基于同电荷OSA-β-环糊精与紫胶纳米颗粒协同稳定的高内相Pickering乳液构建及其3D打印应用研究

为解决传统Pickering乳液依赖异电荷静电作用的局限性，研究人员创新性地利用同电荷OSA-β-环糊精(OCD1)与紫胶纳米颗粒(SH)构建OCDS复合物，通过主客体包合与非共价相互作用成功制备高内相乳液(HIPEs)。该研究证实OCDS复合物可显著降低油水界面张力并提升凝胶强度，在酸性pH和适度离子强度下实现优异的3D打印分辨率，为食品级个性化定制系统提供了新策略。

　　

在食品工业个性化定制需求激增的背景下，3D打印技术因其精准构建复杂结构的能力备受关注。然而，传统高内相Pickering乳液(HIPEs)依赖异电荷生物聚合物的静电作用，存在环境敏感性高、配方灵活性差等瓶颈。尤其当稳定剂带同种电荷时，常规静电组装策略完全失效。这一难题严重制约了功能性食品的开发进程。

针对这一挑战，华南理工大学的研究团队创新性地提出利用两种同带负电的生物材料——辛烯基琥珀酸酐修饰β-环糊精(OCD1)与紫胶纳米颗粒(SH)，通过非静电相互作用构建复合稳定剂。相关成果发表在食品领域顶级期刊《Food Hydrocolloids》上。研究人员采用傅里叶变换红外光谱(FTIR)、X射线衍射(XRD)和分子对接等技术，首次揭示了这两种同电荷组分通过主客体包合(host-guest inclusion)及多重非共价作用形成稳定复合物的分子机制。

关键技术方法包括：通过反溶剂沉淀法制备SH纳米颗粒；采用界面张力仪测定OCDS复合物的乳化活性；通过流变学分析评估HIPEs的打印性能；结合激光共聚焦显微镜观察乳液微观结构；系统考察pH值(3-7)、离子强度(0-300 mM NaCl)和温度(20-80°C)对乳液稳定性的影响。

FTIR与分子相互作用分析
FTIR光谱显示OCDS复合物中同时保留OCD1的羟基特征峰(3385 cm^-1)和SH的羰基峰(1712 cm^-1)，且随着SH比例增加，2865 cm^-1处-CH₂伸缩振动增强，证实疏水相互作用的关键贡献。分子对接模拟进一步揭示β-环糊精空腔与紫胶萜烯酸的包合能达-6.8 kcal/mol，而静电斥力则通过维持颗粒间距防止过度聚集。

界面特性与流变行为
OCDS复合物使油水界面张力从28.5 mN/m(纯OCD1)降至18.3 mN/m，界面吸附量提升2.1倍。流变测试显示HIPEs具有显著的剪切稀化特性，在SH占比40%时凝胶强度达到峰值(储能模量G′>1500 Pa)，这归因于界面交联网络与体相颗粒网络的协同作用。

环境稳定性研究
在pH 3条件下，疏水作用增强使乳液滴径减小23%；200-300 mM NaCl通过电荷屏蔽效应促进致密网络形成。温度实验表明HIPEs在50°C以下保持稳定，高温导致SH分子运动加剧破坏网络结构。

3D打印应用验证
优化后的OCDS-HIPEs可精确打印出最小0.8 mm线宽的复杂结构，层间融合度达92%。酸性环境(pH 3)打印的样品经6小时静置后形状保持率仍超过85%，显著优于中性条件样品(68%)。

该研究突破性地证明同电荷生物聚合物可通过非静电相互作用构建高效Pickering稳定剂，不仅丰富了食品胶体化学的理论体系，更为解决个性化营养食品的制造难题提供了创新方案。特别值得注意的是，OCDS复合物中SH的双重功能——既作为界面稳定组分又通过体相网络增强机械性能，这种"界面-体相"双网络设计理念为未来功能性食品材料的开发开辟了新途径。研究揭示的pH响应特性还可用于开发结肠靶递送系统，在营养递送与药物控释领域具有广阔应用前景。