基于Pickering乳液穩(wěn)定機(jī)理的水包水乳液研究進(jìn)展

緱青霞，姚曉琳，韋湘瀅，岳健雄，岳 娟，李 丹

（陜西科技大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院，陜西 西安 710021）

水包水（W/W）乳液由兩種熱力學(xué)互不相溶的親水性高分子水溶液以一定比例混合形成，在非穩(wěn)態(tài)下宏觀上會形成互不相溶的兩相，即“雙水相體系”[1]。W/W乳液中不含任何有機(jī)溶劑和表面活性劑，具有安全無毒、綠色環(huán)保、生物相容性好等優(yōu)點(diǎn)，近年來被應(yīng)用于人造生物反應(yīng)器、營養(yǎng)活性物質(zhì)的包載，同時，基于可食用配方的結(jié)構(gòu)化W/W乳液可作為富含膳食纖維和水溶性營養(yǎng)素的低能量功能性食品。

與傳統(tǒng)的油包水（W/O）乳液不同，W/W乳液擁有極低的表面張力（10－6N/m）[2-3]和較大的界面厚度（幾到十幾納米）[4]。較大的界面厚度不允許小分子表面活性劑跨越整個相界面，因此W/W乳液無法使用表面活性劑分子來穩(wěn)定，這對于W/W乳液的穩(wěn)態(tài)化是一個極大的挑戰(zhàn)。W/W乳液的穩(wěn)定機(jī)理可以參考Pickering水包油（O/W）乳液的穩(wěn)定機(jī)理[5-6]。研究表明，多種高分子聚集體可吸附于油-水界面，得到穩(wěn)定的Pickering型O/W乳液[7]，且進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，高分子聚集體同樣能夠在W/W界面吸附，實(shí)現(xiàn)W/W乳液穩(wěn)態(tài)化，這為采用W/W乳液穩(wěn)態(tài)化策略實(shí)現(xiàn)食品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)開辟了新的途徑。本文從W/W乳液的構(gòu)建、W/W乳液穩(wěn)定策略及其在食品領(lǐng)域中的應(yīng)用等方面進(jìn)行綜述，重點(diǎn)歸納基于Pickering乳液穩(wěn)定機(jī)理實(shí)現(xiàn)W/W乳液的穩(wěn)態(tài)化調(diào)控，以及W/W乳液作為營養(yǎng)活性物質(zhì)遞送體系的應(yīng)用特點(diǎn)。

1 W/W乳液的構(gòu)建

1.1 W/W乳液的形成機(jī)理

天然高分子由于帶電性質(zhì)、分子質(zhì)量及分子親和力等方面存在差異，當(dāng)兩種或兩種以上天然高分子溶液按一定比例混合時，會自然發(fā)生相分離。相分離分為結(jié)合型相分離和離散型相分離[8]，如蛋白-多糖體系，根據(jù)實(shí)際情況，二者在一定條件下能夠自發(fā)地生成可溶性復(fù)合物均一相、凝聚體兩相、相分離兩相、共溶一相（圖1）。結(jié)合型相分離是由于天然高分子所帶相反電荷而發(fā)生靜電結(jié)合的結(jié)果。離散型相分離是由于兩種天然高分子間熱力學(xué)不相容，分子間傾向于同種分子相容、異種分子相斥，從而發(fā)生二者分別富集于兩相的過程，離散型相分離是W/W乳液形成的前提。

圖1 蛋白質(zhì)多糖雙組分生物聚合物體系的可能相互作用[9]Fig.1 Possible interactions for a two-component biopolymer system containing protein and polysaccharide[9]

W/W乳液是利用兩種親水性天然高分子自發(fā)的離散型相分離行為而形成的分散體系。由于兩種天然高分子間熱力不相容[10]，當(dāng)不帶電荷或帶有相反電荷時，極小的混合熵極易被高分子間的排斥作用抑制，導(dǎo)致每一相中富含一種親水性組分，并在另一相中達(dá)到飽和[5-11]。當(dāng)聚乙二醇（polyethylene glycol，PEG）和葡聚糖（dextran，Dex）水溶液以一定比例混合時，二者的水溶液互不相溶，當(dāng)達(dá)到分離的臨界濃度時，即會發(fā)生宏觀相分離。將兩種高分子按不同濃度比例混合并靜置，可通過繪制相圖表征兩種高分子的混合狀態(tài)，反映二者在不同組分濃度下的相態(tài)變化[12]。如圖2所示，雙節(jié)點(diǎn)曲線將單相區(qū)和雙相區(qū)分隔開，曲線以下部分為相融合區(qū)，以上為相分離區(qū)。在相融合區(qū)內(nèi)，混合體系中兩種高分子分散均勻，處于相容狀態(tài)。當(dāng)處于相分離區(qū)，混合體系中的高分子由于熱力學(xué)不穩(wěn)定而發(fā)生離散型相分離。

1.2 乳液的制備方法

雙水相體系模型主要包括兩種互不相溶的高分子水溶液。在食品領(lǐng)域中，天然高分子聚合物多糖-蛋白體系研究得最為廣泛，如明膠-Dex、明膠-麥芽糊精等；而由多糖-多糖組成的W/W乳液體系研究相對較少，如普魯蘭多糖-支鏈淀粉；合成高分子聚合物體系（如PEG-Dex）以及小分子鹽-聚合物體系（如硫酸鈉-PEG）常被用于W/W乳液基礎(chǔ)研究，但小分子鹽-聚合物體系在食品領(lǐng)域中應(yīng)用較少。兩種高分子水溶液在適當(dāng)濃度、特定pH值下混合后即可形成雙水相體系。W/W乳液的制備方法與傳統(tǒng)乳液相似，通過磁力攪拌、振蕩、剪切等機(jī)械力作用即可得到，此外，近年來新開發(fā)出的微流控技術(shù)也適用于W/W乳液制備。

1.2.1 機(jī)械力作用

通過在雙水相體系中施加機(jī)械力來制備W/W乳液，體積分?jǐn)?shù)較小的為內(nèi)相，在兩相體積分?jǐn)?shù)相近時可發(fā)生相轉(zhuǎn)變，在體積比為50∶50的轉(zhuǎn)化點(diǎn)附近可形成雙連續(xù)乳液[11]。O/W乳液通常使用超聲乳化或高壓均質(zhì)等方法制備，借助超聲波能量或強(qiáng)烈的剪切力和壓力等達(dá)到破碎和乳化的效果。但由于雙水相極低的界面張力和較大的界面厚度，高壓均質(zhì)機(jī)及高速分散機(jī)的剪切力能量過高，容易破壞水-水界面，難以制備出穩(wěn)定的乳液，一般使用磁力攪拌或振蕩即可制備。針對于現(xiàn)有技術(shù)制備W/W乳液的缺陷，劉石林等[14]于2021年報道了一種一步法生成穩(wěn)定W/W型Pickering乳液的方法，其利用撞擊流的剪切分散和固體顆粒的乳化作用，首先在連續(xù)相中引入固體顆粒穩(wěn)定劑，然后利用兩股連續(xù)相撞擊流的撞擊剪切作用，在撞擊形成的高度湍流區(qū)引入分散相，生成穩(wěn)定的W/W型Pickering乳液，該方法解決了現(xiàn)有W/W乳液難以大規(guī)模制備的問題。

1.2.2 微流控技術(shù)

在實(shí)驗(yàn)室規(guī)模的W/W乳狀液研究中，可以應(yīng)用微流控技術(shù)制備W/W乳液。Song Yang等[15]開發(fā)了一種毛細(xì)管微流控裝置來制備單分散W/W乳液，作為分散相的5%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)，下同）Dex在不相容的連續(xù)相1% PEG中可形成絲狀射流，當(dāng)分散相驅(qū)動壓力周期性變化時，微射流被破碎成數(shù)個液滴，形成W/W乳液。此外，通過微流控可更好地控制W/W乳液液滴的大小和形貌[16]。Moon等[17]設(shè)計(jì)了一種簡單的微流控系統(tǒng)并成功制備出PEG與Dex的W/W乳液（圖3）。將分散相Dex溶液和連續(xù)相PEG垂直注入微流控芯片入口，僅通過施加微弱的靜水壓力即可形成W/W乳液。Dex溶液作為內(nèi)流引入，被PEG相包裹成一條細(xì)絲狀流體后再被分解成細(xì)小液滴。通過改變雙水相流體的黏度，并調(diào)整流體入口處的液柱高度控制液滴大小，成功制備出了液滴尺寸變異系數(shù)小于1%的W/W乳液。但由于微流控技術(shù)制備量小，目前其僅適用于實(shí)驗(yàn)室規(guī)模研究，但可用來測算量產(chǎn)工藝參數(shù)，其液滴具有單分散性，使得在包載營養(yǎng)活性物質(zhì)時其釋放速率可根據(jù)產(chǎn)品特性進(jìn)行調(diào)控[18-19]，是制備W/W乳液的有效途徑之一。

圖3 微流控通道中雙水相液滴形成的圖像[17]Fig.3 Image of aqueous two-phase systems droplet formation in a microfluidic channel[17]

2 固體顆粒穩(wěn)定的W/W乳液

W/W乳液通過混合互不相容的高分子水溶液即可制得，然而，由于兩親性分子在水-水界面難以吸附，W/W乳液的動力學(xué)穩(wěn)定性很難得到控制[20]。與油-水界面和氣-水界面相比，水-水界面是較為寬泛且模糊的。研究發(fā)現(xiàn)，由于水-水界面厚度（幾到幾十納米）遠(yuǎn)大于油-水界面厚度，小分子表面活性劑無法跨越整個水-水兩相界面，因此，傳統(tǒng)的乳化劑并不能有效穩(wěn)定W/W乳液。通過將W/W乳液中的一相（連續(xù)相）或者兩相凝膠化，可抑制宏觀相分離從而提高乳液穩(wěn)定性，也可使用由3 種聚合物合成的三嵌段共聚物[21]來穩(wěn)定W/W乳液。近年來，Pickering型O/W乳液因其獨(dú)特的優(yōu)勢及良好的應(yīng)用前景而備受關(guān)注，研究者受到固體顆粒在油-水界面吸附特性的啟發(fā)，將固體顆粒引入水-水界面，進(jìn)一步研究其在界面上的吸附行為。

研究者對W/W型Pickering乳液進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn)，固體顆粒可吸附于水-水界面上，通過在界面上形成一個空間能障來阻止乳液聚集，從而達(dá)到穩(wěn)定W/W乳液的目的（圖4）。Poortinga等[22]將固體脂肪微粒加入到互不相容的Dex和甲基纖維素（methyl cellulose，MC）體系中，首次利用食品級固體顆粒穩(wěn)定W/W乳液體系。Firoozmand等[23]研究發(fā)現(xiàn)，在蛋白質(zhì)-多糖的相分離體系中，聚苯乙烯微?？晌皆谒?水界面，有效阻止乳滴聚集，抑制宏觀相分離的發(fā)生。越來越多的研究表明，天然高分子聚集體、無機(jī)微粒、微生物等在水-水界面上的吸附可實(shí)現(xiàn)W/W乳液的穩(wěn)定。Nicolai等[20]報道了固體顆粒穩(wěn)定W/W乳液的研究進(jìn)展，重點(diǎn)介紹了W/W乳液的穩(wěn)定方法及影響因素，并通過與O/W乳液特性比較，推測了W/W乳液作為新功能食品的應(yīng)用潛力。自2016年以來，關(guān)于W/W型Pickering乳液的研究報道數(shù)量呈顯著遞增趨勢，表1列出了關(guān)于固體顆粒穩(wěn)定的W/W型Pickering乳液的研究實(shí)例。

表1 固體顆粒穩(wěn)定的W/W型Pickering乳液Table 1 W/W Picking emulsions stabilized by solid particles

圖4 兩種生物聚合物組成的兩相體系形成W/W乳液的示意圖Fig.4 Schematic diagram of a W/W emulsion formed by a two-phase system consisting of two aqueous biopolymers

2.1 W/W型Pickering乳液的穩(wěn)定機(jī)理

Pickering乳液穩(wěn)定機(jī)理與固體顆粒在界面上的脫附自由能和接觸角密切相關(guān)[55]。固體顆粒的脫附自由能是指將吸附在兩相界面的固體顆粒轉(zhuǎn)移到體相中所需消耗的能量。從能量的角度進(jìn)一步解析固體顆粒與乳液穩(wěn)定性的關(guān)系發(fā)現(xiàn)，當(dāng)固體顆粒吸附在兩相界面時，脫附自由能取決于顆粒半徑（r）、顆粒與界面的接觸角（θ）以及界面張力（γ），具體關(guān)系如下式所示。

式中：ΔG為脫附自由能/J；γAB為兩相界面張力/（N/m）；r為固體顆粒半徑/m；θ為顆粒與界面的接觸角/（°）。

從上式中可得出，固體顆粒脫附自由能的大小與r、γAB及θ呈正相關(guān)。r和γAB越大、θ越接近90°，固體顆粒的脫附自由能越大。固體顆粒在界面上的不可逆吸附增加了吉布斯脫附自由能，從而促進(jìn)了乳液的穩(wěn)定。Zhang Jianrui等[46]在聚多巴胺納米粒（polydopamine nanoparticles，PDP）存在的情況下，使用懸滴法研究了pH值對PEG（3%）和Dex（7%）溶液界面張力的影響，結(jié)果顯示，隨著pH值的升高，界面張力略有下降，從pH 2.0時的70 mN/m降低至pH 11.0時的60 mN/m，而無PDP添加的兩相界面張力隨著pH值的增加基本無變化，可見PDP的存在對界面張力影響并不大。但在測定PDP與PEG（3%）和Dex（7%）溶液間的接觸角時發(fā)現(xiàn)，在接觸角接近90°時，W/W乳液的液滴尺寸較小，乳液較穩(wěn)定。結(jié)果表明，γ對ΔG的影響不大，ΔG更大程度上取決于固體顆粒在兩相界面上的接觸角θ。

2.2 影響W/W型Pickering乳液的因素

研究證明，固體顆粒對兩相的親和力、顆粒形態(tài)、大小、pH值等參數(shù)對W/W型Pickering乳液穩(wěn)定性具有重要影響[23,25,30-31,33,35]。固體顆粒主要通過影響乳液液滴的界面張力及接觸角等（表現(xiàn)為固體顆粒在水-水界面的吸附特性）來影響W/W乳液的穩(wěn)定性。

2.2.1 固體顆粒親和性

發(fā)生規(guī)律：玉米螟因各地氣候條件不同1年可發(fā)生1～6代，以幼蟲在玉米稈和玉米芯中越冬，部分幼蟲在雜草莖稈中越冬，發(fā)生期極不整齊，并出現(xiàn)世代重疊現(xiàn)象。在蟲口基數(shù)大、環(huán)境條件適宜的情況下，往往危害嚴(yán)重;在高溫高濕的6～9月容易發(fā)生;玉米品種不同，被害差異不同。

在油-水乳液中，Pickering乳液類型取決于固體顆粒的親和力，固體顆粒親水時形成水包油型（O/W）乳液，即θ小于90°，而固體顆粒疏水形成油包水型（W/O），即θ大于90°[56-57]。與之相同，W/W型Pickering乳液的類型與穩(wěn)定性也取決于固體顆粒在兩相界面處的吸附位置，即固體顆粒對兩相的親和力。固體顆粒需具有一定潤濕性，可被兩相部分潤濕，從而形成吸附在界面上的顆粒穩(wěn)定層，以達(dá)到穩(wěn)定效果。固體顆粒的潤濕性強(qiáng)弱通常用接觸角評價，接觸角決定了乳液類型及乳液穩(wěn)定性。Gonzalez-Jordan等[32]通過混合PEO和Dex制備W/W乳液，研究不同形貌蛋白質(zhì)分形聚集體（球狀、纖維狀和蠕蟲狀）對W/W乳液穩(wěn)定性的影響。結(jié)果表明，3 種形貌蛋白分形聚集體在相同pH值下（pH 3.0或pH 7.0）形成不同類型W/W乳液時，蛋白顆粒對連續(xù)相親和力越高，乳液越穩(wěn)定。為了進(jìn)一步探究固體顆粒與兩相的親和力對W/W乳液穩(wěn)定性的影響，Gonzalez-Jordan等[45]研究了被乳清分離蛋白不同程度包被下的聚苯乙烯乳膠顆粒穩(wěn)定的PEO/Dex和Dex/PEO兩種乳液類型。結(jié)果顯示，在無蛋白質(zhì)存在下，顆粒更親和PEO相，可形成穩(wěn)定的Dex/PEO乳液；而經(jīng)乳清分離蛋白包被后顆粒更親和Dex相，可形成穩(wěn)定的PEO/Dex乳液。由此可知，在雙水相乳液體系中，當(dāng)固體顆粒更親和連續(xù)相時，有利于提高W/W乳液的穩(wěn)定性。表明固體顆粒對兩相的親和力是影響W/W型Pickering乳液穩(wěn)定性的重要參數(shù)之一，可通過調(diào)節(jié)顆粒的相偏好提高W/W乳液的穩(wěn)定性。

2.2.2 固體顆粒形態(tài)

固體顆粒的形貌也是影響W/W乳液穩(wěn)定性的重要參數(shù)，顆粒的形貌決定其在水-水界面上的排列形式，通過顆粒與界面的接觸面積可直接影響其吸附穩(wěn)定性，進(jìn)而影響乳液穩(wěn)定性。近年來采用不同形貌的固體顆粒穩(wěn)定W/W乳液的研究層出不窮。Gonzalez-Jordan等[32]制備了不同形貌的β-乳球蛋白分形聚集體，包括纖維狀、球狀和蠕蟲狀，并研究了不同形貌蛋白質(zhì)顆粒對PEO和Dex形成的W/W乳液的結(jié)構(gòu)和穩(wěn)定性的影響。結(jié)果顯示，纖維狀、球狀和蠕蟲狀蛋白分形聚集體均可穩(wěn)定由PEO和Dex混合而成的W/W乳液。在連續(xù)相為Dex的乳液中，pH 3.0時，由蠕蟲狀蛋白顆粒吸附的乳液穩(wěn)定性較好，而pH 7.0時纖維狀顆粒能更有效地吸附在PEO液滴界面，蠕蟲狀蛋白顆粒的吸附效果較差。但在連續(xù)相為PEO的乳液中，所有形貌的蛋白顆粒均不能達(dá)到穩(wěn)定W/W乳液的效果。因此，不同形貌的蛋白顆粒對W/W乳液具有不同的穩(wěn)定效果，同一顆粒對不同類型W/W乳液穩(wěn)定效果也不同。乳液穩(wěn)定性不僅取決于固體顆粒形貌，還取決于體系pH值及乳液類型。

CNC由于其可生物降解和安全無毒，具有很好的應(yīng)用前景，近年來已成為研究熱點(diǎn)。Peddireddy等[34]2016年首次采用棒狀顆粒CNC穩(wěn)定Dex和PEO組成的W/W乳液體系。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，棒狀CNC可有序地平行排列在水-水界面上，實(shí)現(xiàn)液滴穩(wěn)定，Ayed等[42]也得到了該研究結(jié)果。綜上所述，與球形顆粒相比，短棒狀的CNC具有高長徑比及高度各向異性，可規(guī)律性地排列于水-水界面上，吸附較多的顆粒形成一層較為致密的界面層，阻斷液滴間的聚集，從而達(dá)到穩(wěn)定W/W乳液的作用。

研究表明，由結(jié)晶氫氧化鋁形成的直徑約170 nm、厚度約7 nm的納米板可吸附在水-水界面，達(dá)到穩(wěn)定W/W乳液的效果[30]。另外，Inam等[40]研究了自組裝形成的表面積可控、化學(xué)成分和厚度相同的聚乳酸（poly(L-lactide)，PLLA）小片對PEG-Dex組成的W/W乳液穩(wěn)定性的影響。研究表明，相同濃度下，較大的PLLA小片（約3.7 nm×106 nm）與較小的PLLA小片（約1.2 nm×105 nm）相比可得到液滴尺寸更小、穩(wěn)定性更高的W/W乳液。板狀顆粒更傾向于平鋪在水-水界面上，與球形顆粒相比，由于納米板比表面積大，其與液滴界面較大的接觸面積可更有效地阻止液滴聚集，表現(xiàn)出較強(qiáng)的界面吸附性和乳液穩(wěn)定性。

綜上所述，可以推斷，不同形貌的固體顆粒對W/W乳液的穩(wěn)定性取決于顆粒在水-水界面的排列方式、顆粒與界面的接觸面積以及顆粒在乳液液滴的界面覆蓋率。棒狀和板狀顆粒不同于球形顆粒在水-水界面上的排列方式，且接觸面積更大，使其在界面上形成更加致密的界面層，有效地阻止了液滴的聚集。并且，由于棒狀和板狀顆粒在液滴界面覆蓋率高于球形顆粒，當(dāng)達(dá)到同等穩(wěn)定效果時，棒狀和板狀顆粒所需的濃度可能會低于球狀顆粒的濃度。

一些固體顆粒呈現(xiàn)出pH敏感性，pH值的變化可影響其表面電荷，通過調(diào)控體系pH值可影響W/W乳液的穩(wěn)定性。Nguyen等[29]采用丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸和1,4-丁二醇二丙烯酸酯制成pH敏感的凝膠微粒來穩(wěn)定Dex和PEO組成的W/W乳液體系。發(fā)現(xiàn)在pH 7.0～7.5的范圍內(nèi)，乳液可穩(wěn)定至少1 周，當(dāng)繼續(xù)提高體系pH值，乳液出現(xiàn)失穩(wěn)。在不同類型Dex/PEO和PEO/Dex的W/W乳液中，在pH 6.5～8.0范圍內(nèi)，乳液液滴尺寸隨pH值的升高先減小后增大，在pH 7.2時達(dá)到最小。乳液液滴尺寸越小，分散性越好，乳液穩(wěn)定性越高。de Freitas等[33]構(gòu)建了兩種食用多糖——木聚糖（xyloglucan，XG）和支鏈淀粉（amylopectin，AMP）的水溶液混合形成的W/W乳液，探究了β-乳球蛋白凝膠微粒（β-lactoglobulin microgels，βLGm）吸附的W/W乳液穩(wěn)定性和乳液結(jié)構(gòu)隨pH值的變化規(guī)律。pH≤5.0時，βLGm可以穩(wěn)定連續(xù)XG相中的AMP液滴，而在較高pH值下，由于βLGm對AMP相的親和力遠(yuǎn)高于XG相，無法吸附在兩種不相容的多糖溶液形成的水-水界面，故乳液穩(wěn)定性極差。Zhang Jianrui等[46]發(fā)現(xiàn)PDP在不同pH值下對Pickering乳液的穩(wěn)定性具有一定調(diào)控作用。在PEG和Dex組成的W/W乳液中，隨著pH值的升高，乳液液滴尺寸逐漸減小，在強(qiáng)堿性條件下液滴尺寸減小到初始尺寸的20%。由此可知，由pH敏感的凝膠微粒穩(wěn)定的W/W乳液穩(wěn)定性呈現(xiàn)pH值依賴性，因此可設(shè)計(jì)pH響應(yīng)的W/W型Pickering乳液，應(yīng)用于一些水溶性物質(zhì)的包載及遞送。

2.2.4 固體顆粒濃度與尺寸

W/W乳液中增加顆粒濃度可一定程度提高界面處的顆粒密度，固體顆粒濃度會直接影響界面吸附量以及液滴尺寸，進(jìn)而影響乳液穩(wěn)定性。Zhang Jianrui等[46]制備了由PDP穩(wěn)定的不同混合比例下由PEG和Dex形成的W/W乳液，發(fā)現(xiàn)即使液滴尺寸在很大程度上取決于PEG和Dex的濃度。但在同一濃度配比時（如3% PEG、7% Dex），當(dāng)PDP質(zhì)量濃度從0.2 g/L增加至0.4 g/L和0.6 g/L時，相應(yīng)的乳液液滴尺寸逐漸減小，從16 μm分別降至12.3、5.81 μm。因此可以推測，W/W型Pickering乳液的粒徑隨著固體顆粒濃度的增加而減小，當(dāng)減小到一定值時粒徑可保持穩(wěn)定。低濃度的固體顆粒不足以抑制乳液聚集，增加其濃度可能會通過增加界面吸附量從而提高乳液穩(wěn)定性。但當(dāng)固體顆粒在兩相界面上過量吸附時，極有可能因重力因素引發(fā)液滴沉降，導(dǎo)致微觀相分離以及乳液失穩(wěn)。

Nguyen等[25]發(fā)現(xiàn)在含0.2%的蛋白顆粒的PEO和Dex的混合體系中，乳液中PEO液滴的尺寸取決于蛋白質(zhì)顆粒的尺寸（控制CaCl2的加入量可形成不同尺寸蛋白顆粒）。隨著蛋白質(zhì)顆粒尺寸的減小（蛋白顆粒尺寸：320、240、85、46、17、3 nm），液滴尺寸先減小后增加，在蛋白顆粒尺寸為85 nm時達(dá)到最小液滴尺寸。其原因可能是在相同蛋白質(zhì)濃度下，固體顆粒數(shù)量隨著尺寸的減小而增加，而過小尺寸蛋白顆粒并不能有效抑制PEO液滴聚集，從而導(dǎo)致液滴尺寸較大。

3 W/W乳液在食品領(lǐng)域中的應(yīng)用

近年來，由于人們營養(yǎng)健康觀念的增強(qiáng)，W/W乳液受到了越來越多的關(guān)注，關(guān)于其穩(wěn)定性及應(yīng)用也得到了更多的研究，其在食品中的應(yīng)用主要集中在蛋白質(zhì)純化和水溶性營養(yǎng)活性物質(zhì)包載等方面。此外，W/W乳液在人造生物反應(yīng)器、模擬細(xì)胞內(nèi)反應(yīng)、新型低熱量食品（如脫脂食品）的開發(fā)及化妝品等領(lǐng)域也顯示出廣闊的應(yīng)用前景。

3.1 蛋白質(zhì)分離、提取與純化

食品領(lǐng)域中雙水相體系多存在于蛋白質(zhì)和多糖的混合體系中，兩種天然高分子間發(fā)生相分離會形成富含蛋白的一相和富含多糖的另一相。因此，可通過雙水相體系從復(fù)雜生物混合物中分離和提取蛋白質(zhì)。Padilha等[58]研究了Burkholderia Cepacia脂肪酶在PEG和磷酸鹽組成的雙水相體系中的分配特性，并對其進(jìn)行分離純化。Rathnasamy等[59]利用雙水相體系從木瓜蛋白酶粗提物中分離純化木瓜蛋白酶。

3.2 水溶性營養(yǎng)活性物質(zhì)的包載

食品級W/W乳液具有良好的生物相容性，可用于設(shè)計(jì)水溶性營養(yǎng)活性物質(zhì)的包載體系。水溶性營養(yǎng)活性物質(zhì)如維生素、礦物質(zhì)、生物堿、酶、萜類和甾醇類等常用于食品配方中，然而部分水溶性營養(yǎng)活性物質(zhì)如核黃素、乳糖酶等易受外界環(huán)境因素影響而發(fā)生分解和活性喪失，因此，構(gòu)建水溶性營養(yǎng)活性物質(zhì)的保護(hù)體系具有重要的實(shí)際應(yīng)用意義。此外，某些食品級固體顆粒對pH值具有一定敏感性，可通過設(shè)計(jì)pH響應(yīng)型W/W型Pickering乳液實(shí)現(xiàn)活性物質(zhì)的包載、緩釋和靶向遞送。

核黃素具有消炎、抗癌、抗氧化等生理活性，但日光及紫外光照射可引起其不可逆降解，導(dǎo)致產(chǎn)品品質(zhì)劣變，如變色、異味、營養(yǎng)損失等。Chen Jiafeng等[60]設(shè)計(jì)并構(gòu)建了一種基于大豆分離蛋白（soy protein isolate，SPI）與瓜爾豆膠（guar gum，GG）形成的W/W乳液用于包載水溶性核黃素。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，與GG相比，SPI與核黃素具有更強(qiáng)的相互作用，因此，該學(xué)者將核黃素分散于SPI中，采用玉米醇溶蛋白-果膠復(fù)合顆粒來實(shí)現(xiàn)SPI/GG W/W乳液的穩(wěn)態(tài)化，并探究核黃素在加速光降解過程中的化學(xué)結(jié)構(gòu)變化。結(jié)果表明，紫外光照射8 h后，包載于該W/W乳液中可有效延緩核黃素的光降解，并最大程度地保護(hù)其色澤。由此可知，由玉米醇溶蛋白-果膠復(fù)合顆粒穩(wěn)定的SPI/GG乳液可用于遞送水溶性營養(yǎng)活性物質(zhì)核黃素，這為食品中營養(yǎng)活性物質(zhì)的包載提供了新思路。

乳糖不耐受患者數(shù)量占世界人口的70%[61]，其是體內(nèi)缺乏β-半乳糖苷酶（β-galactosidase，β-Gal）而導(dǎo)致的，而游離形式的β-Gal在胃腸道環(huán)境下極易失活。Beldengrun等[62]在明膠-麥芽糊精組成的W/W乳液中將分散相明膠交聯(lián)固化以實(shí)現(xiàn)對β-Gal的包載，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，與未添加交聯(lián)劑的微凝膠懸浮液相比，隨著交聯(lián)劑濃度的增加和反應(yīng)時間的延長，在5 mmol/L京尼平與反應(yīng)時間為90 min的條件下，β-Gal的包封率由16%提高至64%，在4 ℃下儲存1 周后，交聯(lián)強(qiáng)度較大的凝膠微球釋放的酶較少，可實(shí)現(xiàn)較高的包封率并同時保留較高酶活性。由該W/W乳液制備的交聯(lián)型凝膠微球在食品工業(yè)中可作為乳糖不耐受患者補(bǔ)充β-Gal的有效途徑，通過β-Gal的外源供應(yīng)來水解乳制品中的乳糖，其作為脂質(zhì)或淀粉模擬物用于生產(chǎn)低熱量食品和飲料等方面具有潛在優(yōu)勢。

4 結(jié)語

W/W乳液是由兩種熱力學(xué)互不相容的親水性高分子水溶液以一定比例混合形成，具有極低的界面張力和較厚的界面層，采用表面活性劑無法實(shí)現(xiàn)體系穩(wěn)定，常通過將一相或兩相凝膠化的方式來避免宏觀相分離。基于Pickering水包油乳液的穩(wěn)定機(jī)理，采用固體顆粒在水-水界面上的不可逆吸附可不同程度地提升W/W乳液的穩(wěn)定性。通過調(diào)控固體顆粒的尺寸和形貌、體系pH值等因素，可實(shí)現(xiàn)W/W型Pickering乳液的穩(wěn)態(tài)化調(diào)控，在水溶性營養(yǎng)活性物質(zhì)包載方面呈現(xiàn)出極大的應(yīng)用潛力。與此同時，探尋更多類型的食品級固體顆粒以穩(wěn)定W/W型Pickering乳液，以及探究固體顆粒在W/W乳液界面的吸附特性及表征方法將是未來研究的熱點(diǎn)和方向。本文對近年來固體顆粒吸附的W/W乳液穩(wěn)定性、影響因素及在食品領(lǐng)域中的應(yīng)用研究進(jìn)行深入系統(tǒng)的總結(jié)和討論，可為采用W/W乳液穩(wěn)態(tài)化策略實(shí)現(xiàn)食品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)開辟新思路。