《食品工业科技》客座主编专栏：华南农业大学黎攀副教授等|超声辅助优化制备壳寡糖-果胶稳定的Pickering乳液工艺及稳定性分析

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图1 不同质量比下Pickering乳液的外观分层和乳析指数

注：A：初始；B：2h；C：12h；D：36h；图3、图5、图7 同。

由图1（A、B、C、D）可知，由较高浓度壳寡糖制备所得的壳寡糖-果胶（r>0.4）颗粒稳定的Pickering乳液很不稳定，在放置36h 后分层明显。同时，放置24h 后，乳液分层趋于稳定，其中r为0.05 时，CI值最大（图 1E），但其无明显分层，r为0时次之，其他乳液无明显差异，但表观并无显著水层出现（图 1）。

图2 不同质量比Pickering乳液的显微结构（40×）、黏度和EAI、ESI

注：A：0.00；B：0.05；C：0.10；D：0.40；E：0.70；F：1.00；不同小写字母表示不同质量比下制备的乳液黏度、EAI之间具有显著性差异（P<0.05）；不同大写字母表示不同质量比下制备的乳液ESI具有显著性差异（P<0.05）。

从图2G可知，随着Pickering颗粒中壳寡糖含量的增加，由复合颗粒稳定的乳液体系黏度增大，其中r=0和0.05时无显著性差异且粘度值最小。由图2H可知，随着质量比的增大，乳液的EAI和ESI呈现出先上升后下降的趋势。

图3 不同pH下Pickering乳液的外观分层和乳析指数

图3（A、B、C、D）为不同pH条件下的Pickering乳液在36h后的贮藏照片，在贮藏2h内，pH在3.5~6.5范围的乳液未分层；在36h后，乳液分层出现不同程度的分层并趋于稳定，pH2.5~3.5分层明显，随着pH增大，乳液的下层清液相近但逐渐浑浊。pH为5.5~6.5时，Pickering乳液层较均匀，呈乳白色。由图3E可知，CI值随溶液pH升高而降低 ，在pH2.5时最大 ，pH5.5时最小。

图4 不同pH下Pickering乳液的显微结构（40×）、黏度、EAI和ESI

注：A：2.5；B：3.5；C：4.5；D：5.5；E：6.5；不同小写字母表示不同pH下制备的乳液黏度、EAI之间具有显著性差异（P<0.05）；不同大写字母表示不同pH下制备的乳液ESI具有显著性差异（P<0.05）。

由图4可知，随着溶液pH的升高，果胶解离程度的增加，乳液黏度先增大后减小，液滴粒径先减小后增大。在pH为5.5时，乳液黏度达到最大，乳液的显微结构分布比较均匀，乳液液滴粒径较小；pH为6.5时，乳液液滴粒径反而增大，造成液滴结块、团聚。

图5 不同油相体积分数下Pickering乳液的外观分层和乳析指数

由图5可知，随着油含量增加，体系中的乳滴数量增加，黏度上升，且乳相层也在不断增加。

图6 不同油相体积分数下Pickering乳液的显微结构（40×）、黏度和EAI、ESI

注：A：10%；B：20%；C：30%；D：40%；E：50%；不同小写字母表示不同油相体积分数下制备的乳液黏度、EAI之间具有显著性差异（P<0.05）；不同大写字母表示不同油相体积分数下制备的乳液ESI具有显著性差异（P<0.05）。

由图6可知，油相比例对乳液的形成影响很大；观察图6G可知，乳液的EAI和ESI均呈现出先上升后下降的趋势。

图7 不同超声功率下Pickering乳液的外观分层和乳析指数

超声显著降低壳寡糖颗粒的聚结，减少乳液粒径和固体颗粒粒径，无超声乳液迅速分层（图 7）。

图8 不同超声功率下Pickering乳液的显微结构（40×）、黏度和EAI、ESI

注：A：0W；B：150W；C：250W；D：350W；E：450W；不同小写字母表示不同超声功率下制备的乳液黏度、EAI之间具有显著性差异（P<0.05）；不同大写字母表示不同超声功率下制备的乳液ESI具有显著性差异（P<0.05）。

分析图8G可知，超声功率为250W时，乳液乳析指数最小，EAI和ESI最大，分别达到0.568m2/g

和82.95min。

表2 响应面试验方案及结果

表3 EAI的回归模型方差分析

注：**P<0.01为极显著；*P<0.05为显著；表4同。

由表3可知，本研究模型P<0.0001，表明该模型极显著，其失拟项F值为3.16，P值为0.1392（>0.05），表明失拟项不显著，所建立的模型与试验结果相吻合，且回归模型拟合度R²=95.65%，R²_Adj=91.30%。

表4 ESI的回归模型方差分析

由表4可知，本研究模型的P<0.0001，表明该模型极显著，且失拟项P=0.2500>0.05，不显著，因此，该模型选择正确且可靠，可以用于该工艺优化。

图9 不同变量对Pickering乳液EAI交互作用的3D曲面图和二维等高线

由图9可知，溶液pH与油相体积分数的交互作用最为显著，其次是壳寡糖-果胶颗粒质量比与油相体积分数的交互作用比其他两因素较为显著。

图10 不同变量对Pickering乳液ESI交互作用的3D曲面图和二维等高线

表5 响应面的验证实验结果与分析

根据修正后的最优工艺进行3次平行试验，得到Pickering乳液的EAI和 ESI结果如表5所示。测得乳液的乳化活性为5.129±0.003m²/g，乳液稳定指数为 796.68±4.43min，与回归方程预测值高度吻合性，验证了该响应面法优化提取工艺的可行性和准确性。

图11 Pickering乳液在不同温度处理下的显微结构（40×）、EAI、ESI 和乳析指数

注：A：25℃；B：50℃；C：75℃。

由图11（A、B、C）可知，随着加热温度升高，乳液液滴由均匀分布逐渐向粒径增大转变。由图11D可知，当温度高于50℃时，乳液的EAI、ESI较之前25℃处理有明显的下降，而在热处理作用后，经过7d的静置，乳液的乳析指数由46.00%±0.92%升高到60.48%±1.65%，液滴分布不均匀，乳液的稳定性降低。综合图11 可知，Pickering乳液在25~50℃的范围内仍有相对较好的稳定性。

图12 Pickering乳液在不同盐离子处理下的显微结构（40×）、EAI、ESI和乳析指数

注：A：0mmol/L；B：100mmol/L；C：300mmol/L。

由图12可知，颗粒乳化稳定性指数（ESI）随着离子强度的增大而降低，乳析指数随着离子强度的增大呈升高趋势，在300mmol/L时达到最大，且乳液部分形成大液滴群。

壳寡糖是一种天然存在的、唯一含有大量碱性氨基的多糖，具有较高的生物活性。本文以壳寡糖、果胶为Pickering 颗粒原料，以葵花籽油为油相，选取乳化活性指数（EAI）和乳化稳定性指数（ESI）为指标，通过单因素实验和响应面优化超声辅助制备壳寡糖-果胶稳定的 Pickering 乳液的工艺条件，并考察优化条件下乳液的稳定性。结果表明，壳寡糖-果胶稳定的Pickering乳液的最佳制备工艺为：壳寡糖与果胶质量比为0.05，溶液pH为5.22，油相体积分数为32%，超声功率为350W，该优化条件下制备的乳液EAI为（5.129±0.003）m²/g，ESI为（796.68±4.43）min；稳定性实验及乳液内部显微结构观察表明，乳液在25~50℃和0~100mmol/L盐离子（NaCl）条件下具有良好的乳化稳定性。

综上所述，超声技术优化得到的壳寡糖-果胶固体颗粒适用Pickering乳液的稳定，因此，可为今后在壳寡Pickering颗粒制备以及稳定的Pickering乳液在功能活性物质包埋或提高食品油脂的氧化稳定性等方面具有重要的参考价值。