纤维素纳米晶/碳酸钙纳米复合Pickering乳液的构建及其pH响应行为与抗菌性能研究

推荐：本研究针对Pickering乳液(PE)稳定剂纤维素纳米晶(CNC)乳化性能有限和CaCO3 载药能力不足的问题，通过构建CNC/CaCO3 (CNC/Ca)纳米复合材料，开发出具有pH响应特性的Mosla chinensis精油(EO)负载PE。研究证实CaCO3 可调控CNC的电荷、热稳定性及界面行为，所制备的CNC2/Ca2-PE封装效率达91.18%，在120天内保持稳定，并在酸性环境中实现可控释放，同时增强抗菌活性，为靶向递送系统设计提供新思路。

　　

在食品和医药领域，如何实现活性成分的高效封装与可控释放一直是研究热点。Pickering乳液(PE)因其以固体颗粒稳定界面的特性备受关注，但传统稳定剂如纤维素纳米晶(CNC)存在乳化性能不足、释放不可控等问题，而碳酸钙(CaCO₃
)虽具pH响应性却载药效率低下。针对这一矛盾，中国的研究团队在《LWT》发表论文，创新性地将两者复合，开发出性能优异的纳米复合材料稳定剂。

研究采用傅里叶变换红外光谱(FT-IR)、热重分析(TG)、X射线光电子能谱(XPS)等技术表征材料性质，通过原子力显微镜(AFM)和透射电镜(TEM)观察形貌，结合分子动力学模拟分析相互作用机制。乳液性能测试包括封装效率(EE)、流变学分析和体外释放实验，并评估了模拟胃肠环境下的释放行为及抗菌活性。

3.1 纳米复合材料的构建与表征
通过CO₂
气相反应制备的CNC/Ca复合材料粒径(329-655 nm)显著小于纯CaCO₃
(2418 nm)。FT-IR证实CaCO₃
以方解石晶型存在，XPS显示Ca元素表面密度最高达0.79%。AFM揭示复合材料表面粗糙度(4.41-5.27 nm)高于单一组分，弹性模量降低至3.33-4.93 GPa，表明材料更易变形。分子动力学模拟显示Ca²⁺
通过破坏CNC氢键网络形成交联结构。

3.2 乳液性能调控
CNC2/Ca2-PE展现最优性能：EE达91.18%，120天存储无分层。酸性环境(pH=2)下，Cryo-SEM观察到乳液液滴表面结构破坏，对应HCl溶液中61.39%的EO快速释放。流变学测试显示G′>G″，证实三维网络结构形成。模拟胃肠实验表明，胃酸触发CaCO₃
溶解导致结构崩解，肠道阶段生物可及性为59.11%。

3.3 抗菌功能拓展
纸片法显示CNC2/Ca2-PE对金黄色葡萄球菌(S. aureus)抑菌圈达1.22 cm，优于大肠杆菌(E. coli)，归因于Ca²⁺
对革兰氏阳性菌膜结构的特异性破坏。最低抑菌浓度(MIC)测试证实高EE样本抗菌效果更显著。

该研究通过巧妙的材料设计，将CNC的界面稳定性和CaCO₃
的pH响应性有机结合。CNC/Ca纳米复合材料不仅解决了单一组分性能缺陷，其构建的PE系统更兼具长期稳定性和环境触发释放特性。在胃部靶向给药领域，该体系可利用胃酸触发释放药物，同时CNC的黏膜粘附性延长作用时间；在食品保鲜方面，酸性环境触发的精油释放可精准抑制微生物。研究为功能性PE设计提供了新范式，尤其在需要pH调控释放的场景中展现出独特优势。