殼聚糖基Pickering乳液及其在食品中的應(yīng)用

錢曉晴，王立敏,*，張 文，雷丹丹，張新平，張貴君，何 擴，吳子健,*

（1.天津商業(yè)大學(xué)生物技術(shù)與食品科學(xué)學(xué)院，天津市食品生物技術(shù)重點實驗室，天津 300134；2.河北北方學(xué)院農(nóng)林科技學(xué)院，河北 張家口 075000）

Pickering乳液是由膠體顆粒介入形成的熱力學(xué)穩(wěn)定的乳液體系，膠體顆粒吸附在油-水界面形成不可逆的物理屏障，可以有效地阻止界面間的相互作用和液滴的接觸，防止重力分離、絮凝、顆粒聚結(jié)、奧氏熟化和相分離等對Pickering乳液不利的熱力學(xué)不穩(wěn)定現(xiàn)象發(fā)生[1-4]。天然大分子食源性蛋白、多糖以及食品級的膠體顆粒，如淀粉[5-7]、蛋白質(zhì)[8-9]、纖維素[10-11]、脂質(zhì)[12]等，具有成本低、無毒性以及更加安全等特性，可用于穩(wěn)定Pickering乳液。

殼聚糖是由D-葡萄糖胺（脫乙酰單元）和N-乙酰-D-葡萄糖胺（乙酰基單元）兩種單體彼此交錯組成的天然陽離子線性多糖[13]，化學(xué)結(jié)構(gòu)如圖1A所示，具有生物可降解性、生物相容性、抗菌性、抗氧化性和愈合傷口等性質(zhì)和功效[14-15]，已被廣泛用于食品、生物醫(yī)學(xué)、制藥等領(lǐng)域。同時殼聚糖還可作為乳化劑用于穩(wěn)定Pickering乳液[16-18]，如圖1B所示，在酸性環(huán)境中，氨基（—NH2）質(zhì)子化形成NH3＋使殼聚糖帶正電，而當(dāng)pH值高于殼聚糖的解離常數(shù)（pKa＝6.5）時，分子中的氨基發(fā)生脫質(zhì)子化并誘導(dǎo)自組裝行為。其中，殼聚糖的濃度與分子質(zhì)量是影響其自組裝乳液性能的重要因素，研究發(fā)現(xiàn)，通過化學(xué)水解、酶解、超聲等方法對殼聚糖分子進行解聚降低其分子質(zhì)量或增加殼聚糖濃度可調(diào)節(jié)其穩(wěn)定Pickering乳液的能力，提高自組裝乳液的穩(wěn)定性[19]。然而，殼聚糖游離氨基的質(zhì)子化導(dǎo)致其親水性較高，表現(xiàn)出較低的表面活性，因此不是一種良好的乳化劑；同時殼聚糖自組裝乳液易受外部條件（如pH值、離子強度、溫度等）的影響，這些因素極大限制了其在食品中的應(yīng)用。

圖1 殼聚糖的化學(xué)結(jié)構(gòu)（A）及其自組裝顆粒穩(wěn)定Pickering乳液示意圖（B）Fig. 1 Chemical structure of chitosan (A) and schematic diagram of self-assembled particle stabilized Pickering emulsion (B)

殼聚糖與其他分子（如蛋白、多酚、多糖以及脂肪酸）通過共價結(jié)合或非共價復(fù)合的方式，形成二元甚至三元的復(fù)合顆粒，可顯著提高其穩(wěn)定Pickering乳液的能力或賦予乳液新的功能特性（如抗氧化、抗菌特性等）。另一方面，殼聚糖基的膠體顆粒也常用于環(huán)境敏感性的Pickering乳液，由于氨基的質(zhì)子化/脫質(zhì)子化，溶液中的離子隨著體系pH值變化進而影響殼聚糖的自聚集狀態(tài)或凝膠化行為，因而表現(xiàn)出對pH值的響應(yīng)特性；此外，殼聚糖通過復(fù)合或接枝溫度敏感性的分子（如N-異丙基丙烯酰胺等），還可形成對溫度的響應(yīng)[20]。目前，殼聚糖基膠體顆粒穩(wěn)定Pickering乳液的制備表征方法及其應(yīng)用已有較多報道[21-24]，多糖顆粒穩(wěn)定的Pickering乳液如纖維素[25]、改性淀粉[26]等也有詳細介紹，而對以殼聚糖為基礎(chǔ)的二元/三元復(fù)合膠體顆粒及其環(huán)境響應(yīng)型Pickering乳液中應(yīng)用的總結(jié)與歸納較為缺乏。本文歸納利用殼聚糖基復(fù)合顆粒制備和穩(wěn)定Pickering乳液的最新研究進展，主要綜述殼聚糖與幾種生物化合物結(jié)合形成的二元/三元復(fù)合顆粒及其穩(wěn)定的Pickering乳液，并對乳液類型以及環(huán)境響應(yīng)型的殼聚糖基Pickering乳液進行總結(jié)，最后重點闡述殼聚糖基Pickering在食品領(lǐng)域中的應(yīng)用現(xiàn)狀與未來的發(fā)展前景，以期為開發(fā)穩(wěn)定的殼聚糖基Pickering乳液及其在食品工業(yè)中的進一步應(yīng)用提供理論依據(jù)。

1 殼聚糖基Pickering乳液基本特征

殼聚糖及其復(fù)合顆粒穩(wěn)定Pickering乳液，不僅通過顆粒在油-水界面建立屏障，還依賴液滴之間存在的空間斥力與靜電相互作用，乳液的穩(wěn)定性與pH值、顆粒濃度、顆粒大小和形態(tài)、潤濕性等相關(guān)聯(lián)。其中顆粒的潤濕性能是決定Pickering乳液的類型的重要因素[27]，可通過測定殼聚糖基復(fù)合顆粒在油-水界面的接觸角（θ）來評價其潤濕性，反映顆粒的親疏水性[28]，如圖2A所示，θ＜90°時，說明該顆粒是親水的，穩(wěn)定的Pickering乳液為水包油（O/W）型；θ＞90°時，顆粒是疏水的，更容易形成油包水（W/O）型Pickering乳液；當(dāng)θ逐漸接近90°時，顆粒具有兩親性，Pickering乳液更加穩(wěn)定。

圖2 油-水界面的接觸角大小決定固體顆粒潤濕性的示意圖（A）；殼聚糖、大麥醇溶蛋白及其復(fù)合顆粒的接觸角[30]（B）；殼聚糖-乙基纖維素油包水型Pickering乳液的制備[32]（C）Fig. 2 Schematic diagram of the wettability of solid particles determined by the contact angle of the oil-water interface (A), contact angle of chitosan, hordein and their complex particles (B), and preparation of chitosan-ethyl cellulose water-in-oil Pickering emulsion (C)

目前，以殼聚糖基膠體顆粒穩(wěn)定的Pickering乳液研究較多的是O/W型，Zhang Ni等[29]發(fā)現(xiàn)殼聚糖和阿拉伯膠通過靜電相互作用形成復(fù)合物，阿拉伯膠的介入增大了復(fù)合物的三相接觸角，相應(yīng)的膠體顆粒的潤濕性得到了提高，油相成分（菜籽油）穩(wěn)定地分散于水相中，形成穩(wěn)定的O/W型Pickering乳液。除靜電相互作用外，Li Feifei等[30]研究發(fā)現(xiàn)大麥醇溶蛋白通過氫鍵以及疏水相互作用與殼聚糖復(fù)合，并能夠調(diào)節(jié)殼聚糖的疏水性，當(dāng)殼聚糖與大麥醇溶蛋白質(zhì)量比為1∶2時，殼聚糖-大麥醇溶蛋白復(fù)合物的油-水界面接觸角（θ）約為（89.3±1.0）°（圖2B），表明該復(fù)合顆?？捎糜谥苽浞€(wěn)定的O/W型Pickering乳液。此外，殼聚糖基膠體顆粒也可以穩(wěn)定W/O型的Pickering乳液，穩(wěn)定的W/O型Pickering乳液常用于水溶性活性物質(zhì)的遞送和用作生物催化反應(yīng)的載體等。Wang Chenglei等[31]發(fā)現(xiàn)殼聚糖可通過靜電相互作用吸附于植物甾醇，形成殼聚糖-植物甾醇復(fù)合顆粒，有效降低植物甾醇在油-水間的界面張力，形成一定空間位阻防止液滴之間的接觸，從而形成W/O型Pickering乳液，該W/O型Pickering乳液可作為載體包埋表沒食子兒茶素沒食子酸酯，在低溫或常溫下均具有長期保持穩(wěn)定的性能，避免了所包埋的活性物質(zhì)受到溫度和pH值變化的影響。Yu Xinhao等[32]使用殼聚糖和乙基纖維素制備了W/O型Pickering乳液（圖2C），以該乳液體系封裝后的脂肪酶活力比游離脂肪酶的活力提高了6.3 倍；并且在保持較高酶活力情況下脂肪酶可重復(fù)利用15 次以上，為生物催化反應(yīng)構(gòu)建了一個可循環(huán)利用的平臺。

2 殼聚糖基二元/三元復(fù)合顆粒穩(wěn)定的Pickering乳液

殼聚糖在脫乙酰過程中可以產(chǎn)生親水氨基而具有高親水特性，因此，其作為乳化劑穩(wěn)定乳液體系的效率低，乳液易發(fā)生油-水分離、絮凝、奧氏熟化等現(xiàn)象[33]。為解決這一問題，研究者對殼聚糖進行疏水改性，通過發(fā)生靜電相互作用、分子間氫鍵、疏水相互作用等分子間相互作用制備殼聚糖基二元/三元復(fù)合顆粒，旨在提高殼聚糖穩(wěn)定Pickering乳液的能力，目前殼聚糖基二元/三元復(fù)合顆粒及對應(yīng)Pickering乳液的應(yīng)用匯總?cè)绫?所示。

表1 殼聚糖基二元/三元復(fù)合顆粒及對應(yīng)Pickering乳液的應(yīng)用Table 1 Application of chitosan-based binary/ternary composite particles and Pickering emulsions stabilized by them

2.1 殼聚糖-蛋白質(zhì)穩(wěn)定的Pickering乳液體系

殼聚糖-蛋白質(zhì)可通過共價交聯(lián)和靜電絡(luò)合作用結(jié)合，一方面可改善殼聚糖的乳化性能，同時也可以改善單一蛋白作為Pickering乳液穩(wěn)定劑的局限性，進而提高其穩(wěn)定Pickering乳液的能力，其中通過氨基酸側(cè)鏈上的游離氨基和分子還原端羰基之間的羰氨反應(yīng)（美拉德反應(yīng)）是制備殼聚糖與蛋白復(fù)合顆粒的常用方法[47-48]。動物蛋白與植物蛋白均可用于穩(wěn)定Pickering乳液，其中動物蛋白主要來源于牛奶蛋白（酪蛋白、乳清蛋白等）和雞蛋蛋白（蛋清蛋白、蛋黃蛋白等），而植物蛋白大多來源于豆類（豌豆、大豆等）和谷類（大米、玉米等）[49]。任爽等[50]通過超高壓誘導(dǎo)美拉德反應(yīng)制備了殼聚糖-β-乳球蛋白共價復(fù)合物，在超高壓的輔助作用下，液滴尺寸降低、表面電荷增加，從而提高了Pickering乳液的穩(wěn)定性。此外，Zhu Qiaomei等[51]評估了使用酸溶性膠原蛋白作為穩(wěn)定劑制備O/W Pickering乳液的可行性，發(fā)現(xiàn)隨著酸溶膠原蛋白濃度的增加，Pickering乳液的穩(wěn)定性增強；較小尺寸的顆粒及形成的凝膠狀結(jié)構(gòu)使酸溶性膠原蛋白可有效吸附于油-水界面，進而達到穩(wěn)定乳液的作用；且具有優(yōu)越力學(xué)性能的該乳液可制備成黏彈性乳化劑，用于生產(chǎn)低脂產(chǎn)品比如面包和巧克力。未來，殼聚糖-酸溶性膠原蛋白穩(wěn)定Pickering乳液的潛力及應(yīng)用前景值得深入探究。

植物蛋白由于具有高營養(yǎng)、低價格、低致敏等特性，在Pickering乳液中應(yīng)用廣泛。一般來說殼聚糖與蛋白質(zhì)結(jié)合形成的復(fù)合顆粒，其乳化性能受到顆粒濃度、殼聚糖與蛋白質(zhì)質(zhì)量比、油相含量等條件的影響；因此，可通過改變這些參數(shù)來調(diào)控復(fù)合顆粒的表面電荷與潤濕性能，進而改善Pickering乳液的穩(wěn)定性[52-53]。Ji Yuan等[34]發(fā)現(xiàn)顆粒濃度的增加使殼聚糖-豌豆分離蛋白復(fù)合物吸附在油-水界面趨于飽和，能夠覆蓋更大的界面面積，限制了液滴的聚結(jié)從而增強了復(fù)合顆粒乳化的Pickering乳液穩(wěn)定性，且以該納米復(fù)合顆粒穩(wěn)定的Pickering乳液在貯存20 d后仍保持穩(wěn)定（圖3A）。類似地，Ran Ruimin等[54]發(fā)現(xiàn)殼聚糖與大豆分離蛋白的質(zhì)量比降低時，乳液粒徑與Zeta電位均下降（圖3B），液滴之間的空間位阻增加，抑制了聚集和沉淀，使乳液表現(xiàn)出增強的熱穩(wěn)定性、紫外線阻隔性能和耐水性。植物醇溶蛋白具有高疏水性，因此常采用反溶劑沉淀法將其制備成納米復(fù)合顆粒[55]。如Shah等[56]以反溶劑沉淀法制備了殼聚糖-玉米醇溶蛋白復(fù)合顆粒（圖3C），探究了兩種物質(zhì)的質(zhì)量比與含油量對Pickering乳液穩(wěn)定性的影響，發(fā)現(xiàn)降低質(zhì)量比或增加含油量后，乳液在長期貯存過程中的液滴尺寸沒有顯著差異，具有良好的穩(wěn)定性，因此該Pickering乳液體系可作為一種良好的遞送載體用于功能食品中。

圖3 不同顆粒濃度的Pickering乳液外觀[34]（A）；不同質(zhì)量比的殼聚糖-大豆分離蛋白Zeta電位與粒徑[54]（B）；殼聚糖-玉米蛋白Pickering乳液的制備[56]（C）Fig. 3 Appearance of Pickering emulsions with different particle concentrations (A), zeta potential and particle size of chitosan-soybean protein isolate mixture at different mass ratios[54] (B), and preparation of chitosan-zein Pickering emulsion[56] (C)

2.2 殼聚糖-多糖穩(wěn)定的Pickering乳液體系

殼聚糖與多糖復(fù)合顆粒主要是由攜帶相反電荷的分子之間通過靜電相互作用形成的[2]，目前使用較多的陰離子多糖有改性淀粉、阿拉伯膠、海藻酸鹽等。在穩(wěn)定Pickering乳液方面，殼聚糖與多糖的結(jié)合常常會影響顆粒的潤濕性、表面電荷和顆粒形態(tài)的變化。姜成辰等[57]發(fā)現(xiàn)辛烯基琥珀酸（octenyl succinic anhydride，OSA）淀粉的取代度會影響其與殼聚糖-OSA淀粉復(fù)合顆粒的潤濕性，取代度越高的OSA淀粉顆粒對殼聚糖的疏水改性作用越強，適度的潤濕性使顆粒吸附在油-水界面形成致密的界面膜，而顆粒表面的凈電荷通過產(chǎn)生強烈的空間排斥力也可以很好地保護油滴不發(fā)生接觸，使Pickering乳液具有較高的理化穩(wěn)定性。

阿拉伯膠因良好的乳化性能在食品工業(yè)中應(yīng)用較為廣泛，其自身攜帶的負電荷能夠通過靜電相互作用與殼聚糖結(jié)合形成聚電解質(zhì)，共同穩(wěn)定Pickering乳液。Han Jing等[39]使用阿拉伯膠對殼聚糖進行疏水改性來提高其穩(wěn)定Pickering乳液的能力，發(fā)現(xiàn)在兩者結(jié)合后，顆粒形態(tài)由單獨殼聚糖的片狀轉(zhuǎn)變?yōu)楸砻娲植诘牟灰?guī)則橢圓形，有利于顆粒在界面的堆積與吸附，從而提高了乳液的穩(wěn)定性，具體表現(xiàn)為在不同pH值與NaCl濃度下，殼聚糖與阿拉伯膠復(fù)合顆粒比單獨殼聚糖制備的Pickering乳液具有更高的貯存穩(wěn)定性。Zhang Ni等[29]研究發(fā)現(xiàn)殼聚糖與阿拉伯膠復(fù)合顆粒的表面活性可通過兩者質(zhì)量比、離子強度和溶液酸堿性進行調(diào)控，結(jié)果顯示殼聚糖與阿拉伯膠的質(zhì)量比降低可使復(fù)合顆粒的產(chǎn)率與界面活性提高，且當(dāng)兩者質(zhì)量比為1∶5、溶液pH值為5.0時制備的乳液有較小的液滴尺寸和較低的界面活性，乳液穩(wěn)定性最高。海藻酸鈉是一種天然多糖，常被作為食品增稠劑和乳化劑，其可與殼聚糖結(jié)合共同穩(wěn)定Pickering乳液。Tang Yan等[40]研究發(fā)現(xiàn)海藻酸鈉的引入可以通過靜電斥力提高殼聚糖穩(wěn)定Pickering乳液的物理穩(wěn)定性，液滴表面的電荷由正電荷變?yōu)樨撾姾桑旱伍g產(chǎn)生強烈的空間排斥而變得穩(wěn)定，可以抵抗不同的環(huán)境脅迫（如pH值、熱和離子強度）。

2.3 殼聚糖-多酚穩(wěn)定的Pickering乳液體系

酚類化合物作為植物次生代謝產(chǎn)物，具有抗氧化性[58]、抗糖基化活性[59]、抗炎活性[60]和抗菌活性[61]等。研究表明飲食中適量攝入酚類化合物可降低患慢性疾病的風(fēng)險。此外，酚類化合物中的羥基基團可通過氫鍵作用與殼聚糖交聯(lián)形成復(fù)合物，可用于穩(wěn)定Pickering乳液。

Meng Weihao等[42]采取逐層靜電沉積的方法將巨藻多酚與殼聚糖結(jié)合，結(jié)果發(fā)現(xiàn)殼聚糖濃度、殼聚糖-多酚質(zhì)量比、油相添加量、pH值和NaCl濃度均與殼聚糖-巨藻多酚穩(wěn)定的Pickering乳液的穩(wěn)定性相關(guān)，當(dāng)殼聚糖質(zhì)量分數(shù)為0.5%、殼聚糖-多酚質(zhì)量比為9.5∶1.0時，Pickering乳液的物理穩(wěn)定性最高；且殼聚糖與巨藻多酚結(jié)合后，顆粒的三相接觸角由69.0°增加到87.8°，說明殼聚糖與巨藻多酚結(jié)合后提高了顆粒的乳化能力。此外，殼聚糖可通過接枝共軛反應(yīng)與酚類化合物結(jié)合，且結(jié)合后復(fù)合顆粒穩(wěn)定的Pickering乳液在食品和醫(yī)藥領(lǐng)域已被廣泛應(yīng)用[62]。Zhao Qiaoli等[43]利用原兒茶酸對殼聚糖進行結(jié)構(gòu)修飾，通過自由基接枝反應(yīng)制備復(fù)合顆粒，隨著殼聚糖添加量的增大，原兒茶酸-殼聚糖的接枝率逐漸提升，同時基于該接枝共軛復(fù)合物穩(wěn)定的Pickering乳液提高了β-胡蘿卜素在環(huán)境脅迫下的熱穩(wěn)定性和抗氧化性能，是一種良好的藥物輸送載體。利用殼聚糖負載多酚從而形成乳液的抗氧化界面，能夠進一步顯著提高乳液的氧化穩(wěn)定性。

2.4 殼聚糖-脂肪酸穩(wěn)定的Pickering乳液體系

殼聚糖與脂肪酸的絡(luò)合是通過殼聚糖的氨基（—NH2）與脂肪酸的羧基（—COOH）反應(yīng)，兩種基團由酰胺鍵連接形成復(fù)合物來穩(wěn)定Pickering乳液，在食品中可用作核桃油、葵花籽油等多不飽和脂肪酸的載體，提高其氧化穩(wěn)定性[44]。有研究表明脂肪酸碳鏈的長度可通過影響殼聚糖-脂肪酸復(fù)合顆粒的潤濕性能與乳化性能，進而影響Pickering乳液的穩(wěn)定性，Tabatabaei等[63]將殼聚糖分別與碳鏈長度為10、14和18的脂肪酸結(jié)合，發(fā)現(xiàn)顆粒的接觸角增加（分別為60.0°、65.1°、72.5°），長鏈脂肪酸分子與殼聚糖分子之間的疏水相互作用增強，因而能夠更好地包裹油滴，在乳液中形成更加穩(wěn)定的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。此外，乳液的穩(wěn)定性還受pH值、殼聚糖-脂肪酸質(zhì)量比、油-水體積比比等因素的影響，Atarian等[44]的研究表明在堿性pH值和較高的硬脂酸-殼聚糖質(zhì)量比下，可獲得更穩(wěn)定的水包油乳液，且Pickering乳液具有更高的氧化穩(wěn)定性。Liu等[45]以月桂酸和左旋肉堿偶聯(lián)來修飾殼聚糖的結(jié)構(gòu)，提高了殼聚糖的表面活性與抗氧化活性，并且發(fā)現(xiàn)以此復(fù)合物穩(wěn)定的乳液在防止Fe2＋引起的脂質(zhì)氧化方面有顯著的效果。

殼聚糖通過與不同的化合物結(jié)合形成復(fù)合顆粒（圖4），然后以該復(fù)合顆粒穩(wěn)定Pickering乳液，表現(xiàn)出較高的乳液穩(wěn)定性，改善了殼聚糖穩(wěn)定Pickering乳液的能力。

圖4 不同類型穩(wěn)定Pickering乳液的殼聚糖復(fù)合顆粒Fig. 4 Different chitosan composite particles for stabilizing Pickering emulsion

2.5 殼聚糖基三元復(fù)合顆粒穩(wěn)定的Pickering乳液體系

向二元復(fù)合顆粒中添加一種新的復(fù)合物，可通過三元復(fù)合體系形成更加緊密的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，從而改善乳液的理化性能，使Pickering乳液具有更高的穩(wěn)定性[46]。目前，對殼聚糖與兩種化合物結(jié)合形成三元復(fù)合物（多糖-蛋白-多酚、多糖-蛋白-多糖等）用于穩(wěn)定Pickering乳液的研究也逐漸成為熱點。Fan Yuting等[46]利用殼聚糖、α-乳清蛋白和白藜蘆醇制備三元復(fù)合物，并以此復(fù)合顆粒穩(wěn)定高內(nèi)相Pickering乳液，通過觀察其微觀結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)三元復(fù)合顆粒吸附在油-水界面并將油滴完全覆蓋，賦予乳液良好的物理穩(wěn)定性；此外，相較于殼聚糖-α-乳清蛋白二元復(fù)合顆粒穩(wěn)定的乳液，白藜蘆醇的引入可通過其與消化酶互作降低酶活性，從而提高包埋物姜黃素的生物可及性。Zheng Wenxiu等[64]以羧甲基殼聚糖-海藻酸鹽-結(jié)冷膠復(fù)合顆粒制備了Pickering乳液凝膠，結(jié)果發(fā)現(xiàn)其在不穩(wěn)定離子（Na＋或磷酸鹽離子）和高滲透壓介質(zhì)存在下仍能保持穩(wěn)定；體外實驗結(jié)果表明乳液的釋放行為可通過結(jié)冷膠的濃度進行調(diào)控。殼聚糖基三元復(fù)合顆粒Pickering乳液以其優(yōu)異的穩(wěn)定性可促進食品中疏水活性化合物的輸送，未來可深入探究乳液的多元組分與活性小分子之間的關(guān)系，及活性物質(zhì)的體內(nèi)遞送效率，為藥物的靶向精準遞送和營養(yǎng)保健品的開發(fā)研究提供理論和數(shù)據(jù)參考。

3 殼聚糖基環(huán)境響應(yīng)型Pickering乳液

Pickering乳液體系在作為食品或藥品被人體攝入過程中會涉及溫度的轉(zhuǎn)變（由貯藏溫度到體溫）、胃腸道pH值的變化（酸性到中堿性）以及不同生理狀態(tài)下細胞周圍環(huán)境pH值的變化（正常細胞到炎癥或腫瘤細胞），這些環(huán)境因素的轉(zhuǎn)變對乳液的穩(wěn)定性與應(yīng)用提出了更高的要求?；谌橐旱倪@一應(yīng)用背景，研究者對環(huán)境響應(yīng)型Pickering乳液產(chǎn)生了廣泛的興趣。環(huán)境響應(yīng)型乳液指當(dāng)外界環(huán)境條件發(fā)生變化時可通過改變自身分子結(jié)構(gòu)，發(fā)生可逆的再乳化-破乳轉(zhuǎn)變，實現(xiàn)按需破乳[65]。常見的環(huán)境條件刺激包括pH值、溫度、光、氧氣等理化因素。

3.1 單響應(yīng)型殼聚糖基Pickering乳液

單響應(yīng)型Pickering乳液是在一種外部環(huán)境刺激下，通過改變自身網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)活性因子與藥物智能釋放的乳液體系。pH值響應(yīng)型Pickering乳液作為一種常見的單響應(yīng)型乳液，可以解決其在食品酸堿加工過程或胃腸道應(yīng)用條件下的局限性。Zheng Wenxiu等[64]以O(shè)SA改性淀粉作為乳化劑，利用殼聚糖和海藻酸鹽復(fù)合顆粒制備Pickering乳液凝膠，并以尼羅紅作為運載藥物觀察乳液在體外酸性溶液（pH 2.0）和中性溶液（pH 7.4）中的釋放，結(jié)果顯示在酸性條件下尼羅紅被穩(wěn)定包裹于乳液體系中；在中性條件下，殼聚糖與海藻酸鹽混合體系發(fā)生崩解，將包裹在液滴中的尼羅紅釋放出來。Chen Kai等[66]以殼聚糖和木質(zhì)素的納米復(fù)合顆粒制備了負載姜黃素的高內(nèi)相Pickering乳液，當(dāng)pH值從7.4降到6.0時，油滴之間的靜電斥力不足以抵抗復(fù)合顆粒表面質(zhì)子化的羧基和羥基產(chǎn)生的范德華力和疏水作用，導(dǎo)致乳液體系崩解，體現(xiàn)出乳液對pH值的強烈響應(yīng)性。這種響應(yīng)性受到殼聚糖pKa的影響，當(dāng)乳液的pH值發(fā)生變化時，殼聚糖基復(fù)合顆粒被破壞，導(dǎo)致Pickering乳液的液滴狀態(tài)發(fā)生改變（圖5），進而將其負載的物質(zhì)釋放出來。單響應(yīng)型乳液制備簡單，但其可控條件單一、適用范圍有限，為拓寬乳液的應(yīng)用范圍與條件，研究者開始研究具有雙響應(yīng)特性的乳液體系。

圖5 殼聚糖分子形式與乳液狀態(tài)隨pH值的變化示意圖Fig. 5 Schematic diagram of changes in molecular form of chitosan and emulsion state with pH

3.2 雙響應(yīng)型殼聚糖基Pickering乳液

雙響應(yīng)型乳液是近幾年出現(xiàn)的一種新型Pickering乳液體系，通過調(diào)控兩種環(huán)境壓力對其進行破乳，從而使乳液體系的應(yīng)用更加多元化。Lim等[41]用殼聚糖和卡拉膠復(fù)合顆粒作乳化劑制備穩(wěn)定的水包油型Pickering乳液，并表征了該乳液對pH值和溫度的雙重響應(yīng)特性，研究結(jié)果顯示，乳液在pH 4.5和6.5的環(huán)境中能夠保持24 h穩(wěn)定，而當(dāng)pH值為7.5和8.5時，殼聚糖脫質(zhì)子化使乳液發(fā)生油-水相分離；乳液在30 ℃下可保持良好的物理穩(wěn)定性，但隨溫度升高，乳液分層越來越顯著，表明乳液穩(wěn)定受pH值和溫度的雙重調(diào)控。Wang Yuxian等[67]將聚N-異丙基丙烯酰胺接枝到殼聚糖分子鏈上，并以該復(fù)合物制備Pickering乳液，結(jié)果顯示當(dāng)pH值大于7.0時，乳液會發(fā)生液滴聚集導(dǎo)致相分離；在溫度低于異丙基的臨界溶解溫度時，乳液液滴尺寸小且分布均勻，升溫后出現(xiàn)不均勻的團聚體，表現(xiàn)出乳液對溫度和pH值的雙響應(yīng)特性。通過兩種外部刺激，能夠更加精確地控制乳液結(jié)構(gòu)的改變，拓寬乳液的應(yīng)用空間，為食品藥品研發(fā)與組織工程等領(lǐng)域提供了新途徑。

4 殼聚糖基Pickering乳液在食品中的應(yīng)用

Pickering乳液體系尤其是響應(yīng)型乳液在提高活性因子與藥物的穩(wěn)定性方面表現(xiàn)出獨特的優(yōu)勢，可減少功能因子在食品應(yīng)用中的用量與損耗，在功能性食品和制藥領(lǐng)域有潛在的應(yīng)用價值。目前研究者對殼聚糖基Pickering乳液在食品保鮮、食品3D打印、抗菌和作為脂肪替代品等方面做了廣泛的研究（圖6）。

圖6 殼聚糖基Pickering乳液在食品行業(yè)中的應(yīng)用Fig. 6 Applications of chitosan-based Pickering emulsion in food industry

4.1 食品保鮮

在果蔬的貯藏期間，殼聚糖基Pickering乳液涂層能夠阻擋氣體和水蒸氣，延緩貯藏期間的損失從而保持果蔬的品質(zhì)。Wardana等[68]使用殼聚糖-纖維素納米纖維復(fù)合顆粒穩(wěn)定的Pickering乳液，將其涂抹在柑橘和番茄表面，可延緩貯存期間腐敗菌，如霉菌的生長繁殖，特別是對青霉菌絲延伸也有一定的抑制作用。對于肉制品的保鮮，鮮肉在儲存過程中容易分解成多肽和氨基酸，導(dǎo)致總揮發(fā)性鹽基氮（total volatile basic nitrogen，TVB-N）含量升高，因此，TVB-N含量是評價肉類新鮮程度的重要指標[69]。Liu Jian等[70]將纖維素納米晶體穩(wěn)定的Pickering乳液加入到殼聚糖的成膜基質(zhì)中，制備了豬肉保鮮復(fù)合薄膜，結(jié)果顯示纖維素納米晶體的加入提高了涂層薄膜的抗拉強度和防水性，并降低了豬肉在貯藏期間的TVB-N含量，表明該乳液涂層對豬肉的保鮮能夠起到一定作用。

4.2 3D食品打印

3D食品打印作為一種新型食品應(yīng)用技術(shù)，可根據(jù)個人喜好和感官定制含有特定成分和結(jié)構(gòu)的食物，具有節(jié)約成本、減少浪費、能夠個性化定制等優(yōu)勢[71]。殼聚糖基Pickering乳液因高穩(wěn)定性、黏彈性等特點成為3D食品打印材料研究的熱點，其中3D打印的形狀與乳液的稠度、流動性及機械強度相關(guān)聯(lián)，并且在打印過程中需保持結(jié)構(gòu)穩(wěn)定；因此，用于3D打印的乳液應(yīng)具有適宜的流變特性[72]。研究表明，磷酸化的紫蘇分離蛋白和殼聚糖經(jīng)過氫鍵和靜電相互作用可形成三維納米顆粒，其穩(wěn)定的高內(nèi)相Pickering乳液具有較高的黏彈性和良好的觸變性回收能力[73]。Li Xueqing等[74]利用殼聚糖和β-環(huán)糊精制備食品3D打印的高內(nèi)相Pickering乳液，結(jié)果表明，乳液的剪切變稀行為、觸變性、足夠的儲存模量和屈服應(yīng)力使乳液在3D打印的擠壓、恢復(fù)和自支撐過程中均具有較高的穩(wěn)定性。此外有研究表明，超聲或加熱處理可以改善Pickering乳液的穩(wěn)定性能以及調(diào)控乳液的流變行為[75]，因此可通過不同處理方式獲得理想的食品質(zhì)構(gòu)。

4.3 脂肪替代品

脂肪對食品的口感和風(fēng)味有重要作用，但其含有大量的脂肪酸和膽固醇增加了慢性疾病的發(fā)病率。近年來，研究人員為降低脂肪含量或改善脂肪酸的組成開發(fā)了各種脂肪替代品，其中殼聚糖基Pickering乳液由于可形成穩(wěn)定的黏性體系，是一種潛在的食品脂肪替代品。Li Chunqiang等[76]以改性豌豆蛋白和殼聚糖復(fù)合顆粒穩(wěn)定體積分數(shù)75%油相的Pickering乳液，并以該乳液代替豬肉脂肪應(yīng)用于香腸中，結(jié)果發(fā)現(xiàn)利用該乳液代替豬肉脂肪后提高了香腸的彈性、嚼勁、回彈性等質(zhì)地性能，且香腸外觀形狀致密均勻，烹煮損失和脂肪氧化程度也降低，說明該乳液是一種良好的肉類脂肪替代品。Rios等[77]將琥珀?；臍ぞ厶亲鳛槿榛瘎┐娴案庵械闹荆l(fā)現(xiàn)減脂后的蛋糕結(jié)構(gòu)和質(zhì)地與全脂蛋糕相似，且蛋糕中的部分脂肪替代品還降低了蛋糕貯藏過程中的硬化速率。但目前乳液體系作為食品脂肪替代品的感官品質(zhì)和消費者的接受度缺乏充足的數(shù)據(jù)，未來還需進一步的研究。

4.4 抗菌抑菌

食品在儲存過程中容易受到真菌霉菌毒素污染，造成食材的浪費和損失，甚至危害人體健康。殼聚糖具有優(yōu)異的抗菌性、成膜性和生物可降解性，可對殼聚糖進行接枝改性或?qū)⑵渑c其他抗菌劑協(xié)同穩(wěn)定Pickering乳液，然后將乳液干燥制成薄膜用于食品包裝，阻止物質(zhì)的內(nèi)外交換，從而有效抑制微生物的生長繁殖[78-79]。Wang Taotao等[60]采取反溶劑法制備了檸檬醛-玉米醇溶蛋白-殼聚糖復(fù)合固體顆粒穩(wěn)定的Pickering乳液，并檢測了該乳液對玉米和葡萄的抑菌效果，結(jié)果發(fā)現(xiàn)乳液對兩種食物中的真菌均有一定的抑制作用，且真菌生物量指標麥角甾醇的含量降低，由于檸檬醛對麥角甾醇生物合成蛋白質(zhì)的干擾作用，能夠抑制氧化應(yīng)激、次生代謝等反應(yīng)，進而抑制真菌生長。Fan Simin等[68]將肉桂精油包覆在殼聚糖和明膠復(fù)合顆粒穩(wěn)定的Pickering乳液中，探究了由該乳液制備的生物包裝膜的抗菌功能，研究結(jié)果顯示該生物包裝膜對假單胞菌和酒精乳桿菌均表現(xiàn)出較強的抗菌活性。

4.5 功能生物活性因子載體

一些對人體有益的生物活性物質(zhì)由于易氧化、難溶于水、生物利用率低等問題，限制了其在食品領(lǐng)域的應(yīng)用。O/W型的Pickering乳液可作為疏水性活性物質(zhì)的載體，改善其在體內(nèi)的生物利用度。Yang Lu等[80]通過氨基間的氫鍵將殼聚糖和瓜爾膠結(jié)合，以該復(fù)合顆粒穩(wěn)定Pickering乳液用于蝦青素的遞送，結(jié)果發(fā)現(xiàn)由該復(fù)合顆粒穩(wěn)定的乳液中蝦青素的保留率和貯存穩(wěn)定性均高于Tween 80。Jo等[81]使用淀粉晶體和殼聚糖穩(wěn)定Pickering乳液，克服了姜黃素胃腸道穩(wěn)定性和腸道滲透性低的缺點，提高了姜黃素的腸道可及性，且由于靜電吸附和上皮緊密連接的可逆性，使乳液包裹的姜黃素滲透性顯著提高，這一結(jié)果說明使用殼聚糖基Pickering乳液開發(fā)設(shè)計功能性食品和飲料具有一定的可行性。

4.6 食品實際應(yīng)用中存在的障礙及展望

殼聚糖基Pickering乳液在食品領(lǐng)域的應(yīng)用逐漸拓寬，但在實際生產(chǎn)過程中還面臨著不同的挑戰(zhàn)，如乳液體系的長期穩(wěn)定性較差、抗菌活性有限導(dǎo)致食品的保質(zhì)期較短；在3D打印過程中恢復(fù)能力弱、自支撐性能不足使得乳液在食品3D打印中的應(yīng)用并不廣泛；食品生產(chǎn)過程中使用的輔料或加工方式影響乳液的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，使其不能穩(wěn)定發(fā)揮作用等。為使殼聚糖基Pickering乳液更好地應(yīng)用在食品工業(yè)中，實現(xiàn)真正的高效批量生產(chǎn)，提出以下幾點展望：應(yīng)研究并調(diào)控乳液體系對活性成分的釋放速度，使其獲得長期的抗菌性能；尋找恰當(dāng)?shù)妮o助方法，提升乳液的機械性能，進而改善3D打印食品的品質(zhì)；進一步開展后續(xù)Pickering乳液的食品加工工藝，探究乳液食品品質(zhì)的影響因素，優(yōu)化Pickering乳液的制備工藝。

5 結(jié) 語

近年來，固體顆粒替代分子活性劑穩(wěn)定Pickering乳液備受關(guān)注。殼聚糖基固體顆粒由于無毒性及優(yōu)越的生物降解性、生物相容性等性能已成為一種應(yīng)用廣泛的Pickering乳液穩(wěn)定劑，但其溶解性和乳化能力較低限制了其應(yīng)用范圍。通過與其他化合物結(jié)合對殼聚糖改性、制備殼聚糖基二元/三元復(fù)合顆粒來穩(wěn)定Pickering乳液是一種有效的方法，殼聚糖基復(fù)合顆粒主要分為多糖顆粒、蛋白質(zhì)顆粒、多酚顆粒、脂肪酸顆粒。殼聚糖基顆粒滿足了高乳化能力、低毒性和可持續(xù)發(fā)展的需求，研究者對殼聚糖基Pickering乳液的開發(fā)和應(yīng)用研究逐漸增多。殼聚糖基顆粒穩(wěn)定Pickering乳液未來的研究趨勢主要包括雙層Pickering乳劑、多層Pickering乳劑、環(huán)境相應(yīng)型Pickering乳劑、營養(yǎng)物質(zhì)供給及釋放等。脂肪替代品、抗菌材料、營養(yǎng)物質(zhì)輸送等是殼聚糖基Pickering乳液在食品工業(yè)界的潛在應(yīng)用方向。針對目前殼聚糖復(fù)合顆粒在Pickering乳液體系中的應(yīng)用存在的一些問題，研究者可對以下問題進行深入研究：1）明確殼聚糖基二元/三元復(fù)合顆粒的生物安全性與細胞毒性；2）對于殼聚糖基環(huán)境響應(yīng)型Pickering乳液，探究環(huán)境刺激強度與時間對乳液體系的影響，以滿足食品不同的生產(chǎn)應(yīng)用需求；3）利用Pickering乳液提高活性成分的生物利用率，研究發(fā)現(xiàn)不同方法/不同組分制備的殼聚糖基復(fù)合顆粒性能差異較大，優(yōu)化殼聚糖基復(fù)合顆粒Pickering乳液的制備，改良遞送載體在胃腸消化遞送過程的穩(wěn)定性，從而可以實現(xiàn)精準遞送的目的；對此，研究人員可以研究不同方法/不同種類的組分添加（蛋白質(zhì)、多糖、多酚、脂肪酸）對乳液界面結(jié)構(gòu)、乳液消化以及營養(yǎng)素吸收等的影響，從而更好地靶向遞送目標營養(yǎng)素或藥物等。