《Current Research in Food Science》：Food-related nanoemulsions: Fabrication approaches, characterization methods, and emerging applications
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纳米乳（nanoemulsion）是一类热力学亚稳态（thermodynamically metastable）但动力学稳定（kinetically durable）的胶体载体，其液滴尺寸通常低于500 nm，能够包封亲脂性生物活性化合物（lipophilic
纳米乳（nanoemulsion）是一类热力学亚稳态（thermodynamically metastable）但动力学稳定（kinetically durable）的胶体载体，其液滴尺寸通常低于500 nm，能够包封亲脂性生物活性化合物（lipophilic bioactive compounds），从而增强其溶解度、储存稳定性及体内生物利用度（in vivo bioavailability）。纳米乳的小液滴尺寸提供了巨大的比表面积（specific surface area）、高包封效率（encapsulation efficiency）及改善的口服生物利用度，进而缓解多酚（polyphenols）、植物精油（essential oils）及脂溶性化合物因水溶性差和氧化降解所带来的应用限制。本综述概述了食品级纳米乳的两条主流制备路线，即高能乳化（high-energy emulsification）与低能乳化（low-energy emulsification），并比较了二者的作用原理、生产成本、工业可扩展性（industrial scalability）及固有局限性。研究讨论了粒径（particle size）、表面电荷（surface charge）、微观结构（microstructure）、流变特性（rheological properties）及生物活性等常用表征技术，并对其各自的检测优势及适用场景进行了比较分析。本综述总结了近五年（同时纳入技术背景相关的基础文献）食品应用领域的最新研究进展，涵盖三大核心方向：食品品质保鲜（food quality preservation）、可降解活性包装（biodegradable active packaging）及营养强化功能食品（nutrient-fortified functional foods）。研究还指出了当前研究中的关键空白，包括系统性体内安全性数据不足，以及天然色素递送系统在工业规模验证方面的局限，特别是其在加工和储存过程中长期稳定性的问题。此外，研究提出了以绿色低成本制备、全天然乳化剂开发及刺激响应型递送系统构建为核心靶向的未来研究重点。本综述旨在为加速纳米乳平台向可持续健康促进型食品应用的转化提供理论见解与技术指导。
一、研究背景与问题提出
随着消费者对清洁标签（clean-label）及营养强化食品需求的持续增长，食品工业迫切需要高效的天然功能成分递送载体。多酚、植物精油、脂溶性维生素及天然色素等活性物质虽具有优异的抗氧化与抗菌性能，但其水溶性差、易受热和光降解、肠道吸收效率低等缺陷严重限制了在食品中的实际应用。传统微米级乳液在长期储存中易发生聚集和相分离。相比之下，液滴尺寸通常低于500 nm的纳米乳凭借强布朗运动对抗重力分离、以及依赖界面电荷和溶液条件的静电排斥作用，展现出优异的长期胶体稳定性，显著提升了疏水性生物活性化合物的溶解性、稳定性及生物利用度。此外，传统塑料食品包装引发的环境担忧也推动了纳米乳赋能的可降解及智能包装系统的发展。
基于Web of Science 2016至2026年的文献计量分析，共检索到7909篇纳米乳相关论文，食品科学以1567篇论文（19.8%）成为第二大贡献学科，年发文量保持稳定上升趋势。VOSviewer关键词共现网络将研究领域划分为四个聚类：纳米乳制备与理化稳定性、精油纳米乳在食品保鲜与可食用包装中的应用、生物活性保护与生物安全、以及体外/体内评价与口服功效。然而，现有综述多侧重于单一环节，缺乏将制备、表征与食品应用整合于"配方到转化"（formulation-to-translation）框架的系统性比较分析。因此，本研究旨在系统比较高能与低能制备路线的工业可扩展性，建立联系胶体性质与功能性能的多维表征框架，梳理近五年食品应用进展，并明确包括天然色素纳米乳的工业规模验证、长期稳定性评估及系统性体内安全性评价在内的具体研究优先方向。
二、研究内容与主要结论
研究人员系统综述了食品级纳米乳的两大类制备策略。高能乳化法包括高压均质法（high-pressure homogenization）、超声乳化法（ultrasonic emulsification）、微流化技术（microfluidization）及转子-定子乳化法（rotor-stator emulsification），各方法在产能、粒径控制、设备成本及对热敏/剪切敏感活性物质的保护能力上存在显著差异。低能乳化法包括相转变温度法（PIT）、相转变组成法（PIC）、自乳化法（self-emulsification）、膜乳化法（membrane emulsification）及溶剂置换法（solvent replacement），其凭借温和条件与低能耗优势适用于不同规模的配方开发。在表征层面，研究人员建立了涵盖粒径分布与多分散指数（PDI）、Zeta电位、感官特性、界面结构与流变特性、微观形貌、乳液稳定性及体外/体内生物活性与生物利用度的多维评价体系，并引入界面张力测定、傅里叶变换红外光谱（FT-IR）、差示扫描量热法（DSC）、核磁共振波谱（NMR）及分子动力学模拟等先进表征手段。研究进一步提出整合加工稳定性、胃肠行为、感官品质、安全性、可扩展性、可重复性、能耗及生产可行性的综合评估框架，强调不应以单一参数（如粒径或包封效率）作为应用潜力的独立指标。在应用层面，研究覆盖食品品质保鲜、可降解活性包装及营养强化功能食品三大方向，展示了纳米乳在延长货架期、构建智能包装及提升营养素生物利用度方面的广阔前景。
三、关键技术方法
研究人员采用的主要技术方法包括：基于Web of Science核心合集（检索日期2026年7月15日）的文献计量学分析，使用VOSviewer（版本1.6.20，全计数法，最小关键词出现阈值10，关联强度归一化）构建关键词共现网络；系统比较高能乳化（高压均质、超声、微流化、转子-定子）与低能乳化（PIT、PIC、自乳化、膜乳化、溶剂置换）两大类制备技术的机制与适用场景；采用动态光散射（DLS）、激光衍射、透射电子显微镜（TEM）、扫描电子显微镜（SEM）、原子力显微镜（AFM）、激光扫描共聚焦显微镜（LSCM）等表征手段；以及利用模拟体外胃肠道消化模型（INFOGEST）、Caco-2细胞模型及大鼠体内药代动力学试验评估生物可及性与生物利用度。
四、研究结果分述
4.1 高能乳化制备方法
高压均质法可在50–100 MPa（最高350 MPa）、2–5个循环及20–35 °C恒温冷却条件下制备粒径小于200 nm的纳米乳，具有高通量、参数可控及批次稳定性好的优势，但设备成本高、能耗大，且强剪切和瞬时升温可能损伤热敏/剪切敏感组分。超声乳化法通过空化效应产生强剪切力，优化后最小粒径可达50–150 nm，操作简单、设备成本低，但声能分布不均需循环处理，局部过热风险限制其工业规模化应用。微流化技术利用超高压泵将粗乳液推入微尺度反应腔，通过超音速射流碰撞、水力学剪切及局部空化协同破碎液滴，可制备50–150 nm、粒径分布窄的纳米乳，精确控制能力强、表面活性剂用量少，但设备昂贵、微通道易堵塞、规模化困难。转子-定子乳化法依靠高速旋转产生的强剪切与湍流扰动，适用于高黏度物料，安装简便、投资低，但单次处理所得液滴尺寸通常为100–500 nm，需辅以高压均质或超声进一步细化。
4.2 低能乳化制备方法
PIT法通过温度诱导非离子表面活性剂水合状态改变触发相转变，制备温度通常为50–80 °C（高于PIT 10–15 °C），冷却速率大于10 °C/min，最小粒径100–200 nm，操作简单、成本低，但仅限于非离子表面活性剂体系且需高浓度表面活性剂。PIC法在恒温下通过逐步改变油/水/表面活性剂比例诱导相转变，表面活性剂与油比4:6至7:3，最小粒径30–150 nm，条件温和、成本低，但组分比例要求严格。自乳化法利用两亲分子自组装特性，在界面能最小化驱动下自发形成纳米乳，表面活性剂浓度8–16 wt%，最小粒径50–150 nm，能耗极低、规模化潜力大，但对油-表面活性剂相容性要求严格。膜乳化法将分散相通过纳米多孔膜挤压进入连续相，跨膜压力10–60 bar，膜孔径30–150 nm，最小粒径50–150 nm，条件温和、单分散性优异，但膜成本高、通量低、易污染堵塞。溶剂置换法将亲脂性活性物质溶于水混溶性有机溶剂后扩散至水相，经溶剂蒸发诱导自组装，最小粒径50–200 nm，操作简单、适用疏水性活性物质范围广，但有机溶剂残留需严格去除，增加工艺复杂性。
4.3 性能表征与稳定性评价
粒径分布与PDI是最基础的结构参数，DLS和激光衍射为最常用的定量技术，最优食品纳米乳液滴直径通常低于200 nm，PDI低于0.2表明粒径分布较窄。Zeta电位绝对值超过±30 mV通常表明稳定性良好，但该阈值不适用于非离子表面活性剂、蛋白质或多糖稳定的空间位阻体系，需结合界面组成、离子强度、pH及流变行为综合解读。流变行为方面，稀纳米乳通常呈近似牛顿流体行为，浓缩体系或聚合物增稠体系常表现为剪切变稀，生物聚合物稳定的体系在连续相形成缠结网络时可能呈现凝胶状黏弹性行为（G′ > G″）。微观形貌表征中，冷冻透射电镜（cryo-TEM）可在近天然水合状态观察液滴结构，避免常规TEM制样引入的扁平化、坍塌或染色伪影。乳液稳定性受絮凝、聚结、奥斯特瓦尔德熟化（Ostwald ripening）及乳析/沉降等多种失稳机制影响，需在加速储存条件下多参数监测。
4.4 生物活性与生物利用度
体外模拟胃肠道消化模型可快速评估生物可及性与释放特性。研究人员报道姜黄素纳米乳（26–129 nm，载药量9.53 mg/mL）经模拟消化后其保留率和生物可及性显著高于游离姜黄素；辅料纳米乳使槲皮素生物可及性提高1.73倍（INFOGEST模型）。Caco-2细胞摄取试验及大鼠体内药代动力学试验进一步验证了肠道转运与系统生物利用度，纳米乳共给药使槲皮素生物利用度提高46.6%，系统抗氧化能力提高1.47倍（P < 0.05）。此外，Satureja battandieri精油纳米乳（PDI < 0.3）对常见食源性病原菌的抑菌能力及抗氧化能力均强于游离油，小鼠模型中水肿抑制率达64%（纯油为32%）。
五、讨论与结论
研究人员指出，当前研究存在若干关键空白：系统性体内安全性数据不足，天然色素递送系统缺乏工业规模验证，加工和储存过程中的长期稳定性数据有限。不同研究间因配方、实验模型及测定条件差异难以直接比较，亟需建立标准化评估框架。未来研究应聚焦于绿色低成本制备技术开发、全天然乳化剂创制及刺激响应型递送系统构建。研究强调，食品级纳米乳的工业转化应综合考量加工稳定性、胃肠性能、感官品质、安全性、可扩展性、可重复性、能耗及生产可行性等多维度证据，而非以单一参数作为应用潜力的独立指标。本综述通过整合制备、表征与食品应用于配方到转化框架，为加速纳米乳平台向可持续健康促进型食品应用的转化提供了理论见解与技术指导。
