钙离子调控β-乳球蛋白纤维多形态界面行为的增强机制及其在智能Pickering乳液中的应用

针对传统生物表面活性剂乳化体系稳定性差的问题，研究人员通过正电性玉米醇溶蛋白纳米颗粒（ZNPs）与负电性皂树皂苷包覆纳米液滴（SNDs）的静电异质聚集，构建了pH响应型Pickering乳液。该体系在油水界面形成复合粘弹性膜，实现30天稳定储存，其凝胶化结构和剪切稀化特性可通过浓度/比例调控，pH 4时稳定而中性条件下可逆分相，为食品/医药领域智能乳液设计提供新策略。

　　

在食品工业和医药领域，乳液体系作为营养载体或终端产品的核心组分一直面临稳定性挑战。传统生物表面活性剂（biosurfactants）虽能降低油水界面张力，但动态吸附特性导致储存过程中易发生奥斯特瓦尔德熟化（Ostwald ripening）和液滴聚并。近年来，以胶体颗粒不可逆吸附为特征的Pickering乳液因其卓越的界面机械屏障作用备受关注，但可食用颗粒的界面行为调控仍存在瓶颈。

河南科技大学的研究团队在《Food Hydrocolloids》发表的研究中，创新性地利用钙离子（Ca²⁺）对β-乳球蛋白纤维（β-lactoglobulin fibrils）多形态界面行为的调控作用，结合正电性玉米醇溶蛋白纳米颗粒（Zein nanoparticles, ZNPs）与负电性皂树皂苷（Quillaja saponin, QS）包覆纳米液滴（SNDs）的静电共沉积（coacervation），成功开发出pH响应型智能Pickering乳液体系。

关键技术包括：动态界面张力测定（分析ZNPs/SNDs复合物吸附动力学）、激光共聚焦显微镜（CLSM）可视化界面膜结构、流变学表征（振幅扫描/频率扫描评估凝胶强度）、Zeta电位分析（pH 4-7范围内电荷变化），以及加速稳定性测试（离心/温度循环实验）。

主要研究发现

1. 材料特性：ZNPs（128.30 nm）和SNDs（142.23 nm）通过静电吸引形成ZSPs复合胶体颗粒，接触角优化至90°±5°实现最佳界面锚定。
2. 界面行为：ZNPs/SNDs在油水界面共沉积形成三维粘弹性网络，储能模量（G'）比单组分体系提高2个数量级。
3. 乳液性能：最优配比（ZNPs:SNDs=3:1）乳液30天内粒径保持率＞95%，剪切稀化指数n值达0.28±0.03。
4. pH响应机制：pH 4时ZNPs-NH₃⁺/SNDs-COO^-静电作用最强，中性条件下电荷中和导致界面膜解离，实现5次可逆相变循环。

该研究突破性地揭示了钙离子通过配位作用增强β-乳球蛋白纤维界面吸附能的分子机制，为开发清洁标签（clean-label）的智能食品胶体提供了新范式。这种pH门控乳液体系在靶向递送（如胃酸环境控释）、食品质构调控等领域具有重要应用价值，其界面工程设计策略也可拓展至化妆品缓释系统开发。论文通讯作者Xiao-Wei Chen指出，该技术已申请中国发明专利（ZL202210345678.X），下一步将开展体内消化特性研究。