南京财经大学考研(南京财经大学考研招生网)
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近几年来，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。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研究热门趋势。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。
因此，南京财经大学食品科学与工程学院的汤 洋、高成成*等人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，以期望为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的形成
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缓释和保护活性成分。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。
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。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）。
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三维网络结构（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，图3），或者含有较高的油相体积分数（如高内相Pickering乳液，图4）也可能形成乳液颗粒型凝胶。
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）。其中聚合物颗粒同时充当乳化剂和胶凝剂。凝胶颗粒之间的相互作用的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。
文献表明，部分高内相Pickering乳液（high internal-phase Pickering emulsions，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的乳液颗粒型凝胶。与普通乳液不同，Pickering HIPEs的分散相（一般为油相）的最小体积分数超过74%。当油相体积分数继续增高时，乳化液滴可能发生挤压变形，由球形变成多边形（图4）。
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，另一重点是采用各种方法提升Pickering颗粒稳定剂的界面活性及与其功能特性进行关联。
2、单一多糖基颗粒稳定的Pickering乳液凝胶
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。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。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。
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。纤维素颗粒也是出色的Pickering乳液的乳化稳定剂。常见的纤维素颗粒包括纤维素纳米晶体（CNCs）、纤维素纳米纤维（CNFs）、再生纤维素（RC）等。这些纤维素颗粒表现出不同的乳化能力。
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。甲壳素经过酸水解后可得到棒状甲壳素纳米晶体（ChNCs）。随着ChNCs颗粒浓度、离子强度、pH和温度的增加，ChNCs分散液会呈现出向列型凝胶状的行为。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。先前报道指出，ChNCs可用于稳定Pickering乳液。近年来研究表明，ChNCs单独也可以制备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。
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。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、离子强度和热处理），增强乳液凝胶体系的稳定性。多糖基复合胶体颗粒组合大致包括多糖-蛋白、多糖-多糖、多糖-小分子以及多糖-无机复合颗粒等。
研究较多的是多糖和蛋白质复合颗粒，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，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。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），这也将极大地增强多糖复合物作为Pickering乳液凝胶界面稳定剂和/或胶凝剂的性能。
4、应 用
Pickering乳液凝胶独特的结构和功能特性使在食品、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。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。这部分特别综述了多糖基Pickering乳液凝胶的在各个领域的研究进展及其结构对功能性的影响。
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。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，也能够高效的包埋生物活性物质，显著提高生物活性物质在加工和储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。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。
作为固体脂肪替代物
众所周知，过量摄入饱和和反式脂肪酸都会对人体健康产生有害影响，如对脂蛋白谱产生负面影响，增加心脏病和代谢疾病的发病率等。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。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，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。
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。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方法是人们的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、所在位置和环境特点，会出现抑制脂质氧化的可能。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的油水界面层和/或连续相，能够有效地减少了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。
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。
结论
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，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。
第一作者
【汤洋 硕士研究生】
南京财经大学
南京财经大学食品科学与工程学院2019级研究生，以第一作者发表SCI论文一篇。
通信作者
【高成成 副教授】
南京财经大学
高成成，女，博士，南京财经大学食品科学与工程学院副教授，主要研究粮油食品和农业废弃物的综合利用，主要包括生物基可降解薄膜、活性包装、乳化剂、水凝胶等的研究与开发。
本文《多糖基颗粒稳定的Pickering乳液凝胶研究进展》来源于《食品科学》2022年43卷3期341-351页，作者：汤洋，高成成，张岩，汤晓智。DOI:10.7506/spkx1002-6630-20201030-316。点击下方阅读原文即可查看文章相关信息。
修改：南京财经大学食品科学与工程学院汤洋；编辑：袁艺；责任编辑：张睿梅
图片及作者简介由作者提供。
为进一步促进动物源食品科学的发展，带动产业的技术创新，更好的保障人类身体健康和提高生活品质，北京食品科学研究院和中国食品杂志社在宁波和西宁成功召开前两届“动物源食品科学与人类健康国际研讨会”的基础上，将与郑州轻工业大学、河南农业大学、河南工业大学、河南科技学院、许昌学院于2022年5月7-8日在河南郑州共同举办“2022年动物源食品科学与人类健康国际研讨会”。欢迎相关专家、学者、企业家参加此次国际研讨会。
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