食品级皮克林乳液的稳定机制及稳定性研究进展

朱雨晴,刘 伟,陈 兴,成 策,邹立强

(南昌大学食品科学与技术国家重点实验室,江西南昌 330047)

乳状液,简称乳液,通常是指两个互不相溶的液相,其中一相分散在另外一相中形成的悬浮液[1],乳状液广泛存在于各种食品体系,如牛奶、奶油、果汁、婴儿食品、蛋黄酱、沙拉酱、黄油等。乳液是一个亚稳态系统,有自发分层的趋势,生产过程中需要使用稳定剂来提高其稳定性,延长食品的货架期。常用的稳定剂可分为增稠剂和乳化剂,传统的乳化剂一般是各种小分子表面活性剂或双亲性的生物高分子。近年来,由于消费者对于“绿色食品”和“清洁标签”的关注逐渐增多,研究者更倾向于利用生物来源的材料稳定乳液,以增加食品乳液的安全性和环境相容性,研究食品级乳液的稳定剂及其稳定机制已成为食品领域的迫切需求,因此皮克林乳液具有广阔的应用前景。

皮克林乳液(Pickering emulsion)是指由固态胶体粒子稳定的乳液。这一现象由Ramsden[2]于1903年首次发现,但是Pickering[3]于1907年第一次在公开出版物上描述了这一现象。与传统乳液相比,皮克林乳液具有许多独特的优点[4]:在制备过程中不必使用无机高分子类型的表面活性剂[5-8],其稳定剂可以用天然生物来源的物质代替,如蛋白质,多糖,脂质等;改变体系的pH,离子强度,温度以及油相组成,皮克林乳液仍具有较好的稳定性[9-10];根据实际情况的需求,改变油相组成或粒子的类型即可改变流体的类型;此外,皮克林乳液还具有良好的环境相容性[11]。常用于稳定皮克林乳液的粒子有:脂质粒子,多糖粒子,蛋白粒子,无机粒子等[12-14]。因此,皮克林乳液在食品、药学、造纸、化妆品等领域有着十分重要的应用价值和广阔的应用前景。然而,传统乳化剂中的表面活性剂分子的安全性引起了人们的担忧[15],无机粒子稳定的皮克林乳液的生物降解能力和生物相容性会限制其在食品和药学领域的应用,例如锂皂石、蒙脱石、羟磷灰石等粒子的不可食用性使其很难应用在食品体系中[16]。因此,研究食品级的粒子作为皮克林乳液的稳定剂,对食品级的皮克林乳液的稳定性进行调控及扩大其应用范围已成为乳液研究的迫切需求。本文综述了皮克林乳液的稳定机制,降解现象以及调控手段,旨在为研究开发食品级皮克林乳液提供理论参考。

1 皮克林乳液的稳定机制

传统乳液主要是通过双亲性的表面活性剂分子吸附在油水界面上,减小界面张力来稳定乳液体系的。皮克林乳液的稳定机理不同于传统乳液,是通过固态胶体粒子吸附在界面上,改变空间位阻或改变界面及连续相的流变性来稳定的。Emanuele等[17]利用硅胶颗粒稳定皮克林乳液,发现硅胶颗粒的吸附不会改变油/水界面张力,这说明皮克林乳液的稳定机制不同于传统的表面活性剂分子。固态胶体粒子必须满足一定的条件才能作为皮克林乳液的稳定剂[16]:粒子应在两相中均有一定程度的润湿性却不溶于任何一相;粒子应具有恰当的润湿性从而拥有足够的界面吸附效率;粒子应该与其稳定的乳液液滴粒径至少相差一个数量级。由于对两相的不同亲和性,粒子会吸附在界面上并使界面向其亲和性较差的一相弯曲,在油水界面形成三相接触角θ(图1),三相接触角的大小决定了乳液的类型,即O/W型或W/O型[18]。当接触角θ小于90°时,粒子表现为更亲水,形成O/W型乳液,当接触角θ大于90°时,粒子表现为更亲油,形成W/O型乳液[19-21]。研究表明[22-23],当三相角大小接近于90°时,胶体粒子能赋予乳液最大的稳定性。And等[24]研究SiO2粒子稳定乳液时发现,如果三相角的大小接近于0°或180°,粒子表现为过于亲水或疏水,更倾向于分散在水相或油相中,对另一相的润湿性较差,而不能稳定乳液体系。目前研究中仅有Janus颗粒在三相角接近于0°或180°时,仍具有较强的表面活性[25]。

图1 胶体颗粒在油-水界面上形成的三相接触角(a)亲水粒子接触角θ<90 °;(b)亲油粒子接触角θ>90 °[18]。Fig.1 The three contact angle of colloid particles at oil-water interface(a)the contact angle of hydrophilic particles<90 °;(b)the contact angle of lipophilic particles>90 °

皮克林乳液的稳定机制主要是通过增加空间位阻,改变界面性质或连续相的流变学性质来稳定乳液[26-27]。用于稳定乳液的粒子在水相和油相中具有一定的润湿性,因此可以吸附在油水界面上,形成致密的界面颗粒膜,防止乳液液滴的聚集。粒子在界面上的解吸能可按以下公式计算:

E=πr2γow(1-|cosθ|)2

式(1)

式中,r是粒子的半径,γow是油水界面的界面张力,θ是三相角[26,28]。依公式(1)计算,在接触角为90°时,半径为10 nm的粒子在油水界面处所需的解吸能远大于热能,这说明粒子在界面上的吸附是不可逆的[29],与表面活性剂分子的可逆吸附相比,皮克林乳液具有优良的稳定性。界面上的固体粒子通过毛细管力的作用结合在一起,形成紧密有序的排列,使得界面膜的性质接近于弹性固体,保护和阻止乳液液滴间的聚结,极大地改善了界面膜的流变性和剪切性,从而使乳液的稳定性大大提高[30]。有研究表明,颗粒形成的界面膜在外界压力下可以被压缩成折叠和褶皱的状态,从而防止液滴之间的相互聚集,维持乳液的稳定[31]。影响颗粒膜稳定性的因素有电解质种类及浓度,电场强度,pH,紫外光等,因此可以通过调节这些外部因素来调节皮克林乳液的稳定性。

皮克林乳液的第二种稳定机制是固体颗粒三维网络结构的学说[32]。粒子形成三维网状的结构将油滴包裹在其中(图2),这种结构大多出现在由粘土粒子(如蒙脱石、高岭土、水滑石粒子等)稳定的乳液中,不同粒子的表面与侧边在范德华力的作用下相互吸引,形成面和边的缔合结构,导致粘土粒子相互连接形成聚集体[33]。Abend等[4]研究粘土粒子和氢氧化物粒子共同稳定的乳液时发现,粒子之间形成了三维网状结构,将分散的油滴固定在其中,且连续相中的网状结构阻止了液滴之间的相互聚集,提高了乳液体系的稳定性[34]。另一方面,Dickinson等[35]发现,粒子形成的三维网状结构可以明显提高乳液的粘度,降低了液滴和颗粒的运动速率,也阻止了油滴的上浮或者水滴的沉降,从而防止液滴聚集乳液分层。

图2 固体颗粒形成三维网状结构包裹油滴Fig.2 The three-dimensional network structure embedding oil droplets fabricated by solid particles

此外,胶体粒子还可以通过较低程度的絮凝来维持乳液体系的稳定,形成的粒子絮凝体自身可以相互交联,也可以与一部分连续相相互作用形成网状结构,提高体系的粘度。Juarez等[36]研究表明,较低程度的粒子聚集或絮凝可以增强乳液的稳定性。在这种体系中,粒子形成的空间位阻不是简单的双分子层或单分子层,也不需要紧密地包裹液滴,而是通过桥联絮凝作用,相邻的液滴可以共享吸附在界面上的粒子,从而增大体系的粘度,减缓液滴沉降的速率,提高乳液的稳定性[35]。

2 皮克林乳液的降解

食品级的乳液通常要求其具备良好的长期稳定性,保证食品有较长的货架期。然而在制备、长期储藏和加工过程中随着外界环境变化(pH、粒子浓度、离子强度、电荷等),皮克林乳液的理化性质会发生改变。了解这些降解机制对于提高食品的长期稳定性,改善食品品质有着重要意义。乳液降解的机制大致分为物理降解和化学降解,物理降解主要包括絮凝、乳析、聚集、沉淀、奥氏熟化和相转化[37],化学降解主要包括脂质氧化。

2.1 物理降解

由于油相和水相具有互不相容的分子,因此整个乳液体系是热力学不稳定体系,并有快速分层的趋势。乳液体系的自由能可按以下公式计算:

ΔG=γΔA

式(2)

式中γ是油-水界面的张力,ΔA是体系的总界面面积[18]。该式表明降低自由能可以延缓乳液分层的速率,传统乳液一般使用表面活性剂和增稠剂来稳定体系[38]。这是由于双亲性的表面活性剂可以吸附在油、水界面上,减小界面张力从而降低体系的自由能。然而表面活性剂的吸附是可逆的,外界环境发生变化时,表面活性剂分子从界面脱落下来,使得界面张力增加,乳液分层,从而使其感官和理化性质恶化。所有的食品体系的界面张力均为正值,因此相分层的趋势始终存在[18]。

作为热力学不稳定系统,皮克林乳液在储藏过程中会经历多种降解过程。最为常见的是重力沉降,沉降的过程遵循斯托克斯定律(Stokes law),即

式(3)

式中,v是重力沉降速度,η1是连续相的粘度,r是液滴的半径,ρ1和ρ2分别是分散相和连续相的密度[18],由于密度的差异,乳液倾向于乳析或沉淀,最终导致宏观上的乳液分层现象。该式表明,增大体系的粘度或减小液滴的粒径可以延缓沉降速度。这可以通过机械处理,增加作为皮克林乳液稳定剂的颗粒浓度或改变粒子润湿性来实现,例如,将新鲜牛奶进行均质或向其中加入增稠剂就是为了抑制牛奶的分层现象。第二种物理降解的类型是乳液液滴絮凝,在这个过程中两个及以上的乳液液滴相互聚集形成絮凝团,但是液滴之间并不相互融合,因而液滴可以保持其原来的性质且絮凝在一定条件下可逆。这一现象主要是由于作为皮克林乳液稳定剂的粒子数目不足以包裹液滴表面或液滴之间的相互作用力变化引起的,即吸引力大于排斥力。因此可通过调节稳定皮克林乳液粒子的润湿性和浓度来调节乳液的稳定性。乳液体系的作用力可用下式表示:V=VVDW+VE+VSR,VVDW,VE,VSR分别是范德华力,静电作用力和短程互作势能[39]。静电斥力的减弱会加剧乳液的絮凝。絮凝的方式与粒子的浓度有关,当粒子浓度较低时会引发桥联絮凝,当粒子浓度较高时会引发损耗絮凝[40]。第三种降解类型是液滴聚集,这是由于粒子覆盖着液滴的固体弹性膜破裂导致的,液滴相互融合而不能保持原有的性质,该过程不可逆。液滴聚集会导致界面面积减小以及乳液多分散性的增加从而加速液滴粗化,如果过度聚集,在乳液上端会析出明显的油层,对乳液的性质有着严重的影响[18]。第四,乳液会经历奥氏熟化,即在具有一定程度的多分散性的乳液中,由于拉普拉斯压力的差异,粒径小的液滴会向粒径大的液滴转移,从而使液滴粒径变大导致乳液聚集,最终会导致宏观上的分层现象[36]。不同于传统乳液,由于液滴收缩存在巨大的能量障碍(粒子在界面上形成的空间位阻)以及粒子在界面上的不可逆吸附,皮克林乳液几乎不发生奥氏熟化[41-42]。第五,乳液会经历相转化,即最初的分散相变成连续相,反之亦然。这是因为分散相的体积分数增加到一定程度导致体系的粘度骤减。触发相反转的因素通常是环境因素的改变,如温度,离子强度,pH以及胶体粒子的润湿性的变化等[43-44]。

2.2 化学降解

皮克林乳液的化学降解机制与传统乳液类似,以多不饱和脂肪酸的氧化为主。在皮克林乳液的制备和储藏过程中,脂质氧化是导致营养物质和感官质量劣变的主要原因,同时会诱导生物活性物质的氧化降解,伴随着不愉快的气味和有毒物质产生,缩短了乳液产品的货架期[45]。食品体系复杂的微观结构使得研究者很难弄清其氧化机制。在目前的研究中,界面的组成和性质通常被认为是抑制脂质氧化的重要因素,不同结构组成的界面可通过改变界面处的空间位阻来减缓脂质氧化[46]。许多研究者前期的工作证实了皮克林乳液良好的化学稳定性。与传统乳液相比,高粱醇溶蛋白稳定型的皮克林乳液通过减小界面面积、增加界面层厚度以及改变界面氨基酸组成和电荷性质,增强了乳液的抗氧化性[45];酪蛋白纳米粒子稳定型乳液具有良好的脂质氧化稳定性亦可部分归因于其高界面覆盖率和形成的较厚的界面层。有研究表明,增加单位界面吸附的蛋白质的质量和界面层的数量可以提高乳液的抗氧化性[47]。除此之外,界面的静电电荷也是影响脂质氧化的重要因素,研究表明,由阴离子表面活性剂稳定的乳液比非离子或阳离子表面活性剂稳定的乳液更容易氧化[48],这可能是由于带阳离子的界面会排斥金属离子(金属离子可作为强助氧化剂),而带阴离子的界面会吸附金属离子,从而触发脂质氧化。因此,皮克林乳液可通过改变粒子表面的电荷性质和电荷量,改变界面性质,抑制脂质氧化。

皮克林乳液的降解极大地破坏了乳液的稳定性,使得乳液品质下降,给生产加工过程带来许多负面影响。寻找提高乳液稳定性及改善乳液品质的方法已成为当前研究的迫切需求,现阶段常用的方法有粒子修饰,协同稳定,通过环境因素调控以及改变粒子浓度等。

3 皮克林乳液的稳定性调控

从皮克林乳液降解的原因来看,作为皮克林乳液稳定剂粒子的润湿性,浓度,尺寸大小以及环境/加工因素是影响皮克林乳液稳定性的重要原因。因此,皮克林乳液的稳定性可通过粒子修饰,多组分协同稳定,调节环境因素来调控。

3.1 粒子修饰

粒子的润湿性是能否有效稳定皮克林乳液的关键因素之一。由于某些粒子的高度亲水性或疏水性,使得其作为界面稳定剂时形成的三相接触角接近于0°或180°,此时粒子在界面上的吸附能较小(公式1)易从界面上解吸下来,粒子更倾向于分散在水相或油相中而不能稳定乳液,导致乳液分层。因此,常通过修饰粒子改善其润湿性,从而改变粒子在界面的接触角来增强乳液的稳定性。修饰常用的方法有界面吸附和化学嫁接,界面吸附依靠的是分子间的静电相互作用,通过改变粒子的表面电荷和疏水性来调节粒子在两相中的润湿性[49]。界面吸附通常是通过非共价键作用使小分子和聚合物吸附到粒子表面,Ye等[50]制备了用辛烯基琥珀酸酐(OSA)修饰的淀粉纳米颗粒稳定的皮克林乳液,结果说明粒子之间的相互作用形成了致密的界面膜,使体系的粘度增大,从而使皮克林乳液表现出凝胶状的性质,增强了乳液的稳定性;Zafeiri等[51]用吐温-80和酪蛋白酸钠分别修饰脂质粒子,得到了可控粒径范围的纳米粒子,其具有更好的聚集稳定性和同质多晶性;Zhen等[44]用二甲基氨基苯甲醛(DMAB)和溴化十六烷基三甲铵(CTAB)分别修饰纤维素纳米晶体(CNCs),改善了CNCs的疏水性和粒径分布,从而提高了CNCs稳定型皮克林乳液的稳定性;Binks等[52]将不同浓度的Ca2+加入到硅粒子的分散溶液中,由于电荷中和的作用,硅粒子会发生不同程度的聚集或絮凝,使得乳液性质发生改变,结果表明浓度为10-5mmol/L的Ca2+会使硅粒子发生轻微的絮凝,乳液中析出的油含量明显减少,乳液的稳定性大大提高。

界面吸附虽然是一个简单且有效的修饰粒子的方法,但是分子吸附存在吸附和解吸平衡,当外界环境变化时,吸附的小分子或聚合物易从粒子上解吸,从而破坏乳化进程,除此之外,分子吸附需要过量的小分子或聚合物维持平衡,因此,很难确定维持乳液稳定的是修饰过的粒子还是体系中过剩的小分子或聚合物[53]。与界面吸附相比,化学嫁接是通过共价键的作用将特定基团固定在粒子表面,更重要的是能赋予粒子不同的刺激响应基团,如温度,光,pH,离子强度,CO2等,这也为调控乳液的类型转变和其他性质提供了一条新思路。Mwangi 等[54]将三聚磷酸钠(TPP)嫁接到壳聚糖粒子(Cs)表面,再用Cs制备皮克林乳液,赋予了乳液良好的缓释性;Liang等[55]将CO2响应的化学基团嫁接到二氧化硅粒子表面,制备出了CO2响应性的稳定乳液。这些研究表明,通过化学嫁接的方法,可以赋予乳液对特殊环境条件的敏感性,为实际生产中调节乳液的性质提供了新的研究方法。

3.2 多种物质协同稳定的皮克林乳液

除了修饰粒子改变其在两相中的润湿性外,近年来,研究食品级的多种物质协同稳定的乳液已成为热点,这是由于利用单一粒子稳定的皮克林乳液的生物可降解性和生物相容性在一定程度上限制了其在食品和制药领域的应用[16],而且复杂的食品体系中含有许多表面活性的分子,这些分子可能会促进或妨碍粒子在界面上的吸附,因此,研究粒子与其他食品组分的相互作用机理,利用多种物质协同稳定食品级乳液已成为新兴的研究趋势,这有利于改善乳液的加工储藏性,以扩大其在食品,制药等领域的应用。

传统的乳化剂(特别是表面活性剂)常被用作胶体粒子的共同稳定剂来稳定乳液,在乳化过程之前向体系加入一些具有表面活性的分子可以改善粒子的润湿性,从而提高乳化效率[56-58],同时表面活性剂可以减小最初的界面张力,从而使液滴更容易在均质的条件下细化[59],液滴粒径的减小可以使得液滴的沉降速率减小,减缓乳液的分层(公式3)。Binks等[60]使用二氧化硅粒子和阳离子表面活性剂二甲基氨基苯甲醛(C10DMAB)制备皮克林乳液,发现较低浓度的C10DMAB可以促进乳化过程中液滴的破碎,阻止液滴的快速合并,从而使粒子有足够的时间吸附到液滴表面,液滴粒径减小,沉降速率降低(公式3);表面活性剂浓度继续增大但小于覆盖整个界面所需的浓度时,会与粒子形成竞争吸附,使液滴粒径增大;当表面活性剂浓度增大至足以覆盖界面时,乳液转变成表面活性剂稳定型乳液,粒径再次减小,同时二氧化硅粒子的润湿性会随着表面活性剂浓度的变化而变化,使乳液类型发生O/W型到W/O型再到O/W型的转变。另一方面,表面活性剂的加入会诱导粒子之间发生一定程度的絮凝,改变乳液的粘弹性,从而影响乳化效率和乳液的稳定性,Nesterenko等[61]使用二氧化硅粒子和非离子型表面活性剂(Span 80)制备皮克林乳液,通过改变Span 80的浓度,粒子之间以及乳液液滴之间会形成网状结构,体系粘度增大,乳液稳定性提高。

为了改善乳液的环境相容性和生物可接受率,近年来研究更倾向于使用生物大分子和粒子协同稳定皮克林乳液。Jin等[62]使用基于明胶-葡甘露聚糖-单宁酸的纳米复合物制备皮克林乳液,通过调节葡甘露聚糖的浓度调节乳液的性质,在疏水作用和氢键的作用下,粒子或液滴之间发生一定程度的絮凝,纳米粒子的尺寸和润湿性发生改变,乳液稳定性提高;Feng等[63]利用玉米醇溶蛋白纳米粒子和酪蛋白酸钠共同制备皮克林乳液,与单独由玉米醇溶蛋白纳米粒子稳定的皮克林乳液相比,乳液的界面覆盖率提高,使得界面面积增大体系自由能降低,对pH和离子强度的稳定性提高;Wang等[64]使用玉米醇溶蛋白和壳聚糖作为皮克林乳液的稳定剂,促进了粒子之间及油滴之间网状结构的形成,网状结构包裹油滴阻碍了液滴之间的聚集,提高了乳液的长期稳定性,抗氧化性和抗菌性。

3.3 调节环境因素对皮克林乳液稳定性的影响

皮克林乳液在其制备,加工和储藏过程中的环境条件对其性质有着较大影响,了解环境因素的作用机制有助于利用环境条件调控乳液的性质,这对于实际生产过程有着重要意义。主要的环境因素有pH、离子强度和温度。

pH可以通过改变作为皮克林乳液稳定剂的胶体粒子的界面电荷来调节粒子和乳液的性质,界面电荷可以调节粒子的表面润湿性和界面张力,从而调节粒子在界面上的吸附性能[65];粒子表面电荷的性质和带电量也会改变粒子和乳液液滴之间的静电引力或斥力,从而改变液滴之间絮凝或聚集的程度,从而改变乳液的稳定性。在等电点附近,粒子的亲水性或疏水性大大减小,在两相中的润湿性减小,粒子更倾向于分散在其中一相而不能稳定乳液;由于静电斥力的减小,粒子间的作用力以范德华力等吸引力为主,粒子相互聚集且有沉淀的趋势。虽然一定程度的絮凝可以促使液滴之间形成三维网状结构,体系粘度增加稳定性增强,但是过量的絮凝或聚集最终会导致乳液在宏观上的分层,破坏体系的稳定性。Gao等[66]考察β-乳球蛋白纤维稳定型皮克林乳液的pH稳定性时发现,当pH处于蛋白质的等电点附近时,乳液液滴粒径增大,分层现象加剧,这是由于表面电荷减少阻碍了粒子在界面上的吸附,同时静电斥力的减小促进了液滴的聚聚;Wei等[67]制备的壳聚糖纳米粒子稳定型的皮克林乳液具有良好的pH响应性质,通过调节体系的pH可以调节乳液的性质。

离子强度也是通过调控粒子界面电荷来影响乳液的稳定性,通过调节体系离子强度的大小可以调节液滴之间的絮凝程度,改变界面膜的性质,从而控制乳液的稳定性[68]。Liu[69]发现可以利用钙离子诱导大豆蛋白纳米粒子稳定型皮克林乳液的交联程度,从而调节粒子的粒径,表面疏水性,表面电荷以及乳液的稳定性;Destribat等[38]用盐修饰乳清分离蛋白微凝胶粒子(WPM),结果证明盐可以改变WPM表面的带电情况,从而改变粒子的絮凝程度影响乳液的稳定性;Xiao等[26]使用高粱醇溶蛋白纳米粒子制备的皮克林乳液,其凝胶强度和迁移速率可以通过盐浓度来调节。这些结果表明,离子强度可以用来调控皮克林乳液的性质以获得目标产物。

温度在乳液的制备及性质表征也有着重要作用,通过温度调控可以获得不同性质的乳液,这为实际生产提供了新的思路。许多可以作为皮克林乳液稳定剂的胶体粒子具有温度依赖性[70-71],在不同温度下粒子表现出不同的性质,从而影响乳液的稳定性,凝胶性质等.

3.4 调节粒子浓度对皮克林乳液稳定性的影响

除了通过上述方法调控皮克林乳液的稳定性外,常用的方法还有改变作为稳定剂的胶体粒子的浓度[21,26,72],粒子浓度会影响乳化效率和液滴的尺寸,从而改变液滴的沉降速率(公式3),同时一定的粒子浓度即可抑制奥氏熟化[36]。若粒子浓度过低,不能完全覆盖在液滴表面形成稳定的界面膜,不同的液滴之间由于范德华力等作用力相互吸引,发生絮凝或聚集,过度的聚集会导致乳液分层或沉淀,降低体系的乳化效率,破坏乳液的稳定性。增加粒子浓度,可以使粒子完全包裹液滴,形成单分子层或多分子层的界面膜,且由于粒子的吸附是不可逆的,这种界面膜很难被破坏,增强了液滴之间的静电斥力或空间排阻作用,有效的防止了液滴的絮凝,极大地增强了体系的稳定性。粒子浓度较高时还能在体系中形成三维网状结构,增大体系的粘度,阻止油滴上浮或液滴下沉,和皮克林稳定机制协同稳定乳液。然而,当粒子浓度增大达某一程度时,再增加颗粒浓度将不会改善乳液的稳定性和液滴粒径,乳化体积反而有减少的趋势[29]。此外,粒子浓度与油相的比例也是决定皮克林乳液是否稳定的关键因素[73]。因此,确定恰当的粒子浓度是调控皮克林乳液稳定性的先决条件之一。

4 皮克林乳液的应用

随着社会发展,消费者更倾向于寻求“绿色食品”和“清洁标签”的食品,高分子聚合物等表面活性剂稳定的乳液的发展存在一定的限制,食品行业亟需寻找生物来源的材料作为乳液的稳定剂。皮克林乳液的出现,为减少或免除表面活性剂的使用提供了一条新的思路,使食品更容易达到环境友好型和绿色食品的标准,增加了乳液产品的应用范围[49,74-75]。在现今食品行业中,软饮料,牛奶,奶油,生奶油,冰淇淋,色拉酱,蛋黄酱,汤类,酱汁,黄油等产品中均含有乳液体系,皮克林乳液在这些产品中的应用必将有力的降低这些产品的副作用,从而扩大其生产应用。皮克林乳液可用于制备各种敏感性材料,例如环境敏感性材料(温度,pH,离子,电/磁/光等)和温敏性材料[76]。皮克林乳液可以减少食品中脂肪的含量,如冰淇淋,甜品,充气奶油等,这是由于皮克林乳液在形成过程中会将大量的空气包裹在其中形成稳定的泡沫,且粒子形成的网状结构有助于维持泡沫的长期稳定,从而替代部分脂肪,减少食品中脂肪的含量,在减肥食品的发展有较大的潜能[36,73]。皮克林乳液可以改变产品的光学性质,从而赋予产品良好的感官性质[77]。致密的皮克林乳液可以调节食品体系中各相密度的差异,从而增加体系的物理稳定性[78]。皮克林乳液也可用于疏水性物质的包埋和释放,提高其生物利用率[79]。由此可见,皮克林乳液在食品中的应用具有广阔的前景。

5 结论

皮克林乳液是一种新兴的乳液体系,它具有在制备过程中不使用表面活性剂,良好的储藏、pH及离子稳定性,良好的生物相容性等优点,可被用作各种生物活性物质的载体,改善生物大分子的稳定性,靶向性和生物可接受率。皮克林乳液主要通过增加空间位阻,改变界面性质或连续相的流变学性质来稳定乳液。然而单一的粒子稳定的皮克林乳液存在多种降解机制,如絮凝,聚集,沉淀,分层,奥氏熟化或脂质氧化等,这是由于乳液液滴之间的相互作用导致的;同时,单一粒子稳定的皮克林乳液的生物相容性和环境兼容性也限制了其在食品领域的应用,调控食品级皮克林乳液的稳定性已成为新的研究热点。目前应用较多的方法有粒子修饰,天然生物大分子如多糖、蛋白等协同稳定皮克林乳液,调节环境条件对皮克林乳液的影响、改变粒子浓度等。这些方法在体系中通过静电相互作用、空间排阻作用,改变液滴或粒子相互作用,调节体系絮凝的程度,从而改善皮克林乳液的稳定性和其他加工性能。这些研究为皮克林乳液在食品、药学、医学等领域的应用提供了理论与技术支持。

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