糖基复合颗粒方面的研究也有很多。壳聚糖除可以单独形成颗粒作为乳化剂，还经常与蛋白质（如玉米醇溶蛋白、明胶、麦醇溶蛋白和分离乳清蛋白（whey protein isolat，WPI）等）复合形成复合颗粒稳定Pickering乳液凝胶。Wang Lijuan等[75]使用壳聚糖与玉米醇溶蛋白复合形成颗粒，进而制备出超稳定和无表面活性剂的Pickering乳液；然后将壳聚糖/玉米醇溶蛋白颗粒稳定的Pickering乳液冷冻干燥制备出了稳定的无表面活性剂的油凝胶；研究发现，玉米醇溶蛋白颗粒嵌入乳液液滴表面的壳聚糖网络中。Wang Xiaoyan等[76]利用壳聚糖和明胶形成的不溶性复合物颗粒，在油相体积分数为10%～40%时，可作为有效的pH值响应的Pickering乳液凝胶的乳化剂和稳定剂，结果发现，当5.0＜pH＜6.5时，壳聚糖和明胶会形成不溶性复合物颗粒，复合颗粒吸附在油-水界面，并通过颗粒-颗粒相互作用和乳液液滴之间的接触形成Pickering乳液凝胶网络结构。与可溶性复合物相比，不溶性复合颗粒在油-水界面形成的保护层更强，所制备的乳液液滴尺寸更小且Pickering乳液凝胶的长期贮存稳定性更好。Zeng Tao等[77]首次使用壳聚糖和麦醇溶蛋白在酸性条件下通过静电相互作用和氢键形成复合颗粒并成功制备了Pickering HIPEs，形成乳液颗粒型凝胶。Lü Peifeng等[78]通过高静水压处理WPI使其形成凝胶颗粒，随后采用静电吸附方法制备了WPI-壳聚糖复合颗粒，发现壳聚糖在WPI颗粒表面形成稳定的壳层并使复合颗粒的粒径增加，也改善了WPI颗粒的润湿性；而且该复合颗粒可以在油滴表面形成致密包裹层，进而导致油滴之间发生氢键交联相互作用，形成Pickering乳液凝胶。

此外，还有很多其他研究使用多糖-蛋白质复合颗粒制备Pickering乳液凝胶，如β-乳球蛋白-阿拉伯胶[79]、大豆分离蛋白-大豆多糖[80]、玉米醇溶蛋白-羧甲基糊精[81]等。

除了上述多糖-蛋白质复合颗粒所形成的乳液颗粒型凝胶外，也存在少数由多糖和蛋白质所形成的乳液填充型凝胶。崔竹梅等[82]首先制备大豆分离蛋白Pickering乳液，随后将该乳液和混合体系（大豆分离蛋白和结冷胶）按体积比1∶1混合均匀，最后加入NaCl和转谷氨酰胺酶使其凝胶化，结果表明大豆分离蛋白和结冷胶所形成的双网络结构显著提高了乳液凝胶的性能。朱秀清等[83]首先利用瓜尔豆胶和卡拉胶分别与大豆分离蛋白形成复合物制备成乳液，然后加入CaCl2诱导形成乳液凝胶，实验结果表明添加多糖后，乳液凝胶的硬度和持水能力明显提高。这是由于多糖的添加会改变大豆分离蛋白的二级结构，影响两者之间的结合。

3.2 多糖-多糖

为了增加所形成乳液凝胶的稳定性，多糖与多糖复合也是一种常用的改性方式。该方式的优点在于不需要严格地控制水相条件（如离子强度和pH值），这也将极大地增强多糖复合物形成的Pickering乳液凝胶性能。

壳聚糖是唯一的天然阳离子多糖，也是目前研究最多的与其他多糖复合的多糖。近年来，研究发现壳聚糖可与阴离子多糖（如果胶、海藻酸钠）复合形成聚电解质膜、聚电解质颗粒和聚电解质凝胶，用于稳定Pickering乳液凝胶。Tan Chen等[84]利用超声制备了以壳聚糖和果胶多糖为外壳的充油微球，再用高离心力场对这些微球进行浓缩并且排除多余的连续相，得到Pickering HIPEs（乳液颗粒型凝胶）[84-85]。在超声过程中，壳聚糖的—NH2和果胶的—COOH在微球界面处发生共价交联形成保护膜，防止了离心过程中油滴聚结。Yan Chi等[38]利用壳聚糖与阴离子OSA改性淀粉形成静电复合颗粒，并制备了Pickering HIPEs，形成乳液颗粒型凝胶。壳聚糖/OSA改性淀粉复合颗粒改善了单一组分在油-水界面的润湿性，并降低了界面张力。而且在酸性条件下，乳化油滴可桥接形成具有良好的离心稳定性和氧化稳定性的Pickering HIPEs。Lim等[86]以壳聚糖颗粒为乳化剂，海藻酸钙水凝胶珠为载体，建立了Pickering乳液凝胶体系。油-水界面上的壳聚糖颗粒和未吸附的壳聚糖颗粒都会与海藻酸盐基质发生静电相互作用，从而使水凝胶网络的强度增强，并使得该体系在高渗透压和离子浓度的情况下更加稳定。

此外，魔芋葡甘聚糖也兼具乳化剂和凝胶剂的作用。Yang Xi等[87]使用吐温-80和/或魔芋葡甘聚糖（konjac glucomannan，KGM）为乳化剂，利用黄原胶和魔芋葡甘聚糖协同凝胶化机理，制备了高黏弹性乳液填充型凝胶。对于KGM-黄原胶体系，首先KGM分子吸附在油滴表面形成乳液，接着乳液和黄原胶混合后，黄原胶与液滴表面以及连续相中的KGM形成凝胶，此时的乳化油滴充当活性填充成分。但是对于KGM-吐温-80-黄原胶体系来说，乳化油滴为非活性填充成分。这是由于吐温-80首先吸附到油-水界面并趋向于从油-水界面置换KGM分子以降低表面能。

3.3 多糖-小分子

多糖也可与小分子复合形成颗粒作为Pickering乳液凝胶的乳化剂。三聚磷酸盐是制备壳聚糖基颗粒时使用最广泛的离子交联剂，可用于包埋生物活性物质和稳定Pickering乳液[88]。由于清洁型标签食品属于国内外发展的主要趋势，多糖与天然小分子的复合越来越受到关注。有研究指出，酪蛋白磷酸肽（caseinophosphopeptides，CPPs）和壳聚糖通过静电相互作用所形成的纳米复合颗粒（壳聚糖-CPPs）可以用来作为递送系统封装生物活性物质[89]。Huang Xiaonan等[36]使用壳聚糖-CPPs作为颗粒乳化剂生产Pickering HIPEs，即乳液颗粒型凝胶，发现CS-CPPs的质量比会影响其表面电荷及润湿性，而水相中游离的壳聚糖能够形成网络结构，从而为乳液凝胶提供额外的抗凝聚稳定性；此Pickering HIPEs能够在胃肠道中保持稳定，可以作为疏水性物质的给药体系。

3.4 多糖-无机颗粒

也有相关的研究使用多糖修饰无机颗粒用来作为Pickering乳液凝胶的乳化剂。埃洛石纳米管（halloysite nanotubes，HNTs）具有独特的界面特性，其内表面和外表面带相反电荷（分别为正电荷和负电荷），在水中较易分散并具有一定的稳定性，其在稳定水包油体系方面非常有效[90]。Bertolino等已证明离子和非离子聚合物可能通过静电和空间机理改变HNTs在水中的稳定性[91]。Cavallaro等[31]用HNTs作为乳化剂，果胶或壳聚糖作为凝胶基质，制备Pickering乳液填充型凝胶，实验结果发现阴离子果胶会与HNTs内表面的正电荷中和，使HNTs净负电荷增加，使HNTs水分散体的胶体稳定性增强，导致所形成的果胶基Pickering乳液凝胶更加稳定均匀，黏度也较高；而阳离子壳聚糖与HNTs外表面的负电荷相互作用，导致净负电荷减少，加速了纳米黏土在水介质中的沉积，造成体系不稳定和不均匀。

4 Pickering乳液凝胶的应用

Pickering乳液凝胶独特的结构和功能特性使其在食品、药品、化妆等领域具有巨大的应用前景。近年来，Pickering乳液凝胶已在包埋和递送生物活性物质、作为固体脂肪替代品、抑制脂肪氧化等方面引起了人们广泛研究兴趣[92]。乳液凝胶的应用与凝胶基质、油相、界面组成以及凝胶硬度、黏度等因素都密切相关。

4.1 包埋和递送生物活性物质

通常亲脂性生物活性物质的分散性、化学稳定性以及生物利用度较差，可采用各种递送系统改善上述问题。常见的递送体系有微纳米乳液、微纳米颗粒、脂质体、乳液凝胶等[93]。其中，多糖基颗粒稳定的Pickering乳液凝胶不仅在食品安全和环保方面显示出优势，也能够高效包埋生物活性物质，显著提高生物活性物质在加工和贮存过程中的稳定性及生物利用度，控制生物活性物质在环境中的释放等[92]。Pickering乳液凝胶由于减少了油相的移动和体系内氧气的扩散，可提高生物活性物质的稳定性。与此同时，三维网络凝胶基质可灵活控制生物活性物质在不同外界环境下的释放。利用海藻酸钠的成胶性，将各种天然大分子颗粒稳定的Pickering乳液固定在海藻酸钠凝胶中，或者将海藻酸钠凝胶作为包裹层是目前研究较多的一类体系。Xiao Jie等[29]将高梁醇溶蛋白纳米颗粒稳定的Pickering乳液添加到海藻酸钠凝胶基质中，制成了乳液填充型凝胶，并用此体系包埋姜黄素；该乳液凝胶中凝胶基质的存在可以避免乳液液滴在极端环境下发生聚结，大大降低脂质相的释放，并且还有助于保持自身的完整性；虽然海藻酸钠凝胶基质的体积分数不会影响游离脂肪酸的最终释放效率，但是经模拟胃肠道消化后，游离的姜黄素会保留在海藻酸盐凝胶残留物上，使其生物利用率降低。Yan Huiqiong等[30]将BCNs稳定的Pickering乳液嵌入海藻酸钠水凝胶珠中用于包埋阿法骨化醇，发现油-水界面的BCNs可以有效地改善海藻酸钠和阿法骨化醇之间的相容性，提高阿法骨化醇包封效率，海藻酸钠水凝胶珠外壳使阿法骨化醇达到一个持续释放的效果，有助于提高药物的疗效和药物的利用[94]，该复合珠还具有低细胞毒性和良好的成骨细胞分化能力。

此外，不添加成胶物质，直接利用乳化油滴之间的相互作用形成乳液颗粒型凝胶也是研究较多的体系。Li Songnan等[41]使用OSA改性后的藜麦淀粉颗粒制备成乳液颗粒型凝胶，研究发现贮藏31 d后OSA藜麦淀粉颗粒稳定的Pickering乳液凝胶中叶黄素的保留指数可达55.38%，其半衰期由12 d（负载叶黄素的油相）延长至41 d。Lü Peifeng等[78]利用WPI/壳聚糖复合颗粒制备成乳液颗粒型凝胶，研究发现，高浓度的WPI/壳聚糖复合颗粒可以实现较高的油滴覆盖度，以防止番茄红素暴露于不利环境并且在贮存过程中能更好地保护番茄红素；另外，较高颗粒浓度也会增强Pickering乳液凝胶的结构，延缓包封物质的释放。

4.2 作为固体脂肪替代物

过量摄入饱和反式脂肪酸会对人体健康产生有害影响[95]，如对脂蛋白产生负面影响，增加心脏病和代谢疾病的发病率等[96]。因此，脂肪替代物越来越受到人们的青睐。脂肪替代物常用的方法有直接使用不饱和油脂代替固体脂肪、不饱和油脂乳液、油凝胶和乳液凝胶[92]。前两种方法可能会出现保水差、分层等质量问题，油凝胶绝大部分所使用的胶凝剂不属于食品添加剂的范围或者过于昂贵。最近，有学者使用Pickering乳液或乳液凝胶模板将不饱和液态油脂转化为固体脂肪作为脂肪替代物[77]，在焙烤食品、色拉调味料等显示出潜在的应用性。Pickering乳液凝胶具有良好的保水性、低毒、价廉等优势。Pickering乳液凝胶液态油分子的结构化首先利用Pickering稳定剂乳化油滴，随后通过外界处理（如冷冻干燥）或自身凝胶化形成三维网络结构，使得乳化液态油滴固定在其中，从而将液态油转化为固态。Wang Lijuan等[75]利用壳聚糖和玉米醇溶蛋白复合颗粒稳定液体油脂/水体系，然后简单地通过冷冻干燥将水除去，使液体油结构化成了固体状油凝胶，其中包埋油脂的稳定性也得到了提高。目前，Pickering乳液凝胶在替代脂肪上的研究主要是集中在对脂肪功能特性和组织结构的模拟。对于脂肪感官特性，如口感、风味等的模拟仍需进一步研究。

4.3 抑制脂肪氧化

不饱和油脂在一定条件下会发生氧化，产生氢过氧化物等，会引起食品中致癌和发炎物质的产生[97]。与空气隔绝、添加抗氧化剂等是常用的减缓油脂氧化的方法。寻求天然抗氧化剂或抗氧化方法是人们健康意识提高的一种必然需求。天然生物大分子根据本身特性、生物大分子在乳液凝胶中的位置和环境特点，可能产生抑制脂质氧化的活性。比如，蛋白质胶体颗粒会螯合金属离子或者清除自由基，多糖胶体颗粒可以在脂质液滴表面形成致密的界面层，阻止氧化剂接触油滴。多糖胶体颗粒稳定的Pickering乳液凝胶也可显著抑制脂肪氧化，这主要是由于多糖颗粒所形成的致密油-水界面层和/或连续相，能够有效抑制油相的移动和体系内氧气的扩散，抑制金属离子等助氧化剂和氧气分子与油相的接触。Yan Chi等[38]通过壳聚糖和OSA淀粉结合提高了复合颗粒在油滴表面的覆盖率，而且连续相中的壳聚糖充当胶凝剂提高了乳液黏度，进而防止乳化液滴聚集，还发现油-水界面处带正电荷的壳聚糖/OSA淀粉复合颗粒可以有效防止油相和助氧化剂接触，因而能够显著抑制脂质氧化[98]。Zeng Tao等[77]发现壳聚糖和麦醇溶蛋白杂化颗粒所制成的乳液凝胶限制了助氧化剂（如Fe2+）向油-水界面的扩散转移，并且带正电荷的乳化液滴和连续相中带正电氧化剂之间的静电排斥也延缓了脂质氧化，这一体系有可能作为磷酸盐的替代物。

4.4 其他应用

由于多糖材料无毒、生物相容性高和可降解等优势，加之Pickering乳液凝胶结构的优势，近年来，多糖基Pickering乳液凝胶在其他领域的应用也引起人们的关注，如新型材料的制备、清洁剂、抗菌膜等。

Pickering乳液凝胶由于出色的稳定性和加工性，可用于制造可模压材料和多孔材料。可模压材料是将Pickering乳液凝胶置于预先设计好的模具中或者通过3D打印的方式进行制备，多孔材料是将Pickering乳液凝胶的油相换成挥发性物质，然后除去挥发性油相而得到。作为可模压材料，Pickering乳液凝胶需要具有较高的储存模量，其中大小不一的乳液液滴会增加凝胶网络的强度，同时也需要保证油滴的完整性。作为多孔材料，Pickering乳液凝胶则需要剪切稀释和较强的抗应变能力。目前，Pickering HIPEs通常用来制备多孔材料，用于从环境中吸收和/或去除有害的化学物质[99]。Zhu Ya等[56]首次将ChNFs稳定的凝胶状Pickering HIPEs制成星型的3D物体，此凝胶还可以用于3D打印；此外，将油相换成环己烷后，再通过冷冻干燥可形成结构完整的多孔材料。

传统的乳液已被广泛运用于清洁和保护物质文化遗产，水包油乳液的优点在于能够实现可控式的清洁，极大地减少了有机溶剂的使用。但是，流动状乳液的渗透和散布等问题会对文物产生严重的损害。基于此，Cavallaro等将Pickering乳液凝胶应用到清洁艺术品当中来，研究发现基于果胶的凝胶相中的Pickering乳液凝胶适合清除大理石表面的蜡层，而且可以通过调整该Pickering乳液凝胶和大理石表面的接触时间，对清洁效果实现可控化[31]。

这些研究进一步拓宽了多糖基Pickering乳液凝胶的应用范围。随着人们对多糖基Pickering乳液凝胶认识的加深，其应用范围还在不断地被挖掘。

5 结 语

乳液凝胶作为一种食品结构体系，相对于纯乳液和凝胶，其具备环境稳定性高、结构调节灵活性高、负载和控释生物活性物质等优势，在食品、药品等领域有很广泛的应用前景。多糖基颗粒稳定的Pickering乳液凝胶是指将多糖基颗粒稳定的Pickering乳液嵌入到另一种聚合物凝胶网络中形成乳液填充型凝胶，或多糖基颗粒稳定的Pickering乳液液滴聚集、相互作用形成乳液颗粒型凝胶。相比于传统小分子表面活性剂稳定的乳液凝胶，多糖基颗粒稳定的Pickering乳液凝胶不仅具备上述提到的乳液凝胶的功能特性，还具有安全性高、环境污染小、稳定剂使用量少等优点。然而，多糖基颗粒稳定的Pickering乳液凝胶发展还存在很大空间，有许多问题尚待解决。如聚电解质自身、多糖-蛋白和多糖-多糖等形成的复合颗粒结构对水相pH值和离子强度十分敏感，会影响他们的乳化能力。如何提高颗粒环境稳定性有待研究。现阶段，乳液凝胶的研究主要集中在活性物质包埋和释放方面，在脂肪替代物、包埋食品风味物质等其他方面的应用还需拓展和深入。在已有的应用中，制备成本和繁琐程度的控制、固体脂肪替代物的感官特性评价以及对负载物质的控释等问题需要亟待突破和解决。