淀粉基Pickering乳状液的稳定性及应用研究进展_宋晓燕.pdf

第 57 卷第 1 期河 南 农 业 大 学 学 报Vol 57No 12023 年2 月Journal of Henan Agricultural UniversityFeb2023收稿日期:20220412基金项目:国家自然科学基金项目(31671815，31201420)作者简介:宋晓燕(1976)，女，河南洛阳人，教授，博士，博士生导师，主要从事农产品精深加工方面研究。引用:宋晓燕，翟玉歌，张剑，等 淀粉基 Pickering 乳状液的稳定性及应用研究进展 J 河南农业大学学报，2023，57(1):2128 DOI:10 16445/j cnki 10002340 20221212 001淀粉基 Pickering 乳状液的稳定性及应用研究进展宋晓燕，翟玉歌，张剑，林顺顺，狄欣(河南农业大学食品科学技术学院，河南 郑州 450002)摘要:基于淀粉基颗粒乳化剂具有安全可食、来源广且价格低等优点，综述了以淀粉微粒为颗粒乳化剂稳定的Pickering 乳状液的制备及界面稳定机制的研究进展，分析了淀粉基 Pickering 乳状液中脂质氧化稳定性及其影响因素，展望了其在食品、医药和化妆品等行业的应用前景，并对相关存在的问题进行了分析，以期进一步促进相关基础理论的发展，并拓展乳状液的应用范围。关键词:淀粉;微粒;Pickering 乳状液;稳定性;脂质氧化中图分类号:TS231文献标志码:A文章编号:10002340(2023)01002108esearch progress on stability and applications ofstarch-based Pickering emulsionsSONG Xiaoyan，ZHAI Yuge，ZHANG Jian，LIN Shunshun，DI Xin(College of Food Science and Technology，Henan Agricultural University，Zhengzhou 450002，China)Abstract:Based on the advantages of starch particle emulsifiers such as safety，edibility，abundanceand low price，this paper comprehensively reviewed the research progress of preparation and interfacialstabilization mechanism of Pickering emulsions stabilized by starch particles as granular emulsifier inrecent years，and analyzed the lipid oxidative stability in Pickering emulsions and its influencing fac-tors This paper also prospected the application of Pickering emulsions stabilized by starch particles inthe food，medicine，cosmetics，and other industries The existing problems for Pickering emulsions werediscussed These research results will promote the development of the basic theory of starch-based Pick-ering emulsions and expand the application scope of emulsionsKey words:starch;particle;Pickering emulsion;stability;lipid oxidation乳状液是由一种液体(称为内相或分散相)以液滴的形式分散在与其不相混溶的另一种液体(称为外相或连续相)中而形成的分散体系1。依据分散相和连续相的性质，乳状液被分为以下 3种:一是水包油(O/W)型，即油被分散于水相中所形成的乳状液;二是油包水(W/O)型，即水被分散于油相中所形成的乳状液;三是更复杂的多重乳状液，如 O/W/O 或 W/O/W 型。乳状液是热力学不稳定的体系，为改善乳状液的长期稳定性，通常需要加入乳化剂2。传统乳化剂主要包括聚合物、表面活性剂等，使用其稳定的乳状液的研究已经非常成熟。固体颗粒乳化剂作为一种新型乳化剂，近些年一直备受关注，使用其稳定的乳状液被称为Pickering 乳状液36。Pickering 乳状液具有下列优点:一是固体颗粒减少了聚结的可能性，使得乳状液稳定性更高7;二是与传统乳化剂相比，大大降低了用量，节约了成本;三是大部分食品级固体颗粒毒性甚微，在人体内有更高的安全性;四是对22河南农业大学学报第 57 卷环境友好。此外，Pickering 乳状液可以提高乳状液中脂质氧化的稳定性89。用于稳定 Pickering乳状液的乳化剂多为纳米或微米级的固体颗粒10，当水油两相都被部分润湿时(即双重润湿性)，这些固体颗粒才能被吸附于油水界面上。常见的固体颗粒乳化剂包括二氧化硅、黏土和碳酸钙等无机颗粒1112 及多糖、蛋白质和脂质等食品级颗粒1318。其中，淀粉因为安全可食、来源广、价格低且受加工环境影响小等优点而备受关注，成为研究的热点19。制备固体颗粒稳定的 Pickering 乳状液常用的方法是机械分散法，即将固体颗粒溶解分散到一种液体中，再加入另一种液体，使用高速振荡器、高压均质机或超声波乳化器对其进行高速搅拌，降低分散相的粒径。乳化过程由 2 部分组成。首先在激烈振荡或搅拌下，这 2 种互不相溶的液相混合，逐渐成为细小的液滴;然后在乳化的下一阶段，固体颗粒快速吸附在液滴的周围并且形成稳定的界面膜，阻挡液滴间的聚集。液滴的分散与聚结之间的平衡关系决定了乳状液的液滴大小，进而影响最终产品的稳定性、外观和风味等。因此，淀粉微粒作为一种安全可食的颗粒乳化剂，其在油/水界面的分布，对制备稳定的 Pickering 乳状液起着重要的作用。近年来，国内外学者对淀粉基 Pickering 乳状液的稳定性进行了研究。YUSOFF 等20 通过对蜡质玉米淀粉、木薯淀粉等进行辛烯基琥珀酸酐(oc-tenylsuccinic anhydride，OSA)疏水化改性，并用改性后的淀粉颗粒作为乳化剂来稳定十四烷/水乳状液，发现该乳状液在放置数月后仍保持稳定状态。KAGA 等8 研究糯玉米淀粉颗粒经 OSA 改性后稳定葵花籽油 O/W 型乳状液发现，淀粉颗粒不仅能够稳定乳状液，而且还提高了乳状液中葵花籽油的氧化稳定性。TIMGEN 等21 对稻米、藜麦及蜡质大麦淀粉等进行 OSA 疏水化修饰，试验结果表明整体乳化稳定性最好的是颗粒最小的藜麦改性淀粉。由此可见，固体颗粒的粒径大小与乳状液液滴的大小密切相关，进而影响淀粉基 Pickering 乳状液的稳定性。DOMIAN 等22 研究了油含量、OSA 淀粉含量和均质压强对添加海藻糖的 O/W型乳状液的流变学特性、液滴粒径分布和稳定性的影响，结果表明 OSA 淀粉可以作为 O/W 型乳状液的乳化剂和稳定剂。SONG 等23 用 OSA 改性的大米淀粉与小分子乳化剂复配使用，通过用乳膏体积、液滴尺寸分布、微观结构、过氧化值和酸值等对乳状液的物理稳定性和氧化稳定性进行表征，发现淀粉微粒与阴离子表面活性剂复配使用时，不仅提高了乳状液的物理稳定性，还能减缓乳状液的氧化速率。探寻具有良好润湿性的天然原料作为颗粒乳化剂是未来的重要发展方向。因此，本文从淀粉基 Pickering 乳状液界面稳定机制的研究进展、油脂氧化稳定性及淀粉基 Pickering 乳状液的应用 3个方面进行论述。1淀粉基 Pickering 乳状液界面稳定机制的研究进展良好的稳定性是淀粉基 Pickering 乳状液发挥应用价值的基础。其中，淀粉基 Pickering 乳状液形成和稳定的主要影响因素是固体颗粒乳化剂的湿润性，其他因素还包括油的性质、颗粒乳化剂的浓度、油相体积分数和制造过程中的添加 顺序2427。GE 等28 研究了不同粒径(100、100 220、220 nm)的淀粉纳米微粒稳定 Pickering 乳状液的能力，结果表明中等粒径(100220 nm)的甘薯粉、木薯粉和玉米淀粉颗粒具有接近中性的润湿性(三相接触角 90)，可以增强其在油/水界面的吸附能力，使稳定乳状液的效果最佳。SHAO 等29 研究了不同浓度芋头淀粉对乳状液稳定性的影响，发现所有乳状液液滴的尺寸在储存过程中均呈增加趋势，且淀粉浓度越高，液滴尺寸越小。这是因为低浓度的淀粉微粒形成的界面膜不够致密，不足以抵抗乳状液液滴的聚结。随着浓度的增加，淀粉携带的电荷增加，抵抗液滴聚集的静电斥力逐渐增强，乳液稳定性也增加。固体颗粒表面的电荷可能影响其表面活性和油/水界面的润湿性，从而影响淀粉基 Pickering 乳状液的稳定性。目前，关于淀粉基 Pickering 乳状液的研究很多，但其稳定机制仍不明确，主要分为 2 种理论。一种是机械阻隔理论。研究者认为在淀粉基 Pic-kering 乳状液中液滴的表面紧密分布着固体颗粒乳化剂，其在分散相和连续相界面形成致密的界面膜，从而阻挡了液滴间相互碰撞;此外，固体颗粒排布在液滴表面，增强了液滴间的静电斥力，故淀粉基 Pickering 乳状液能保持稳定30。如图 1 所示。随着淀粉微粒含量的增加，油滴周围形成了致密的物理屏障以阻挡油滴聚集，因此乳状液更加稳定。该理论是当前被普遍接受的淀粉基 Pickering 乳状液稳定机制。另外一种是三维黏弹网络理论。LAGALY 等31 在研究用蒙脱石和膨润土制备 O/W 型乳状液时提出了该理论，即在 Pickering 乳状第 1 期宋晓燕，等:淀粉基 Pickering 乳状液的稳定性及应用研究进展23液中，微粒之间发生相互作用并形成三维网络状结构，导致乳状液的黏度变大，进而使得乳状液液滴的移动速率减小，故 Pickering 乳状液能保持稳定。注:a 为不同淀粉微粒含量的 Pickering 乳状液;b 为油/水型乳状液示意图;c 为不同淀粉微粒含量的 Pickering 乳状液的激光共聚焦显微镜图。Note:a means Pickering emulsions with different starch particles concentrations;b means schematic diagram of O/W emulsion;c means CLSM images of the Pickering emulsions with different starch particles concentrations图 1淀粉微粒稳定的 Pickering 乳状液Fig 1Pickering emulsions stabilized by starch particles2淀粉基 Pickering 乳状液中脂质氧化稳定性的研究进展淀粉基 Pickering 乳状液广泛用于食品、生物医药行业。目前，淀粉基 Pickering 乳状液作为药物释放的载体而备受关注，主要用于保护和输送生物活性化合物、维生素、调味剂和抗菌化合物等，能够避免化合物中的有效成分受氧化影响而失去功能。特别是乳状液中脂质的氧化反应，可导致食品感官和营养品质下降，产生令人不愉快的风味(即酸败)和潜在的有毒化合物3233。因此，研究乳状液中脂质氧化的机制和影响因素，从而有针对性地抑制脂质氧化对食品行业具有重大意义。乳状液中脂质氧化的机制不同于纯油体系，尤其是 O/W 型乳状液，该乳状液的水相中既包含促氧化剂又包含抗氧化剂，并且油/水界面