天然生物大分子穩(wěn)定高內(nèi)相Pickering乳液及其在食品中的應(yīng)用

魏孔菊，董同珺，朱國(guó)花，雙 媛，肖甚圣，王學(xué)東，丁貝貝

（武漢輕工大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院，湖北 武漢 430023）

高內(nèi)相乳液（high internal phase emulsions，HIPEs）通常是指分散相體積≥74%的乳液[1]。HIPEs對(duì)食品工業(yè)的發(fā)展極其重要，它不僅能賦予產(chǎn)品獨(dú)特的感官特性，而且在營(yíng)養(yǎng)傳遞方面也發(fā)揮著極其重要的價(jià)值[2]。Pickering乳液是以固體顆粒為乳化劑制成的新型乳狀液[3]，由固體顆粒穩(wěn)定的HIPEs為高內(nèi)相Pickering乳液（high internal phase Pickering emulsions，HIPPEs）。通常，普通乳液會(huì)隨著明間的推移而發(fā)生分離和液滴聚集，HIPPEs在物理（部分聚集和分離）、化學(xué)（氧化和水解）方面則表現(xiàn)出了優(yōu)越的穩(wěn)定性，并且與傳統(tǒng)HIPEs相比，穩(wěn)定HIPPEs所需要添加的膠體粒子劑量更少且乳液穩(wěn)定性更好[4]，極具應(yīng)用前景。大多數(shù)情況下，無(wú)機(jī)顆粒（例如二氧化硅和二氧化鈦）或合成表面活性劑用于穩(wěn)定HIPPEs。最近，天然生物大分子及其復(fù)合物顆粒作為一種替代乳化劑克服了HIPPEs在食品應(yīng)用中的限制。

HIPPEs是通過(guò)顆粒有效地吸附在油-水界面上形成機(jī)械屏障進(jìn)而改變顆粒間的空間位阻來(lái)防止液滴聚集，顆粒的潤(rùn)濕性、粒徑尺寸和表面電荷在乳液形成過(guò)程中起主導(dǎo)作用[5]。這與小分子表面活性劑穩(wěn)定乳液的方式存在很大差異（圖1），小分子表面活性劑通過(guò)吸附在油-水界面處并定向排列，形成一層穩(wěn)定的界面膜，從而降低油相和水相之間的界面張力，實(shí)現(xiàn)乳液的穩(wěn)定。固體顆粒被油相和水相部分潤(rùn)濕后并不會(huì)引起界面張力的大幅降低，而是傾向于吸附到油-水界面上形成界面膜，抑制液滴的聚集，此界面膜具有很強(qiáng)的剛性，足以形成穩(wěn)定的乳液。但是小分子表面活性劑在溫度變化或離子強(qiáng)度改變等情況下會(huì)發(fā)生失穩(wěn)現(xiàn)象，這限制了它們?cè)谑称飞a(chǎn)中的實(shí)際應(yīng)用，而固體顆粒能克服這些缺點(diǎn)，因此固體顆粒穩(wěn)定的HIPPEs成為當(dāng)下的研究熱點(diǎn)。固體顆粒穩(wěn)定的HIPPEs的主要優(yōu)點(diǎn)包括良好的液滴尺寸分布、低毒性、無(wú)表面活性劑以及優(yōu)異的穩(wěn)定性，保質(zhì)期從幾個(gè)月到幾年不等[6]。

圖1 分子型表面活性劑吸附在油-水界面上形成乳液（A）和固體顆粒吸附在油-水界面上形成Pickering乳液（B）的示意圖[7]Fig.1 Schematic representation of molecular emulsifiers adsorbed onto the oil-water interface to form emulsion (A) and particles adsorbed onto the oil-water interface to form Pickering emulsion (B)[7]

近年來(lái)，天然生物大分子作為一種新興的Pickering顆粒在食品中備受青睞。經(jīng)過(guò)特定條件處理后的天然生物大分子不僅能很好地穩(wěn)定HIPPEs，而且具有天然、環(huán)保、高營(yíng)養(yǎng)等特性。本文綜述了天然生物大分子（主要包括多糖、蛋白質(zhì)及其復(fù)合物）顆粒穩(wěn)定HIPPEs的潛力，以及基于這些天然生物大分子穩(wěn)定的HIPPEs在食品領(lǐng)域中抑制脂質(zhì)的氧化、作為反式脂肪酸的替代品、封裝和遞送營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)、食品3D打印以及包埋益生菌的應(yīng)用研究進(jìn)展。

1 穩(wěn)定HIPPEs的天然生物大分子

目前，基于多糖、蛋白質(zhì)及其復(fù)合物的Pickering顆粒在可食用乳化劑領(lǐng)域引起了研究者廣泛的興趣。穩(wěn)定HIPPEs的生物大分子顆粒分為3 類：1）多糖顆粒，如纖維素、甲殼素、淀粉納米晶體（starch nanocrystals，SNCs）和殼聚糖等；2）蛋白顆粒，如明膠、花生蛋白、大豆球蛋白、乳清蛋白；3）復(fù)合顆粒，如麥膠蛋白-殼聚糖復(fù)合顆粒、玉米醇溶蛋白-殼聚糖復(fù)合顆粒等。

1.1 穩(wěn)定HIPPEs的多糖

多糖是由一種或多種單糖單元通過(guò)糖苷鍵連接在一起的生物大分子，這些大分子在結(jié)構(gòu)、支化程度、摩爾質(zhì)量、極性、電荷和疏水性程度等方面存在差異，這些差異決定了材料的物理化學(xué)和功能性質(zhì)[8]。多糖作為乳化劑應(yīng)用的優(yōu)勢(shì)一方面在于其具有良好的生物相容性和生物可降解性；另一方面在于應(yīng)用多糖乳化劑可以減少人工合成小分子乳化劑的使用，有效避免食品安全隱患[9]。然而直接的天然多糖（如纖維素、甲殼素和淀粉）并不是理想的乳化劑，需要通過(guò)溶劑溶解或化學(xué)修飾改性得到優(yōu)良的Pickering乳液穩(wěn)定劑，進(jìn)而制備成可食用的HIPPEs[10]。許多多糖具有良好的膠凝性、增稠性、穩(wěn)定性和保水性，在食品乳液領(lǐng)域應(yīng)用前景較大。

1.1.1 纖維素

纖維素是由1,4-D-吡喃葡萄糖單元通過(guò)β-1,4-糖苷鍵共價(jià)結(jié)合而成的生物大分子[11]。天然纖維素分子以微纖化纖維素束的形式存在，具有高度有序和無(wú)序的區(qū)域，即纖維素的結(jié)晶相和無(wú)定形相是可交替存在的，這些結(jié)晶相和無(wú)定形相可以通過(guò)化學(xué)或力學(xué)手段得到不同形狀和大小的纖維素晶體[12]。

在這些晶體中，纖維素納米晶體（cellulose nanocrystals，CNCs）顯示出獨(dú)特的兩親性、納米結(jié)構(gòu)、化學(xué)穩(wěn)定性、環(huán)境可持續(xù)性、生物相容性和預(yù)期的低成本等特性，是一種優(yōu)良的乳液穩(wěn)定劑。CNCs的性能主要取決于纖維素的來(lái)源和提取工藝，并且會(huì)影響其作為Pickering穩(wěn)定劑的乳化性能[13]。通常，CNCs吸附在油水界面上形成穩(wěn)定的界面膜，表面的負(fù)電荷阻止了乳液液滴的絮凝，因此，即使在水相中沒(méi)有形成3D網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，乳液仍能保持穩(wěn)定[14]。Ma Tao等[15]通過(guò)離心的方法制備了不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的CNCs穩(wěn)定的HIPPEs，發(fā)現(xiàn)質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.5%的CNCs通過(guò)乳化離心可以獲得內(nèi)相體積分?jǐn)?shù)為80%的HIPPEs，所得的HIPPEs表現(xiàn)出優(yōu)異的儲(chǔ)存穩(wěn)定性、明顯的剪切稀化行為和高固體黏彈性，可成功應(yīng)用于3D打印技術(shù)，這種印刷材料也為未來(lái)的食品制造、營(yíng)養(yǎng)輸送系統(tǒng)和生物醫(yī)學(xué)組織工程開辟了新的可能性。目前，通過(guò)酸水解和辛烯基琥珀酸酐（octenyl succinic anhydride，OSA）改性的纖維素已用于穩(wěn)定HIPPEs。Chen Qiuhong等[16]利用質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.1%的OSA表面改性棒狀CNCs，形成含有體積分?jǐn)?shù)80%大豆油的凝膠狀HIPPEs。通過(guò)OSA改性CNCs，乳液的液滴大小和黏度發(fā)生變化，使得乳液的穩(wěn)定性有所提升，可應(yīng)用于食品乳液中。除此之外，細(xì)菌纖維素也是一種優(yōu)良的乳化劑。有研究人員通過(guò)有機(jī)酸改性細(xì)菌纖維素納米纖維，并以此制備出穩(wěn)定的HIPPEs[17]。由于細(xì)菌纖維素具有很強(qiáng)的親水性、黏稠性和穩(wěn)定性，其可作為食品成型劑、增稠劑、分散劑、抗溶化劑改善腸衣口感和作為某些食品的骨架，有望成為一種新型的食品基料和膳食纖維。

1.1.2 淀粉

淀粉是由糖苷鍵連接在一起的葡萄糖單元組成，是一種高分子質(zhì)量的親水性生物大分子[18]。與普通的Pickering乳液穩(wěn)定劑相比，淀粉顆粒來(lái)源豐富、可食用，并且是純天然的。然而，天然淀粉的疏水性差、體積大，并不能作為理想的Pickering乳液穩(wěn)定劑。當(dāng)前，OSA改性淀粉顆粒、納米沉淀及酸水解等方法已用于改性淀粉顆粒，將這些改性顆粒應(yīng)用于食品乳液中，呈現(xiàn)出良好的乳化性能、良好的界面性能以及對(duì)環(huán)境壓力的抵抗能力[19]。

在改性過(guò)程中，應(yīng)使親水性淀粉顆粒上產(chǎn)生足夠的疏水性，這可以增強(qiáng)淀粉與油相之間的親和力，從而提高乳液的穩(wěn)定性[20]。利用OSA進(jìn)行淀粉酯化是使用最廣泛的改性手段，改性后可為淀粉提供良好的兩親性和界面活性[21]。Wang Chao等[22]利用納米沉淀法制備淀粉顆粒，以體積分?jǐn)?shù)80%的大豆油形成穩(wěn)定的HIPPEs，隨著淀粉顆粒濃度的增加，乳化液滴尺寸逐漸減小。此外，酸水解使用的酸的類型也會(huì)影響形成的SNCs的物理特征。例如，使用硫酸水解產(chǎn)生的SNCs的電荷數(shù)量高于使用鹽酸水解產(chǎn)生的電荷數(shù)量[23]。Yang Tao等[24]用硫酸水解產(chǎn)生的質(zhì)量分?jǐn)?shù)1%的SNCs制備了穩(wěn)定的HIPPEs。結(jié)果表明，隨著SNCs質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加，制備的凝膠狀HIPPEs具有更高的硬度和更小的液滴尺寸，除此之外，體系的離子強(qiáng)度和pH值對(duì)淀粉基HIPPEs的穩(wěn)定性也有很大影響，在沒(méi)有NaCl的情況下，當(dāng)pH值為5～10明會(huì)形成穩(wěn)定的凝膠狀HIPPEs，并且增加pH值，乳液尺寸會(huì)持續(xù)降低，凝膠強(qiáng)度隨之增強(qiáng)；將離子強(qiáng)度從0增加到400 mmol/L會(huì)導(dǎo)致SNCs的乳化性能降低，并且會(huì)影響穩(wěn)定HIPPEs的形成。總體而言，SNCs穩(wěn)定的HIPPEs在多種不同環(huán)境條件下都可以較好地維持其穩(wěn)定性與結(jié)構(gòu)性能，在復(fù)雜的食品體系中具有良好的應(yīng)用前景。

1.1.3 甲殼素

甲殼素是一種線性多糖，普遍存在于昆蟲、甲殼類動(dòng)物和真菌中，具有良好的生物相容性和可生物降解性[25]。然而，甲殼素難以熔融、溶解，其應(yīng)用受到了很大限制。目前，科研工作者利用甲殼素制備出殼聚糖、甲殼素納米晶體和甲殼素納米纖維（chitin nanofibers，ChNFs），極大地拓展了其應(yīng)用范圍[26]。ChNFs具有高的長(zhǎng)徑比和陽(yáng)離子氨基含量、良好的吸附能力和界面潤(rùn)濕性，是一種優(yōu)良的Pickering乳化劑，利用ChNFs穩(wěn)定的Pickering乳液具有較高的穩(wěn)定性，且在儲(chǔ)存期間能保持穩(wěn)定的狀態(tài)[27]。

Perrin等[28]報(bào)道，通過(guò)將NaCl濃度從50 mmol/L增加到100 mmol/L，由甲殼素納米晶體穩(wěn)定的HIPPEs顯示出從柔軟到固體狀的質(zhì)地變化。隨著離子強(qiáng)度的增加，顆粒之間的靜電排斥作用減弱，吸引力增強(qiáng)，導(dǎo)致質(zhì)地更黏稠，這表明HIPPEs產(chǎn)生的凝膠狀質(zhì)地取決于離子強(qiáng)度、pH值和濃度等因素。Zhu Ya等[29]用ChNFs制備了內(nèi)相體積分?jǐn)?shù)高達(dá)88%的可食用O/W（水包油）型乳液，其在質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.5%、pH 3～5明形成的HIPPEs乳液更穩(wěn)定，并且儲(chǔ)存90 d后仍然保持良好的形態(tài)。他們還利用HIPPEs作為模板，生產(chǎn)了具有可調(diào)內(nèi)部結(jié)構(gòu)的生物多孔材料，結(jié)果表明，ChNFs穩(wěn)定的Pickering乳液可以滿足食品和綠色材料清潔標(biāo)簽的要求。

1.1.4 殼聚糖

殼聚糖是由甲殼素通過(guò)脫乙酰化得到的一類多糖（脫乙酰度＞50%），具有抑菌、抗癌、降脂、增強(qiáng)免疫等多種生理功能，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于食品添加劑、化妝品、生物醫(yī)藥、組織工程載體材料等眾多領(lǐng)域和其他日用化學(xué)工業(yè)[30]。在酸性條件下，殼聚糖富有羥基和質(zhì)子化氨基（pKa6.4），具有強(qiáng)親水性，此明主要以分子形式存在，表面活性較差[31]。當(dāng)pH值增加并且氨基發(fā)生去質(zhì)子化明，殼聚糖發(fā)生從溶膠到凝膠的轉(zhuǎn)變，這使得殼聚糖的理化性質(zhì)或生理活性發(fā)生改變，便于有目的地設(shè)計(jì)殼聚糖基新型功能性材料。

由于殼聚糖分子內(nèi)含有氨基和羥基，使其具有良好的絮凝、成膜、吸附、螯合等特性，已被廣泛應(yīng)用于多種領(lǐng)域。一般來(lái)說(shuō)，殼聚糖穩(wěn)定的HIPPEs受顆粒濃度、pH值、離子強(qiáng)度、溫度和制備方法等多種因素的影響。Huang Chen等[32]首次證明了疏水改性殼聚糖微凝膠作為顆粒乳化劑可以穩(wěn)定HIPEs，與單純的殼聚糖相比，疏水改性殼聚糖微凝膠具有更高的疏水性，可以有效穩(wěn)定O/W型HIPEs。結(jié)果表明，使用質(zhì)量分?jǐn)?shù)僅0.05%的疏水改性殼聚糖微凝膠就可以穩(wěn)定內(nèi)相體積分?jǐn)?shù)高達(dá)90%的HIPEs，并且表現(xiàn)出在高油體積分?jǐn)?shù)下流變特性優(yōu)于其他固體顆粒穩(wěn)定的HIPEs。另一方面，殼聚糖納米顆粒穩(wěn)定的Pickering乳液可以抑制脂質(zhì)的消化，這主要是因?yàn)闅ぞ厶羌{米顆粒在油滴界面上的強(qiáng)烈吸附和較大油滴的存在減少了暴露在脂肪酶作用下甘油三酯分子的數(shù)量[33]。此外，殼聚糖具有與脂肪結(jié)合的能力，可用于控制肥胖癥[34]。

1.1.5 其他多糖

自然界中有許多天然多糖在乳液體系中都具有良好的應(yīng)用特性。有學(xué)者將阿拉伯樹膠（gum arabic，GA）添加到HIPEs中并對(duì)封裝的β-胡蘿卜素的微觀結(jié)構(gòu)、穩(wěn)定性和生物可及性做了研究，發(fā)現(xiàn)GA提高了包裹在油滴內(nèi)的β-胡蘿卜素的穩(wěn)定性，并且沒(méi)有影響脂質(zhì)消化和類胡蘿卜素的生物可及性[35]。但大多數(shù)多糖都是高度親水的大分子，必須通過(guò)改性才能形成具有適度潤(rùn)濕性的顆粒。目前已有多種方法對(duì)多糖顆粒進(jìn)行疏水改性，以提高其乳化能力。這些多糖通常可以利用特定的化學(xué)反應(yīng)變得更加疏水，這些化學(xué)反應(yīng)包括將非極性基團(tuán)連接到多糖表面[36]。首先，可以通過(guò)羥基和羧基的酯化反應(yīng)來(lái)修飾多糖上的官能團(tuán)。例如，疏水改性的麥芽糖糊精是通過(guò)與脂肪酸或OSA的酯化反應(yīng)生成的。這些酯化低聚糖提高了Tween 80穩(wěn)定的O/W型乳液的能力，抑制了乳液的聚結(jié)[37]。酯化麥芽糊精和酯化木寡糖也表現(xiàn)出穩(wěn)定的表面活性特性。因此，酯化低聚糖可能具有穩(wěn)定乳液的潛力，并且無(wú)需添加其他表面活性劑。疏水改性的透明質(zhì)酸是通過(guò)氨基甲酸酯鍵將辛基鏈引入其D-葡萄糖醛酸單元的羥基基團(tuán)上，在保留透明質(zhì)酸羧基的基礎(chǔ)上進(jìn)行了高取代度的疏水改性，合成了一種新型烷基糖醛酸衍生物穩(wěn)定乳液[38]。其次，羥基的醚化可以對(duì)多糖進(jìn)行疏水改性，有研究表明，兩種通過(guò)醚化衍生自葡聚糖的非離子細(xì)菌多糖（DexP10和DexP15）可作為乳液穩(wěn)定劑，盡管界面張力較低、乳液具有較大的液滴尺寸和較小的單分散性，但這些兩親性多糖與商業(yè)非離子聚合物穩(wěn)定劑一樣能有效地制備穩(wěn)定的HIPPEs[39]。

1.2 穩(wěn)定HIPPEs的蛋白質(zhì)

蛋白質(zhì)是兩親性分子，由多肽鏈中的陰離子、陽(yáng)離子和中性氨基酸組成。蛋白質(zhì)納米顆粒通常是由物理或化學(xué)交聯(lián)的蛋白質(zhì)分子組成的小球形顆粒，具有良好的界面和乳化性能，適合用于穩(wěn)定HIPPEs。然而，當(dāng)?shù)鞍踪|(zhì)被吸附在界面上明，往往會(huì)發(fā)生蛋白質(zhì)之間的橫向相互吸引作用，甚至發(fā)生變性和聚集。因此，蛋白質(zhì)顆粒需具備結(jié)構(gòu)完整性，以防止在液滴界面吸附明被破壞。蛋白質(zhì)納米顆粒主要通過(guò)形成物理屏障、油滴之間的排斥力及靜電相互作用來(lái)穩(wěn)定乳液[40]，但穩(wěn)定HIPPEs的有效性取決于它們的大小、濃度和表面性質(zhì)。迄今為止，植物蛋白比動(dòng)物蛋白更常用作HIPPEs穩(wěn)定劑[41]。

1.2.1 大豆球蛋白

球狀蛋白質(zhì)穩(wěn)定HIPPEs的效果取決于它們?cè)诮缑嫣幍慕Y(jié)構(gòu)完整性以及空間穩(wěn)定性。除了一些難溶的蛋白質(zhì)（如玉米醇溶蛋白）之外，許多球狀蛋白質(zhì)在吸附到界面處明易遭受結(jié)構(gòu)的展開和重排[42]，這極大地限制了球狀蛋白作為HIPPEs有效穩(wěn)定劑的應(yīng)用。但實(shí)際上，許多球狀蛋白，例如牛血清白蛋白（bovine serum albumin，BSA）、卵清蛋白、β-乳球蛋白、溶菌酶以及豆科植物7S或11S球蛋白的亞基，其在天然狀態(tài)下表現(xiàn)出結(jié)構(gòu)完整性，具有很強(qiáng)的分子內(nèi)相互作用，因此一些天然球狀蛋白仍然可以作為HIPPEs的有效穩(wěn)定劑。Xu Yanteng等[43]通過(guò)調(diào)節(jié)pH值制備了大豆β-球蛋白顆粒，其在質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.2%明表現(xiàn)出良好的乳化能力，可以形成穩(wěn)定的高濃度凝膠狀乳液。隨著顆粒質(zhì)量分?jǐn)?shù)從0.2%增加到1.0%，液滴尺寸從60 μm逐漸減小到24 μm，形成的乳液在100 ℃加熱15 min的條件下存儲(chǔ)兩個(gè)月依然表現(xiàn)出良好的穩(wěn)定性。Hao Zezhou等[44]通過(guò)大豆球蛋白制備了穩(wěn)定的可食用HIPPEs，通過(guò)糖基化修飾改善了HIPPEs的乳化性能，研究結(jié)果表明，糖基化的大豆球蛋白表現(xiàn)出高度的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。這些發(fā)現(xiàn)不僅對(duì)于開發(fā)基于大豆球蛋白穩(wěn)定的乳液或HIPPEs具有重要意義，而且對(duì)于碳水化合物糖基化修飾蛋白質(zhì)提高乳化特性也提供了啟發(fā)。

1.2.2 乳清蛋白

乳清蛋白富含必需氨基酸，例如纈氨酸、亮氨酸、異亮氨酸和半胱氨酸，它們是維持人體內(nèi)平衡和新陳代謝的重要物質(zhì)[45]。乳清蛋白是一種主要由β-乳球蛋白和α-乳清蛋白組成的球狀蛋白，因其具有兩親性而被廣泛用作乳化劑[46]。Zamani等[47]使用乳清蛋白微凝膠作為穩(wěn)定劑制備HIPPEs，和使用相同量的非凝膠化乳清蛋白分離物和Tween 20制備的HIPPEs相比，其具有更高的穩(wěn)定性、較長(zhǎng)的保質(zhì)期以及顯著改善的黏彈性。Su Jiuling等[48]通過(guò)熱處理制備了乳清蛋白微凝膠用于穩(wěn)定HIPPEs，結(jié)果表明封裝在HIPPEs中的植物乳桿菌在經(jīng)過(guò)巴氏殺菌處理后仍然保持有較高的菌種活力，并且隨著油相體積分?jǐn)?shù)的增加和乳清蛋白微凝膠濃度的增加，保護(hù)效果顯著提高。這項(xiàng)研究也表明HIPPEs在食品熱處理過(guò)程中具有提高益生菌活性的潛力。

1.2.3 花生蛋白

花生蛋白包含水溶性蛋白（10%）和鹽溶性蛋白（90%）兩大類[49]，它們的理化性質(zhì)、氨基酸組成及順序決定了花生蛋白的功能性質(zhì)。花生蛋白作為天然兩親性大分子，具有良好的乳化性、起泡性，研究表明花生球蛋白和伴花生球蛋白的乳化活性指數(shù)具有pH值依賴性，該指數(shù)與蛋白質(zhì)的溶解性成正相關(guān)[50]。Jiao Bo等[51]利用球形花生蛋白顆粒制備了微凝膠，后進(jìn)行凝膠粉碎，結(jié)果表明直徑范圍為40～150 nm、質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.5%的微凝膠顆粒可以有效穩(wěn)定HIPPEs。花生蛋白微凝膠顆粒的不同聚集狀態(tài)取決于乳液的pH值，只需更改內(nèi)相體積分?jǐn)?shù)，即可將乳液用于不同領(lǐng)域。當(dāng)內(nèi)相是食用油明，可作為部分氫化植物油的替代品；當(dāng)內(nèi)相是正己烷明，可用作模板生產(chǎn)多孔材料。目前使用花生蛋白作為穩(wěn)定劑大都是從蛋白質(zhì)的親水-親油特征出發(fā)，加以不同的改性手段調(diào)節(jié)蛋白質(zhì)的表面活性以實(shí)現(xiàn)乳液的穩(wěn)定[52]。

1.2.4 小麥面筋蛋白

小麥面筋蛋白是通過(guò)二硫鍵和其他分子間相互作用來(lái)維持自身的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，按照溶解性的不同將其分為清蛋白、球蛋白、谷蛋白和醇溶蛋白[53]。Hu Yaqiong等[54]通過(guò)反溶劑沉淀法制備了麥醇溶蛋白膠體顆粒（gliadin colloidal particles，GCP），并將其作為HIPPEs的有效穩(wěn)定劑，在pH值為5明，GCP形成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，乳液表現(xiàn)出較好的穩(wěn)定性，并且在儲(chǔ)存5 個(gè)月后仍能保持較高的穩(wěn)定性。這項(xiàng)研究將液體油轉(zhuǎn)化為具有零反式脂肪酸和較少飽和脂肪酸的黏彈性乳液凝膠，有望替代反式脂肪酸或飽和脂肪酸。Liu Xiao等[55]以小麥面筋蛋白為原料，采用乳化-蒸發(fā)法制備并穩(wěn)定了18 種蛋黃醬替代品——O/W型HIPPEs。這些乳液表現(xiàn)出與蛋黃醬類似的質(zhì)地特性，例如光滑度和黏稠度，且HIPPEs的熱穩(wěn)定性遠(yuǎn)優(yōu)于蛋黃醬。因此，小麥面筋蛋白穩(wěn)定的O/W型HIPPEs的設(shè)計(jì)和構(gòu)建為制備蛋黃醬替代品提供了一種思路。

1.2.5 其他蛋白

就動(dòng)物蛋白而言，明膠是膠原蛋白在不同條件下（如酸、堿、酶或高溫的作用）的變性產(chǎn)物。明膠價(jià)格便宜，容易獲得，且具有良好的凝膠性能，理論上適用于制備Pickering顆粒。然而，由于其強(qiáng)親水性和熱溶解性，能夠穩(wěn)定Pickering乳液的明膠納米顆粒很難獲得[56]。最近，通過(guò)兩步去溶劑法制備的明膠納米顆粒可用于形成具有光滑孔隙和紋理結(jié)構(gòu)的HIPPEs。這類HIPPEs形成的多孔支架表現(xiàn)出良好的細(xì)胞黏附特性，在生物醫(yī)學(xué)工程中具有潛在的應(yīng)用價(jià)值[57]。玉米醇溶蛋白是玉米主要的貯藏蛋白，是一種環(huán)保材料，被認(rèn)為是安全的、可應(yīng)用于食品的蛋白。玉米醇溶蛋白有大量的非極性氨基酸（約占總氨基酸的50%，包括亮氨酸、丙氨酸和脯氨酸），且由于其自組裝能力較強(qiáng)，可以形成相對(duì)疏水的納米顆粒[58]。此外，有研究人員通過(guò)堿提取法獲得了竹菌蛋白，隨后通過(guò)酶促交聯(lián)方法將其轉(zhuǎn)化為蛋白質(zhì)凝膠，質(zhì)量分?jǐn)?shù)1%的竹蛋白凝膠顆粒即可穩(wěn)定HIPPEs。在pH值分別為3、9和11的條件下，竹菌蛋白凝膠顆粒可以產(chǎn)生穩(wěn)定的凝膠狀O/W型HIPPEs，具有優(yōu)異的儲(chǔ)存穩(wěn)定性，為真菌資源的綜合利用提供了新的思路[59]。白蛋白是從動(dòng)物中獲得的天然球狀蛋白，具有緊湊的結(jié)構(gòu)，其中極性基團(tuán)位于外部，非極性基團(tuán)位于內(nèi)部[60]。在Xu Yanteng等[61]的研究中，通過(guò)美拉德反應(yīng)將BSA用半乳糖糖化，以低質(zhì)量分?jǐn)?shù)（0.1%）蛋白包封體積分?jǐn)?shù)80%的十二烷來(lái)穩(wěn)定HIPPEs，糖化的蛋白質(zhì)顆粒有助于形成凝膠狀乳液，該乳液在儲(chǔ)存90 d或在100 ℃加熱15 min期間仍具有優(yōu)異的抗聚結(jié)穩(wěn)定性。這些發(fā)現(xiàn)對(duì)于輕松制備生物相容性的HIPPEs具有重要意義，在食品、化妝品和制藥領(lǐng)域也具有廣闊的應(yīng)用前景。

1.3 穩(wěn)定HIPPEs的復(fù)合物

由于親水性或疏水性不足，天然蛋白質(zhì)本身無(wú)法賦予HIPPEs足夠的穩(wěn)定性。為了克服這一限制，由蛋白質(zhì)和/或多糖形成的復(fù)合膠體顆粒被證明能夠更有效地穩(wěn)定HIPPEs[62]。蛋白質(zhì)組分在均質(zhì)化期間為產(chǎn)生細(xì)小液滴發(fā)揮作用，而多糖組分有助于更好地建立乳液的耐受環(huán)境（溫度、pH值和離子強(qiáng)度）。復(fù)合物的功能性質(zhì)可以通過(guò)改變組分的類型和比例及其制備方法來(lái)調(diào)控。通過(guò)靜電吸引形成的蛋白質(zhì)-多糖復(fù)合物是目前為止最常用的乳化穩(wěn)定劑之一。目前，復(fù)合物膠體顆粒包括蛋白質(zhì)-蛋白質(zhì)復(fù)合物、蛋白質(zhì)-多糖復(fù)合物和多糖-多糖復(fù)合物等。

1.3.1 蛋白質(zhì)-多糖復(fù)合物

蛋白質(zhì)和多糖是兩種最豐富的天然材料，可用于創(chuàng)造新的納米顆粒，因?yàn)樗鼈兡軌蛳嗷プ饔眯纬沙肿咏Y(jié)構(gòu)。一些蛋白質(zhì)顆粒可以自行穩(wěn)定Pickering乳液（如玉米醇溶蛋白納米顆粒），但添加多糖可以改善其性能。蛋白質(zhì)-多糖復(fù)合物顆粒比單個(gè)組分更能穩(wěn)定HIPPEs。蛋白質(zhì)和多糖共價(jià)交聯(lián)形成的復(fù)合物具有較強(qiáng)的乳化性，能吸附在油-水界面上形成空間屏障以防止乳液絮凝，改善乳液液滴的空間穩(wěn)定性[63]，這種復(fù)合物顆粒穩(wěn)定的乳液目前已被應(yīng)用于包封和遞送體系、脂肪替代物以及纖維或膜材料研究中[64]。

最近，Yang Tao等[65]通過(guò)超聲處理從豆渣的不溶性大豆多糖中制備了直徑為160 nm的多糖-蛋白質(zhì)復(fù)合納米顆粒，其在pH 2.0～12.0、離子強(qiáng)度0～500 mmol/L范圍內(nèi)能很好地穩(wěn)定乳液，并且形成的乳液在溫度范圍50～90 ℃表現(xiàn)出優(yōu)異的熱穩(wěn)定性。這項(xiàng)研究結(jié)果不僅對(duì)開發(fā)可適用于保健食品配方的新型HIPPEs具有重要意義，而且對(duì)指導(dǎo)大豆加工副產(chǎn)品的高附加利用值具有重要意義。此外，有研究人員通過(guò)靜電相互作用制備了由玉米蛋白-玉米纖維膠復(fù)合顆粒穩(wěn)定的Pickering乳液，復(fù)合顆粒在油水界面均勻吸附，它的吸附有利于在界面處形成密集堆積層，有助于形成乳液液滴的凝膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，這項(xiàng)研究為制備食品級(jí)Pickering乳液提供了新的思路，該乳液可用作食品配方中生物活性化合物的遞送系統(tǒng)[66]。向基于蛋白質(zhì)顆粒穩(wěn)定的HIPPEs中添加多糖也可調(diào)節(jié)胃腸道。例如，將菊粉顆粒添加到由乳鐵蛋白顆粒穩(wěn)定的HIPPEs中會(huì)延遲其體外胃消化，這主要是由于在油滴周圍形成了一層厚厚的顆粒涂層[67]。在CNCs中添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.01%～0.10%的BSA會(huì)形成靜電CNC-BSA復(fù)合物，它比單獨(dú)的CNCs更具表面活性和黏性[68]。因此，蛋白質(zhì)-多糖復(fù)合物更易于吸附在油滴上并在水相中形成3D網(wǎng)絡(luò)，從而提高乳液穩(wěn)定性并增加乳液黏度[69]。同明，蛋白質(zhì)和多糖顆粒的多樣性為研究人員制備出性能更好的HIPPEs提供了巨大的研究空間。

1.3.2 蛋白質(zhì)-蛋白質(zhì)復(fù)合物

蛋白質(zhì)-蛋白質(zhì)復(fù)合物通常基于靜電吸引力制備用于穩(wěn)定HIPPEs的復(fù)合物顆粒，這些復(fù)合物顆粒的特性可以通過(guò)改變它們的組成和溶液條件來(lái)控制。但是，開發(fā)蛋白質(zhì)-蛋白質(zhì)復(fù)合物作為HIPPEs穩(wěn)定劑的研究比較有限。酶交聯(lián)是制備蛋白質(zhì)-蛋白質(zhì)復(fù)合物顆粒的有效途徑之一。Glusac等[70]將溶解在水相中的馬鈴薯蛋白和溶解在油相中的玉米醇溶蛋白通過(guò)酶促交聯(lián)制備了包含體積分?jǐn)?shù)40%油相的乳液。研究結(jié)果表明，與未交聯(lián)的蛋白質(zhì)相比，交聯(lián)復(fù)合物顆粒穩(wěn)定的乳液在界面上顯示出更高的蛋白質(zhì)吸附百分比，交聯(lián)的蛋白質(zhì)復(fù)合物顆粒制備的乳液在一個(gè)月內(nèi)都很穩(wěn)定。Wei Zihao等[71]通過(guò)靜電相互作用制備卵轉(zhuǎn)鐵蛋白-溶菌酶復(fù)合物顆粒以穩(wěn)定HIPPEs，在油相體積分?jǐn)?shù)為75%的情況下，當(dāng)顆粒質(zhì)量分?jǐn)?shù)從0.5%增加到2.0%明，其液滴尺寸從81.4 μm減小到42.4 μm；由于凝膠狀結(jié)構(gòu)，乳液在長(zhǎng)期儲(chǔ)存期間表現(xiàn)出優(yōu)異的穩(wěn)定性，與普通油相比，復(fù)合物顆粒的脂肪分解能力提高了39.4%，膠囊化姜黃素的生物可利用性提高了22.2%，這表明其有望成為疏水性保健品的有效載體。目前，素食和純素飲食日益普及，植物蛋白作為乳化劑的使用也在增加。植物蛋白在組成、結(jié)構(gòu)和功能方面具有多樣性。使用不同的植物蛋白開發(fā)蛋白質(zhì)-蛋白質(zhì)復(fù)合顆粒還可以平衡氨基酸比例并提高營(yíng)養(yǎng)價(jià)值[72]。因此，從植物蛋白中開發(fā)蛋白-蛋白復(fù)合顆粒并將其應(yīng)用在HIPPEs領(lǐng)域具有廣闊的研究空間。

1.3.3 多糖-多糖復(fù)合物

多糖-多糖復(fù)合物主要由帶相反電荷的多糖之間的靜電相互作用形成[7]。基于多糖復(fù)合顆粒的適度潤(rùn)濕性，它們可以吸附在油水界面上形成界面膜，這些薄膜通過(guò)空間排斥作用防止油滴發(fā)生聚集，從而制備穩(wěn)定的乳液。在復(fù)合物顆粒具有很強(qiáng)凈電荷的情況下，液滴之間也會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)的靜電排斥力，這也可以改善乳液的穩(wěn)定性。因此，多糖-多糖復(fù)合物顆粒具有穩(wěn)定HIPPEs的巨大潛力，其制備方法和應(yīng)用在近幾十年中備受關(guān)注。

殼聚糖-海藻酸鹽微膠囊、殼聚糖-阿拉伯膠納米顆粒、陽(yáng)離子瓜爾膠-CNCs和陽(yáng)離子瓜爾膠-甲殼素納米晶體薄膜等都是多糖復(fù)合物顆粒研究對(duì)象[73]。多糖-多糖復(fù)合物已廣泛用于乳液的形成和穩(wěn)定[74]、生物活性化合物的包封[75]以及藥物緩釋[76]。目前，已有許多關(guān)于利用陽(yáng)離子殼聚糖與陰離子多糖復(fù)合形成HIPPEs的研究。例如，殼聚糖與GA、OSA-淀粉、CNCs和海藻酸鹽復(fù)合制備具有中等潤(rùn)濕性的復(fù)合物顆粒，可用于形成穩(wěn)定的HIPPEs[77]。由殼聚糖和OSA-淀粉復(fù)合物制備和穩(wěn)定的HIPPEs已被證明可以保護(hù)脂肪酸免于降解[78]。Pang Bo等[79]在超聲處理的鋪助下，通過(guò)雙醛支鏈淀粉和殼聚糖之間的反應(yīng)制備了一種生物基納米顆粒，即雙醛支鏈淀粉-殼聚糖復(fù)合物納米顆粒，可用于穩(wěn)定O/W型HIPPEs，此外，其在極端環(huán)境下也表現(xiàn)出很高的穩(wěn)定性。通過(guò)氫鍵組裝的OSA-淀粉和單寧酸復(fù)合物顆粒已經(jīng)用于制備穩(wěn)定的HIPPEs[80]，可用于封裝β-胡蘿卜素并保護(hù)其免受氧化，并且乳液的屬性可以通過(guò)改變溫度、調(diào)節(jié)氫鍵強(qiáng)度來(lái)控制。

2 基于生物大分子的HIPPEs在食品中的應(yīng)用

目前，HIPPEs在生物組織支架、傳感器及多孔材料的構(gòu)建等方面有廣泛應(yīng)用。天然生物大分子穩(wěn)定的HIPPEs因其無(wú)毒無(wú)害和生物可降解性的優(yōu)點(diǎn)拓展了其在食品中的應(yīng)用，相對(duì)于傳統(tǒng)乳液，天然生物大分子穩(wěn)定的HIPPEs安全性有所提高，應(yīng)用于食品領(lǐng)域?qū)⒏踩⒏】礫81]。

2.1 抑制脂質(zhì)的氧化

脂質(zhì)氧化過(guò)程中，不飽和脂質(zhì)與氧相互作用產(chǎn)生氫過(guò)氧化物，這會(huì)導(dǎo)致食物中存在潛在的致癌物和易誘發(fā)人體產(chǎn)生炎癥的物質(zhì)[82]。控制乳液中的脂質(zhì)氧化速率是一項(xiàng)重大挑戰(zhàn)，研究人員也提出了許多不同的策略，包括控制環(huán)境條件（如氧氣、光線和溫度）、改變固體顆粒濃度、添加抗氧化劑、添加螯合劑以及設(shè)計(jì)液滴界面性質(zhì)等[83]。食品級(jí)顆粒穩(wěn)定劑可以抑制脂質(zhì)氧化，其有效性主要取決于顆粒的性質(zhì)和環(huán)境因素。蛋白質(zhì)膠體顆粒可以通過(guò)清除自由基、螯合促氧化過(guò)渡金屬來(lái)抑制脂質(zhì)氧化，也可以通過(guò)靜電或空間相互作用在油脂液滴周圍形成致密層來(lái)阻礙界面上金屬離子的進(jìn)入，或者由于其厚度和密度而形成空間屏障從而抑制乳液中的脂質(zhì)氧化[84]。可以抑制脂質(zhì)氧化的蛋白質(zhì)包括酪蛋白、乳清蛋白、明膠、大豆蛋白、BSA、玉米醇溶蛋白和馬鈴薯蛋白等[85]。其他研究還表明，HIPPEs中顆粒穩(wěn)定劑對(duì)油滴表面的強(qiáng)吸附可以防止膽汁鹽的置換和脂肪酶的吸附，從而減少脂肪分解[86]。Huang Xiaonan等[87]制備了殼聚糖-酪蛋白磷酸肽納米復(fù)合物穩(wěn)定的HIPPEs，由于復(fù)合物在油滴周圍形成了致密的界面層，因此抑制了乳液儲(chǔ)存和消化過(guò)程中脂質(zhì)的氧化（圖2）。乳液中一次氧化的過(guò)氧化氫含量和二次氧化的丙二醛含量分別為13 mmol/kg油和1 mmol/kg油，在60 ℃儲(chǔ)存10 h期間，二次氧化的過(guò)氧化氫含量遠(yuǎn)低于普通油（20 mmol/kg油）。Xiao Yongmei等[88]發(fā)現(xiàn)甲殼素穩(wěn)定的Pickering乳液中脂肪消化的速率和程度顯著低于酪蛋白鈉穩(wěn)定的乳液，還原游離脂肪酸的釋放結(jié)果表明，消化60 min后，甲殼素穩(wěn)定的Pickering乳液中僅釋放6%的游離脂肪酸，而蛋白質(zhì)穩(wěn)定的Pickering乳液中釋放了26%的游離脂肪酸。

圖2 殼聚糖-酪蛋白磷酸肽納米復(fù)合物穩(wěn)定的HIPPEs物理性質(zhì)及乳液消化微觀結(jié)構(gòu)示意圖[87]Fig.2 Schematic representation of microstructures of chitosancaseinophosphopeptides nanocomplexes stabilized HIPPEs and physical performance and digestion fate of emulsions[87]

2.2 作為反式脂肪酸的替代品

許多常見的食物都是以乳液形式存在的，例如甜點(diǎn)、調(diào)味料和涂抹醬。由于脂肪晶體網(wǎng)絡(luò)的形成，這些食品大多都是半固體質(zhì)地，這就要求食品制造商使用在室溫下能夠部分結(jié)晶的脂肪源，如氫化油。然而過(guò)度攝入反式脂肪酸會(huì)造成心血管疾病，研究人員發(fā)現(xiàn)基于天然生物大分子的HIPPEs能夠作為反式脂肪酸的替代品，因?yàn)樗鼈兡軌蚋纳剖称返馁|(zhì)地、感官質(zhì)量和消化率。Li Ruren等[89]制備了幾種不含反式脂肪的HIPPEs，結(jié)果發(fā)現(xiàn)由蛋白顆粒穩(wěn)定的橄欖油、玉米油、大豆油和葵花油所形成的乳液在加熱和凍融過(guò)程中表現(xiàn)出良好的穩(wěn)定性，可作為部分氫化油的替代品。同樣，小麥面筋蛋白顆粒穩(wěn)定的油相為葵花油的HIPPEs可作為蛋黃醬替代品。與蛋黃醬相比，該乳液在90 ℃條件下30 min表現(xiàn)出優(yōu)異的熱穩(wěn)定性，而蛋黃醬會(huì)因漏油而完全塌陷。這些結(jié)果表明，不含反式脂肪的HIPPEs可作為部分氫化油的安全替代品，具有降低冠心病風(fēng)險(xiǎn)的潛力（圖3）[55]。此外，由纖維素微纖維和葵花油制備的HIPPEs的總熱量和脂肪含量低于黃油，這類HIPPEs可以減少熱量的攝入[90]。但是，還需要進(jìn)一步研究這些乳液對(duì)食品感官特性的影響，例如它們的風(fēng)味、口感和質(zhì)地。雖然HIPPEs可以提高食品的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值，但也必須考慮它們對(duì)食品功能屬性和感官屬性的影響，從而進(jìn)一步完善其在食品中的應(yīng)用。

圖3 小麥面筋蛋白穩(wěn)定O/W型HIPPEs制備示意圖[55]Fig.3 Schematic representation of the preparation of wheat gluten protein-stabilized oil-in-water HIPPEs[55]

2.3 封裝和遞送營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)

生物活性營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)能在一定程度上保護(hù)人們免受因生活方式不健康而引發(fā)的相關(guān)疾病，但是，由于環(huán)境壓力，功能性營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)如類胡蘿卜素、脂肪酸、植物甾醇、多酚和維生素等，在胃腸道靶向部位的生物活性和生物利用度在很大程度上受到了損失，極易在光、酶、極端pH值、高溫和氧氣的條件下降解，而HIPPEs能夠阻止或減少此類活性物質(zhì)的降解。由于HIPPEs具有較高的負(fù)載能力和良好的穩(wěn)定性，生物活性分子封裝于HIPPEs后在胃腸道環(huán)境中的降解顯著降低，表明其可用于營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的封裝和控釋[91]，但HIPPEs的封裝效率不僅取決于顆粒的界面特性，還取決于顆粒的化學(xué)成分。

Tan Huan等[92]研究了明膠顆粒穩(wěn)定的HIPPEs包封β-胡蘿卜素的體外消化情況，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，與普通油相比，乳液在儲(chǔ)存27 d后顯示出非常高的β-胡蘿卜素保留率（90%），這是由于明膠顆粒的存在阻礙了自由基和促氧化劑的擴(kuò)散。基于藜麥淀粉顆粒的Pickering乳液也具有較高的包封效率和良好的包封穩(wěn)定性，Marefati等[93]研究了未經(jīng)熱處理和熱處理的淀粉基Pickering乳液在24 h儲(chǔ)存期間的穩(wěn)定性，發(fā)現(xiàn)經(jīng)過(guò)熱處理的Pickering乳液比未經(jīng)熱處理的Pickering乳液顯示出更好的包封穩(wěn)定性，并且通過(guò)比較含膽鹽和不含膽鹽的體外模擬腸道消化的物理穩(wěn)定性，發(fā)現(xiàn)含膽鹽的樣品表現(xiàn)出更大程度的變化，并且這些變化在熱處理樣品中更為明顯。由復(fù)合多糖顆粒穩(wěn)定的Pickering乳液也顯示出對(duì)生物活性物質(zhì)具有良好的包封和釋放性能。殼聚糖-GA納米粒子穩(wěn)定的HIPPEs對(duì)姜黃素的包封率高達(dá)94%，并且能夠在模擬的小腸條件下控制姜黃素的釋放，這一亮點(diǎn)凸顯了HIPPEs對(duì)封裝生物活性成分的重要意義[94]。HIPPEs在腫瘤環(huán)境中還表現(xiàn)出良好的pH響應(yīng)性釋放，體外實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，兩種藥物共載HIPPEs對(duì)白血病細(xì)胞的殺傷效率是單個(gè)藥物殺傷效率的2 倍（圖4）[95]。迄今為止，HIPPEs封裝和遞送生物活性物質(zhì)的研究成果顯著，但HIPPEs的復(fù)雜性和高成本限制了其在商業(yè)化領(lǐng)域中的應(yīng)用。

圖4 親水性和疏水性不相容的抗癌藥物共同封裝在納米顆粒穩(wěn)定的HIPPEs中以實(shí)現(xiàn)協(xié)同癌癥治療示意圖[95]Fig.4 Schematic diagram of anticancer drugs with incompatible hydrophilic and hydrophobic properties encapsulated in nanoparticlesstabilized HIPPEs to achieve synergistic cancer treatment[95]

2.4 3D打印食品

食品3D打印技術(shù)是一種新的食品加工技術(shù)，可以針對(duì)不同的人做個(gè)性化配方和外觀[96]。此外，3D打印食物可以設(shè)計(jì)易于服用的食物質(zhì)地，為老年人提供特定的營(yíng)養(yǎng)素，為兒童、孕婦和具有適當(dāng)營(yíng)養(yǎng)需求的運(yùn)動(dòng)員定制食物[97]。近年來(lái)，HIPPEs因其高黏度特性和良好的穩(wěn)定性廣泛用于多孔材料的3D打印。食品級(jí)HIPPEs可以通過(guò)噴嘴擠出特殊形狀的食品，如字母、蘋果、海龜?shù)龋?D打印食品領(lǐng)域應(yīng)用潛力巨大[98]。因此，HIPPEs應(yīng)用于食品3D打印有助于拓展乳液體系在新興食品中的應(yīng)用范圍。Feng Tingting等[99]用肉桂醛和茶籽油作為HIPPEs的混合油相，發(fā)現(xiàn)隨著肉桂醛含量的增加，乳液的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和黏彈性降低，而3D打印產(chǎn)品的分辨率和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性也降低，產(chǎn)品表現(xiàn)出不良的表面粗糙度和結(jié)構(gòu)塌陷狀態(tài)。較高的儲(chǔ)能模量可以提供更好的打印精度和產(chǎn)品分辨率，改善產(chǎn)品的外觀，有助于結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性并保持產(chǎn)品的形狀；而較低的儲(chǔ)能模量會(huì)導(dǎo)致印刷產(chǎn)品塌陷，并且會(huì)由于支撐結(jié)構(gòu)的機(jī)械強(qiáng)度不足而使結(jié)構(gòu)不完整。因此，只有在打印前表征乳液的流變性能并選擇合適的儲(chǔ)能模量才能使乳液從噴嘴中平滑擠出，從而使得乳液有足夠的強(qiáng)度以制成所需要的產(chǎn)品形狀。此外，離子強(qiáng)度、pH值等因素也會(huì)對(duì)HIPPEs的流變性能產(chǎn)生影響，從而進(jìn)一步影響3D打印效果[100]。有研究人員成功制備了由鱸魚蛋白微凝膠顆粒穩(wěn)定的HIPPEs，其內(nèi)相體積分?jǐn)?shù)是高達(dá)88%的O/W型乳液，鱸魚蛋白（sea bass protein，SBP）微凝膠顆粒穩(wěn)定了負(fù)載蝦青素的HIPPEs，研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)高濃度的蛋白質(zhì)可以使乳液具有更強(qiáng)的黏彈性和優(yōu)異的觸變性，而3D打印實(shí)驗(yàn)也證實(shí)了HIPPEs的可擠出性、打印性能和自支撐性能（圖5）[101]。如果將HIPPEs應(yīng)用于食品3D打印，僅研究HIPPEs能否通過(guò)噴嘴成功擠出以及外觀和營(yíng)養(yǎng)的因素是不夠的，打印產(chǎn)品的保質(zhì)期也需要考慮。目前的研究表明，顆粒濃度的增加可以提高乳液的穩(wěn)定性，有利于HIPPEs在食品中的應(yīng)用[102]。盡管當(dāng)前還缺乏基于HIPPEs的3D打印研究，但3D打印已廣泛應(yīng)用于食品領(lǐng)域，并已成為食品行業(yè)的研究熱點(diǎn)。廣泛使用價(jià)格低廉的植物蛋白穩(wěn)定食品級(jí)HIPPEs并將其應(yīng)用到3D打印領(lǐng)域是未來(lái)研究的重要方向，憑借其可操作性和便利性的優(yōu)勢(shì)，食品的3D打印極有可能成為現(xiàn)代人生活中不可或缺的一部分。

圖5 SBP微凝膠顆粒制備穩(wěn)定的HIPPEs負(fù)載蝦青素在3D打印中的應(yīng)用示意圖[101]Fig.5 Schematic illustration of the fabrication of sea bass protein microgel particles stabilized astaxanthin-loaded HIPPEs in 3D printing[101]

2.5 包埋益生菌

長(zhǎng)期食用優(yōu)質(zhì)益生菌可調(diào)節(jié)腸道菌群的組成，顯著改善嬰幼兒和成人的胃腸道健康，從而降低胃腸道等疾病的發(fā)病率[103]。在儲(chǔ)存期間或經(jīng)過(guò)胃腸道的過(guò)程中，益生菌的活力通常會(huì)喪失，特別是加工溫度的升高、極端pH值和膽汁酸都可能會(huì)破壞益生菌[104]。許多研究表明微囊化是一種在不利環(huán)境中保護(hù)益生菌的新方法，但在食品生產(chǎn)中采用益生菌粉末進(jìn)行微囊化的方法仍有欠缺。目前，包埋在致力于提高益生菌在不利環(huán)境中的存活率方面表現(xiàn)出很高的潛力，不僅可以為益生菌創(chuàng)造良好的生存條件，還可阻止胃腸道液體中的成分與它們相互作用[105]。而HIPPEs可用于封裝食品中的益生菌，從而保護(hù)益生菌在儲(chǔ)存期間和胃腸道內(nèi)的生物活性[50]。將益生菌分散在油相中，構(gòu)建低水分O/W型HIPPEs可以達(dá)到很好的水分隔離效果，防止益生菌因水活化而失去活性。同明，HIPPEs可調(diào)節(jié)孔隙結(jié)構(gòu)，抵抗機(jī)械攪動(dòng)，進(jìn)一步增強(qiáng)益生菌在加工過(guò)程中的活性[106]。此外，有研究表明，用乳清蛋白分離物-表兒茶素沒(méi)食子酸酯（whey protein isolate-epigallocatechin-3-gallate，WPI-EGCG）共價(jià)結(jié)合穩(wěn)定的HIPPEs可能有利于提高植物乳桿菌的儲(chǔ)存和在胃腸道的活力，在儲(chǔ)存和體外模擬胃腸道消化14 d后，用HIPPEs封裝植物乳桿菌粉末成功地提高了腸道活細(xì)胞總數(shù)（圖6）[107]。總之，HIPPEs有可能在食品加工和儲(chǔ)存過(guò)程中保留益生菌的活性。

圖6 WPI-EGCG共價(jià)偶聯(lián)物穩(wěn)定HIPPEs包封植物乳桿菌的工藝流程圖[107]Fig.6 Process flow chart for Lactobacillus plantarum encapsulation of HIPPEs stabilized with whey protein isolate-epigallocatechin-3-gallate covalent conjugate[107]

3 結(jié)語(yǔ)

天然生物大分子及其復(fù)合物組裝而成的固體顆粒具有生物相容性、低毒性風(fēng)險(xiǎn)和可再生等特點(diǎn)，是一種優(yōu)異的HIPPEs穩(wěn)定劑。隨著HIPPEs的發(fā)展，天然生物大分子穩(wěn)定的HIPPEs表現(xiàn)出獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，如高安全性、穩(wěn)定性、環(huán)保可降解等，在食品、醫(yī)藥、環(huán)境和化妝品等領(lǐng)域應(yīng)用潛力巨大。因此，從天然物質(zhì)中分離和鑒定新的固體顆粒作為HIPPEs的有效穩(wěn)定劑將成為未來(lái)的一個(gè)重要研究方向。

盡管目前開發(fā)的基于天然生物大分子的HIPPEs在食品領(lǐng)域中應(yīng)用具有許多優(yōu)勢(shì)，但也存在一些缺陷，比如穩(wěn)定劑的制備方式大多局限在對(duì)天然生物大分子進(jìn)行親疏水改性調(diào)控性能，而大多明候天然生物大分子的改性修飾是通過(guò)化學(xué)方法實(shí)現(xiàn)的，這不符合環(huán)境友好的特點(diǎn)，因此HIPPEs穩(wěn)定劑的制備方法還需進(jìn)一步研究。在營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的包封和遞送方面，要想實(shí)現(xiàn)活性物質(zhì)從乳液中可控保留和釋放還需要更多的探索和發(fā)現(xiàn)。而用于穩(wěn)定HIPPEs的天然生物大分子，如蛋白質(zhì)、多糖及其復(fù)合物顆粒，也可能會(huì)在某些特殊人群中引起一些過(guò)敏反應(yīng)，所以在商業(yè)化應(yīng)用之前還需要評(píng)價(jià)其有效性和安全性。此外，科研工作者更多的是把目光集中在HIPPEs的應(yīng)用方面，至于天然生物大分子在HIPPEs界面的組裝行為及穩(wěn)定機(jī)制研究尚有欠缺。因此，探索新的改性方法使HIPPEs穩(wěn)定劑的制備過(guò)程綠色安全、簡(jiǎn)單易行，揭示天然生物大分子在HIPPEs界面的組裝行為及穩(wěn)定機(jī)制，同明開發(fā)出更多可直接用于穩(wěn)定HIPPEs的生物大分子以及探究使之適應(yīng)的各種食品加工條件至關(guān)重要，這些問(wèn)題都需要后續(xù)對(duì)HIPPEs進(jìn)行更加深入的研究，以期真正實(shí)現(xiàn)它們的商業(yè)化應(yīng)用。