SNCs作为Pickering乳液凝胶的可编程界面构建单元：组装机制、分级结构与食品应用

《Carbohydrate Polymers》：SNCs as programmable interfacial building blocks for pickering emulsion gels: Assembly mechanisms, hierarchical structures, and food applications

　　

淀粉纳米晶体（SNC）稳定的Pickering乳液凝胶已成为一类前景广阔的食品级胶体体系，具有可调的结构和功能特性。本综述总结了这些体系在设计、界面组装和功能性能方面的最新进展，重点关注颗粒特性与宏观行为之间的关系。首先讨论了SNC的结构特征和制备方法，并将其与其润湿性和界面活性联系起来。随后考察了表面修饰策略和复合颗粒设计，以提高吸附能力和界面内聚力。特别关注了控制界面组装和凝胶网络形成的机制，包括液滴堆积、颗粒相互作用和多组分效应。进一步分析了多尺度结构在决定流变性能、稳定性和消化行为中的作用。此外，还重点介绍了在生物活性化合物递送、脂肪替代和三维食品打印等方面的最新进展。同时讨论了与可扩展生产、结构-功能关系以及在复杂食品体系中的性能相关的前沿挑战。本综述提供了一个多尺度框架，将SNC结构、界面组装、层级凝胶架构和功能性能联系在一起，为高级食品胶体体系的理性设计提供了新的见解。

引言

对清洁标签和结构功能性食品日益增长的需求，推动了人们对能够替代传统乳化剂的替代胶体体系的兴趣。传统乳液通常由小分子表面活性剂或两亲性生物大分子稳定。它们在加工和储存条件下的稳定性取决于稳定剂类型和浓度、液滴特性、界面性质和环境条件（Qazi, Ye, Acevedo-Fani, & Singh, 2023）。许多生物大分子稳定的乳液在食品加工和储存期间仍表现出良好的稳定性。相比之下，Pickering乳液由吸附在油水界面的固体颗粒稳定，已发展成为一种稳健且多功能的平台。颗粒的吸附形成机械屏障，有效防止液滴聚并，并提高对环境应力的抵抗能力（Huang et al., 2019）。因此，Pickering体系不仅因增强物理稳定性而受到越来越多的关注，也因能够设计具有定制特性的结构化食品体系而备受瞩目（Ru et al., 2026）。在此背景下，Pickering乳液凝胶引起了特别关注，因为它们结合了乳液的分散特性和凝胶的结构完整性。这些体系通常通过液滴拥挤、颗粒网络形成或额外的凝胶化过程形成，具有类固体的流变行为和改进的形状保持能力。这些特性使其在质构设计、脂肪替代和高级食品结构化等方面具有重要应用价值。

在用于Pickering稳定的各种颗粒中，淀粉基纳米材料因其天然来源、生物降解性和与食品体系的相容性而备受关注（Hazt et al., 2020）。SNC通常通过选择性地去除淀粉颗粒中的无定形区域来制备，从而获得具有高结晶度和明确形态的纳米级颗粒。这些特征允许高效的界面覆盖，并在油滴周围形成相对紧密的颗粒层。与天然淀粉相比，SNC通常产生液滴尺寸更小、稳定性更高的乳液，这对于结构控制和功能递送都很有利（López-Hernández et al., 2022）。然而，其固有的亲水性，源于丰富的表面羟基，限制了它们在油水界面的自发性吸附。为了克服这一限制，已探索了各种策略来定制其表面性质，包括疏水改性、物理处理和与蛋白质、多糖或多酚形成复合颗粒。这些方法不仅改善了颗粒的润湿性，还影响界面组织和网络形成，从而影响所得乳液凝胶的整体性质（Cai, Zhang, & Xie, 2024; Shahbazi et al., 2024）。对SNC基乳液体系日益增长的研究兴趣反映在相关论文的持续增长和研究热点的演变中，正如文献计量分析所揭示的那样（图1）。

近期研究已将重点从简单的稳定性能转向对颗粒特性如何决定界面组装和主体结构形成更综合的理解（Wen, Xiang, Zheng, & Zheng, 2026; B. Zheng, Wen, Xiang, & Zheng, 2026）。SNC在油水界面的吸附行为强烈受颗粒尺寸、形态、表面电荷和接触角等因素影响（de Oliveira Barros et al., 2026）。一旦吸附，这些颗粒形成界面层，作为物理屏障促进液滴稳定性。同时，剩余在连续相中的颗粒可以形成互连网络，通过桥接液滴或增加体系粘度来进一步促进凝胶化。在高内相体系中，液滴的紧密堆积和变形导致堵塞结构，显著增强粘弹性。此外，多种组分之间的相互作用，如蛋白质或多酚，可以改变界面性质并促进层级结构的形成（B. Guo et al., 2021; S. N. Li et al., 2021）。尽管取得了这些进展，多尺度结构演变与宏观功能之间的关系仍理解不足，特别是在界面行为如何转化为凝胶力学性能和长期稳定性方面。

与此同时，越来越多地关注Pickering乳液凝胶在食品体系中的功能意义，特别是在消化和生物活性化合物递送方面。颗粒稳定界面的存在可以通过限制酶的可达性和改变界面置换过程来调节脂质消化，从而影响脂溶性化合物的释放和生物可及性（Muhammad et al., 2025）。这种行为对于设计具有可控营养释放或代谢调节功能的功能性食品尤为相关。同时，SNC基体系为开发脂肪类似物、结构化油脂和具有可调机械性能的打印食品基质提供了机会（D. R. Lin, Zhao, Fan, Qin, & Wu, 2023）。然而，大多数当前研究基于简化的模型体系，在现实食品基质和生理条件下的系统评估仍然有限。因此，本综述提出SNC不应仅被视为颗粒稳定剂，而应作为可编程的界面构建模块，其结构特征决定界面组织、凝胶架构以及最终的功能性能。

章节摘要

**天然淀粉颗粒及其对SNC制备的影响**

SNC的形成与天然淀粉颗粒的固有层级结构密切相关。淀粉主要由直链淀粉和支链淀粉组成，它们组织成由交替的结晶层和无定形层组成的半结晶生长环（B. Wang et al., 2021）。结晶区域来源于支链淀粉双螺旋的规则排列，而无定形区域含有支链和结构缺陷，更容易受到破坏。

**表面修饰**

与纤维素纳米晶体和几丁质纳米晶体相比，SNC具有食品级、可消化、广泛可得、成本低廉和丰富的表面羟基可供修饰。然而，天然SNC更亲水，通常表现出较弱的界面吸附。其机械、酸和热稳定性通常低于纤维素纳米晶体。纤维素纳米晶体通常具有高纵横比和刚性，可以强烈稳定乳液，而几丁质……

**界面组装机制**

SNC对Pickering乳液的稳定化主要受固体颗粒在油水界面的吸附和形成机械坚固的界面层所支配（Haaj, Thielemans, Magnin, & Boufi, 2014）。与在主体和界面之间动态交换的分子表面活性剂不同，SNC通常表现出强烈的界面吸附。在典型的时间尺度上，这种吸附通常被描述为看似不可逆或准不可逆的。

**SNC稳定的Pickering乳液凝胶的形成**

Pickering乳液凝胶的形成代表了从分散液滴到堵塞互连网络的结构转变，其中界面稳定化和主体组织共同决定宏观性质。与表现为粘性液体的传统乳液不同，Pickering乳液凝胶由于液滴运动受限和三维框架的发展而表现出类固体特性。这种转变并非源于单一因素。

**结构表征与结构-功能关系**

SNC稳定的Pickering乳液凝胶的结构表征依赖于多尺度方法，涵盖从颗粒形态到主体网络组织的特征。在纳米尺度上，SNC通常在颗粒尺寸、形态、结晶度和表面性质方面进行表征。透射电子显微镜和原子力显微镜等技术提供对颗粒形状和尺寸的直接可视化，而X射线衍射用于识别……

**消化命运与控释**

SNC稳定的Pickering乳液凝胶的消化行为取决于界面结构、液滴组织和主体网络性质之间的相互作用（Li et al., 2025a, Li et al., 2025b）。这些体系对生理信号具有刺激响应性，包括pH值、离子强度、胆汁盐和消化酶，这直接将其结构特征与控释和代谢结果联系起来。在胃肠道消化过程中，pH值、离子强度……

**食品应用**

SNC稳定的Pickering乳液凝胶的结构特征为广泛的食品应用提供了多功能平台，因为界面组织和网络形成都可以进行定制以实现特定的功能特性。特别是，致密的界面层和互连网络的形成能够有效地控制复杂食品体系中的稳定性、释放行为和质构。重要的是，这些凝胶不仅仅是被动结构。

**挑战与未来展望**

尽管SNC稳定的Pickering乳液凝胶取得了快速进展，但仍有一些根本性和实践性挑战限制了其在食品体系中的更广泛应用。主要问题之一在于规模化制备质量一致的SNC。传统的酸水解耗时且需要大量洗涤和中和，导致成本增加和环境担忧。基于物理或酶处理的替代方法显示出潜力，但……

**结论**

SNC稳定的Pickering乳液凝胶代表了一类有前景的食品级软材料，其中颗粒结构、界面组装和网络形成与功能性能紧密耦合。纳米结晶度、可调的表面性质和形成致密界面层的能力的独特组合，能够实现乳液的有效稳定并促进向具有期望流变性能的凝胶状结构的转变。通过……

**CRediT作者贡献声明**

郝亚成：写作——审阅与编辑，写作——原稿撰写，概念构思。李赛：写作——审阅与编辑。温辉：写作——审阅与编辑。郭晓：调查。杨清：写作——审阅与编辑。龚志勇：项目管理。刘鑫：监督，资源。郑波：写作——审阅与编辑，验证，监督。

**利益冲突声明**

作者声明不存在竞争性经济利益。

**致谢**

本研究得到湖北省重点研发计划（2024BBB030）、国家重点研发计划（2022YFF1102500）、武汉理工大学科研基金（2025RZ022）以及WHPU科研与创新计划（2025Y16）的资金支持。

郝亚成|李赛|温辉|郭晓|杨清|龚志勇|刘鑫|郑波