一种双层分子稳定的高内相Pickering乳液

1. 背景介绍

食品级胶体颗粒稳定的高内相Pickering乳剂（HIPPEs）因具有生物相容性和多功能性，对食品、制药或化妆品领域是十分重要的。食品级胶体颗粒在HIPPEs体系形成三维凝胶网络和界面粒子屏障，可抑制聚结、乳化和奥斯特瓦尔德成熟。近几十年来，颗粒/表面活性剂或颗粒/聚合物组合等双稳定体系快速发展，不仅可以促进和简化HIPPEs的制备，还可以控制HIPPEs的界面结构和模板泡沫的微观结构。也可选择天然双食品级胶体颗粒，使这些食品级颗粒可在不进行任何表面处理的情况下稳定HIPPEs，并在水/油界面形成独特的结构，以增强HIPPEs稳定性。

2. 研究方法

本研究以玉米蛋白纳米颗粒（ZNPs）和淀粉纳米晶体（SNCs）为稳定剂制备了HIPPEs。系统研究了颗粒浓度和内相分数对HIPPEs形貌、稳定性和流变行为的影响。此外，还对其稳定机理和潜在应用进行了探究。

3. 结果与分析

如图1a所示，SNCs不能稳定HIPPEs，而ZNPs稳定的HIPPE具有半固态外观，液滴紧密地聚集在一起形成凝胶状（图1a和1b₁）。尽管仅在Pickering乳状液出现时很难观察到聚并现象（图1d），但单独由ZNPs稳定的乳液并不稳定，一周后出现了严重的聚并现象（图1e₁）。由ZNPs和SNCs共稳定的HIPPEs的显微照片（图1b₂和1b₃）表明，与单独由ZNPs稳定的相比，乳液液滴更小、更均匀，表明SNCs被引入到乳化体系中时，与ZNPs协同工作，从而提高了HIPPEs的稳定性。

图1. 由ZNPs、SNCs及其混合物稳定的HIPPEs实物照片和微观结构

为明晰二元粒子能使HIPPEs具有更高的稳定性，对其的界面结构进行了研究。如图2d和2h所示，ZNPs和SNCs稳定的HIPPEs在油/水界面具有独特的颗粒自组装的双层结构。因此，提出了由内层吸附的ZNPs和外层吸附的SNCs组成的粒子双层可以提供更好的稳定性。在HIPPEs中，桥状液滴和连接的三维网络还可以通过防止液滴运动来提高其稳定性（图2）。

图2. Z/S-75（a, b, c和d）和Z/S-80（e, f, g和h）的CLSM图像。SNCs经Calcofluor白色染色呈蓝色，ZNPs经尼罗河蓝A染色呈红色

如图3a和3b所示，在线性粘弹性区域内，所有HIPPEs的存储模量（G’）显著高于损耗模量（G’’）。线性粘弹性区域G’和G’’值随着油体积分数和颗粒浓度的增加而增大。图3c和图3d表明对于所有的样品，G’和G’’都与频率有轻微的相关性，表明HIPPEs的凝胶状结构足够强，能够抵抗高频对其流变行为的影响。表观粘度随剪切速率的增加而降低，所有样品均出现剪切变薄现象（图3e和3f）。

图3. HIPPEs流变结果

图4a和4b表明，与植物油作为内相相比，正己烷作为油相对制备的HIPPEs的外观和微观结构没有明显的影响。在含正己烷的HIPPEs中仍然可以看到凝胶状结构和致密的乳状液滴。此外，从HIPPEs模板中得到的多孔材料的SEM图像显示，在去除正己烷后，在油水界面组装的粒子双分子层足够强，足以构建具有完整水滴形状和半开放细胞的泡沫骨架。

图4. ZNPs和SNCs共稳定以正己烷为油相的HIPPE的特性

4. 结论

本研究构建了内部ZNPs层和外部SNCs层组成的独特的双层界面结构。由于具有较高的内相分数，HIPPEs在外观和性能上可以替代市面上的蛋黄酱和沙拉酱。在去除内相后，可进一步制备多孔材料，在环境保护或组织工程中具有潜在的应用前景。可通过调节吸附二元粒子的界面结构，赋予HIPPE比传统的单组分粒子或复合粒子稳定的HIPPE更多特性。

原文链接：

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0021979721015150

供稿人：

刘哲