《Journal of Colloid and Interface Science》：Hydroxyl group regulates self-assembly of hydroxybenzoic acid derivatives-diacylglycerol-β-cyclodextrin particles and formation of Pickering emulsions stabilized by these complexes: A combined experimental and simulation study
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羟基数目调控多酚-DAG-β-CD三元复合物自组装及Pickering乳液稳定性的机制研究。通过XRD、ATR-FTIR、SAXS和分子动力学模拟揭示，羟基数目增加促进β-CD结构转变（笼型→通道型），降低复合物粒径，提升界面吸附能力与乳液稳定性（粒径3.9±1.2 μm，高氧化稳定性）。
李宇叶|林子雅|杨优|李云琪|王勇|卢萱萱
中国香港香港理工大学食品科学与营养系
摘要
本研究结合多尺度表征和分子动力学（MD）模拟，探讨了多酚分子的羟基数量如何调节多酚-二酰基甘油（DAG）-β-环糊精（β-CD）三元复合物的自组装过程，以及使用对羟基苯甲酸（PHBA）、原儿茶酸（PCA）和没食子酸（GA）作为模型时所形成的油水（O/W）Pickering乳液的形成机制。XRD和ATR-FTIR分析证实氢键在复合物形成过程中起主导作用。羟基数量的增加降低了颗粒大小，并使β-CD从笼型结构转变为通道型结构。界面流变学和SAXS研究显示，PCA-DAG-β-CD乳液具有最快的自组装速率，并且界面层具有优异的抗变形性能。MD模拟表明，PHBA-DAG-β-CD复合物的氢键作用较弱，界面吸附能力较差；而没食子酸由于其高亲水性更倾向于在水相中形成GA-β-CD复合物。PCA表现出最有利自组装动力学和最强的界面吸附能力。PCA-50% DAG-β-CD乳液的油滴最小（3.9 ± 1.2 μm），稳定性最高，且氧化稳定性优异。本研究表明，稳定的Pickering乳液需要平衡氢键强度与多酚在界面上的分配，为设计基于DAG的多酚乳液提供了机制上的见解。
引言
二酰基甘油（DAGs）因其潜在的健康益处（如促进减肥和减少体脂[1]）及其固有的界面活性而受到越来越多的关注。最近的研究已将DAG应用于奶油[2]和人造黄油基质[3]中，以改善质地、打发性能和流变特性。然而，DAG液体油通常来源于富含多不饱和脂肪酸的植物，含有自由羟基，这使得它们在储存和运输过程中容易氧化[4]。因此，开发抗氧化、安全、环保的基于DAG的乳液仍然是食品、化妆品和制药领域的一个关键挑战。
Pickering乳液通过不可逆地吸附在油水界面的固体颗粒来稳定，从而表现出优异的稳定性。因此，将具有强抗氧化特性的天然酚类化合物加载到Pickering颗粒中是提高其抗氧化稳定性的关键策略。以往的研究使用了卵白蛋白[5]、乳清蛋白[6]和果胶[7]等生物分子来结合酚类化合物以稳定乳液。然而，这类复合物需要在极端pH值或有机溶剂下进行多步骤合成，这与食品行业当前的“绿色”和“清洁标签”要求相悖。
β-环糊精（β-CD）是一种由七个葡萄糖单元通过α-1,4-糖苷键连接的环状寡糖。其独特的结构具有疏水内腔和亲水外表面，能够通过非共价相互作用与疏水分子形成包合物（ICs）[8]。β-CD已被广泛用于封装天然多酚，如槲皮素、咖啡酸和对香豆酸[9,10]。一些研究评估了不同多酚与β-CD的包合物稳定性。例如，Liu等人[11]报告称咖啡酸与β-CD形成的包合物比阿魏酸或对香豆酸更稳定，而Simsek等人[12]发现对香豆酸-β-CD复合物在所测试的多酚中稳定性最高。然而，关于β-CD-多酚ICs在Pickering乳液中的行为以及多酚结构如何影响界面自组装和乳液稳定性的研究仍然有限。我们之前的工作展示了通过槲皮素-DAG-β-CD复合物形成稳定的油水（O/W）Pickering乳液[13]。环糊精和酚类化合物在界面上的自组装行为为构建具有抗氧化功能的Pickering颗粒提供了一种新方法。然而，槲皮素是一种相对疏水的多酚，目前尚不清楚引入更亲水的多酚时这种稳定效果是否仍然存在。我们假设多酚中的羟基数量会影响三元复合物在界面上的自组装行为及最终乳液的稳定性。
分子动力学（MD）模拟为阐明Pickering乳液的形成和稳定性机制提供了有力手段，包括自组装、吸附动力学和构象变化[14]。Zhai等人[15]通过MD模拟发现氢键在芳樟醇/水Pickering乳液的稳定性中起关键作用。类似地，Geng等人[16]利用MD模拟研究了原花青素稳定的Pickering乳液凝胶，揭示了界面处的颗粒自发迁移和聚集现象。因此，在本研究中应用MD模拟将能够直接证明多酚结构如何控制界面自组装和乳液稳定性。
本研究旨在探讨多酚中的羟基数量如何影响多酚-DAG-β-CD复合物的界面自组装及乳液的形成机制。选择了三种对羟基苯甲酸衍生物（HAs）作为模型化合物：对羟基苯甲酸（PHBA）、原儿茶酸（PCA）和没食子酸（GA），因为它们具有相同的苯甲酸骨架，但羟基数量不同（分别为一个、两个和三个）。这种结构差异有助于有针对性地研究羟基数量对界面吸附行为的影响。使用纯度不同的花生DAG油（15%、50%、80%）制备了多酚-DAG-β-CD复合物和Pickering乳液，并通过SEM、XRD、FT-IR、界面张力测量、界面流变学和时间分辨小角X射线散射（SAXS）分析了它们的结构和界面性质。通过微观结构观察、界面吸附量化、流变特性分析和氧化稳定性评估了乳液的稳定性。MD模拟进一步揭示了构象动力学和界面相互作用。本研究揭示了多酚结构、自组装行为与三元复合物乳化性能之间的关系，为选择用于稳定基于DAG的Pickering乳液的多酚提供了理论基础。
材料
β-环糊精（纯度≥98%，分子量1134.98 g/mol）、对羟基苯甲酸、原儿茶酸、没食子酸（纯度均≥99.5%）、过氧化枯烯（纯度90–95%）和Tween 80（生物技术级）均购自上海麦克林生化有限公司（中国上海）。纯度分别为15%、50%和80%的花生DAG油购自广东善百念特殊医药食品有限公司（中国广州）。2,2-二苯基-1-吡啶基肼（DPPH，纯度≥97%）也购自相关公司。
HAs-DAG-β-CD复合物的粒径分布和形态
需要注意的是，分离出的HAs-DAG-β-CD复合物显示出比实际界面颗粒更聚集的形态。测得的颗粒大小反映了纳米颗粒聚集体? ??。如图2A所示，每种HAs体系内的颗粒大小随DAG含量的变化而变化。然而，当比较不同类型的HAs复合物时，PHBA基、PCA基和GA基复合物的平均颗粒大小（分别为2.5 ± 0.6 μm、1.2 ± 1.1 μm和0.9 ± 0.5 μm）呈现出明显的减小趋势。
结论
本研究结合多尺度表征和MD模拟，研究了羟基数量对多酚-DAG-β-CD三元复合物颗粒自组装和界面行为的影响，以及这些复合物在稳定Pickering乳液中的作用。研究发现，羟基数量的增加降低了复合物的颗粒大小，并使β-CD从笼型结构转变为通道型结构。当DAG含量为50%时，HAs-DAG-β-CD复合物降低了界面张力，从而形成了小油滴大小的乳液。
作者贡献声明
李宇叶：撰写初稿、验证、方法学设计、实验研究、数据分析。林子雅：数据分析。杨优：方法学设计、数据分析。李云琪：资源准备。王勇：资源准备。卢萱萱：撰写、审稿与编辑、项目监督、资金获取、概念构思。
利益冲突声明
作者声明他们没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文所述的工作。
致谢
感谢中国国家自然科学基金（项目编号：32301971）的财政支持。同时感谢上海国家蛋白质科学中心（NCPSS）BL19U2光束线的SAXS设施提供的支持。
