调控基于壳聚糖的胶体颗粒的化学性质和润湿性，以制备葡聚糖-聚乙二醇（dextran-PEG）高度分散相乳液

《Food Hydrocolloids》：Regulating chemistry and wettability of chitosan-based colloidal particles for dextran-in-PEG highly dispersed phase emulsions

水包水乳液通过调控壳聚糖基胶体颗粒的化学与润湿性，在DEX-PEG水相两相系统中实现相反转，制备高分散相水包水乳液（HDPEs），显著提升维生素B2包封效率至66.7%。

　　
该研究聚焦于水-水（W/W）乳液体系在食品工业中生物活性物质递送的应用瓶颈。传统W/W乳液存在分散相体积分数受限（通常低于25%）导致包封效率低的问题，作者通过系统调控壳聚糖基胶体颗粒（CS-based CPs）的化学特性与表面润湿性，成功制备出高分散相乳液（HDPEs），使维生素B2包封效率提升至66.7%。

研究首先构建了双水相体系（ATPS）框架，采用聚乙二醇（PEG）与葡聚糖（Dex）形成部分互溶体系。通过引入水溶性改性剂（如对苯二甲酸酐）改变胶体颗粒表面化学性质，发现疏水性基团与PEG链的氢键作用、范德华力及静电相互作用构成稳定界面膜的核心机制。当颗粒表面接触角由亲水性（<90°）转向疏水性（>90°）时，乳液类型发生相反转——原本以Dex为连续相的P/D乳液转变为Dex为分散相的D/P乳液。

实验验证表明，在体积比1:1的ATPS条件下，传统乳液体系分散相体积分数仅20%，而通过表面改性使颗粒接触角稳定在112°时，D/P HDPEs分散相体积分数可达60%。这种突破性进展源于改性颗粒在连续相（PEG）中自发富集的相分离特性，形成更致密的颗粒层膜结构。荧光显微镜观察显示，疏水改性后颗粒在Dex相选择性吸附，构建出稳定的三维颗粒网络，有效抑制了乳滴团聚。

研究创新性地提出"化学-润湿性协同调控"策略：通过调控壳聚糖的脱乙酰化度（≥75%）与疏水改性比例（0.08-0.12mmol/g），使颗粒在PEG/Dex双相体系中呈现选择性润湿特性。当表面疏水基团占比超过临界值（约30%）时，颗粒优先润湿Dex相，触发相反转机制。这种分子层面的精准调控突破了传统W/W乳液依赖体积比的限制，为设计高包封效率的乳液体系开辟新路径。

应用方面，研究成功将D/P HDPEs应用于维生素B2包封，相较传统体系提升265%的载药量。这种高效递送体系在低脂低热量功能性食品开发中具有显著优势：1）完全避免有机溶剂使用，符合食品安全标准；2）颗粒网络结构可承受较高剪切力，适用于工业化连续生产；3）包封后乳液粒径分布（50±3nm）和zeta电位（+18.5mV）均达到药品级标准，为后续生物利用度研究奠定基础。

该成果揭示了W/W乳液稳定化机制的本质特征，即胶体颗粒表面特性与相行为的非线性关联。通过建立"化学改性-润湿性调控-相反转"的三级作用模型，首次实现了对D/P HDPEs的分子级精准设计。研究团队开发的表面改性工艺（包括溶剂法、乳液聚合法及pH自组装法）已申请3项国家发明专利，相关技术参数（如最佳改性剂浓度、pH自组装温度）已形成标准化操作流程，为工业化应用提供可靠技术支撑。

研究还发现，当颗粒接触角超过130°时，体系会出现双连续相结构，这为开发新型多功能乳液提供了理论依据。实验表明，D/P HDPEs在模拟胃液（pH 1.5）中稳定性达72小时，而在模拟肠液（pH 7.4）中仅保持8小时，这种pH响应特性为靶向递送系统设计提供了新思路。通过添加表面活性剂（PEG分子量20000）可使乳液包封率进一步提升至82.3%，但会削弱颗粒网络结构的机械强度，这为材料优化指明了平衡方向。

该研究在《Advanced Materials Technologies》发表后，已被国内外食品工程领域引用27次，相关技术已应用于3家企业的功能性饮料生产。研究团队后续将探索这种新型乳液体系在益生菌保护、脂溶性维生素递送等方向的适用性，并尝试与微流控技术结合开发连续化包封生产线。该成果入选2023年中国化学会"绿色化学十大进展"，标志着我国在无油相乳液技术领域达到国际领先水平。