中链甘油三酯油相中甘油酯结晶与晶型/形态演化对Pickering油包水（W/O）乳液稳定性的影响：单甘酯界面-网络协同与三甘酯球晶失稳机制

《Colloids and Interfaces》：Influence of Glyceride Crystallization and Morphological Transformation on the Stability of Pickering Water-in-Oil Emulsions

　　

甘油酯晶体通过两种互补机制稳定油包水（W/O）乳液：在水滴周围形成结晶层（Pickering稳定化）以及在连续油相中形成晶体网络。为更好地理解甘油酯结晶如何影响储存期间的乳液稳定性，本研究考察了具有明确酰基链长的单甘酯（MGs）和三甘酯（TGs）在以中链甘油三酯（MCT）油配制的W/O乳液中的结晶行为。乳化后冷却过程中，MGs既在液滴界面又在主体油相中结晶，为Pickering稳定化与网络稳定化的协同作用提供了直接证据；而TGs主要以球晶形式在油相中结晶，导致快速相分离。在所研究的MGs中，甘油单硬脂酸酯（GMS）提供的长期稳定性显著高于单棕榈酸甘油酯（MP），后者的晶体在储存期间发生显著形态变化。同步辐射小角与宽角X射线散射（SAXS/WAXS）揭示，MP-MCT和GMS-MCT体系最初均形成亚稳晶相，并在老化后转变为热力学稳定的β相。然而，MP的β晶体通过Ostwald熟化持续生长，引起乳液逐步失稳；GMS晶体则保持结构稳定并维持乳液完整性。上述发现建立了甘油酯结晶、多晶型转变与乳液稳定性之间的明确联系，为选择有效的Pickering稳定剂以及设计结晶路径以增强W/O乳液的长期稳定性提供了有价值的指导。

研究背景与问题：结晶甘油酯广泛用于化妆品、食品和药品乳状体系，既可提供动力学稳定，也影响感官性质与活性物释放。单甘酯（MGs，monoglycerides，一分子脂肪酸与甘油酯化）因两亲性可吸附于油/水界面，并在加工与储存温度下于界面或连续油相结晶；三甘酯（TGs，triglycerides，三分子脂肪酸与甘油酯化）则主要通过在连续油相中形成晶体网络稳定乳液。已有研究观察到界面吸附与晶体网络可产生协同稳定，但晶体形成位置、冷却中出现的晶型、随后晶体生长、熟化与聚集，以及它们与长期稳定性的关系仍不清楚。研究人员前期发现乳化温度及冷却中保持温度会改变单/双甘酯（MDG）的结晶与网络包覆，且MG较双甘酯（DG）更有效。基于此，本研究选用不同酰基链长的饱和MGs与TGs——单棕榈酸甘油酯（MP）和三棕榈酸甘油酯（TP，C16）以及GMS和三硬脂酸甘油酯（GTS，C18）——在中链甘油三酯（MCT）油连续相中制备W/O乳液，以阐明甘油酯晶体类型、晶型与形态对稳定和失稳机制及长期稳定性的影响。

关键技术方法：研究采用在线浊度与显微平台测定5 wt.%甘油酯/MCT溶液的结晶温度（T_crys）和溶解温度（T_diss），并实时观察乳化过程；以偏振光显微镜（PLM，利用晶体双折射观察形貌）和共聚焦激光扫描显微镜（CLSM，荧光定位油相与晶体）表征新鲜及老化乳液；用差示扫描量热（DSC，测定熔融/结晶热行为）分析晶型；用台式及Elettra与Australian同步辐射SAXS/WAXS（小角/宽角X射线散射，分别探测层状周期与链堆积）监测冷却结晶及制备后20 h内晶型转变；用流变仪测定黏度及小振幅振荡剪切（SAOS）下的弹性模量（G′）与黏性模量（G″）；并以三相接触角（θ）评价甘油酯固体在MCT油/水界面的润湿与吸附倾向。本研究未涉及样本队列来源。

3.1 甘油酯在MCT油溶液与W/O乳液中的结晶：通过浊度法测得，同链长MGs的T_crys高于TGs，硬脂酸酯高于棕榈酸酯；GMO降低GMS的ΔT，原文提出GMO可作为异相成核位点促进GMS结晶。实时显微显示，MP与GMS在乳化温度（T_e）下即刻于液滴界面和主体油相结晶，形成液滴并最终出现黏性凝胶状结构；GTS主要在油相结晶，TP则在约27 °C、明显低于T_e时结晶。由此得出，仅依据本体溶液T_crys划分乳化前后结晶可能过于简化，乳液中的结晶行为具有体系特异性。

3.2 甘油酯晶体稳定乳液的微结构与稳定性：CLSM显示MP与GMS晶体均在水滴周围形成界面层，并在连续油相形成网络，直接证明Pickering与网络稳定化并存；GMS晶体更小、呈针状，形成更厚且更均匀的壳层。接触角测定显示所有甘油酯θ均大于90°，MGs小于TGs，GMS约136°、MP约144°，GMS更接近90°，预期界面吸附更强。TG晶体以微米级球晶为主，液滴表面吸附少，乳化后很快发生相分离。长期储存中，MP稳定乳液在4—6周内液滴增大、聚并并出现油相析出（bleeding），MP晶体由针状向片状聚集和生长；GMS稳定乳液在8个月甚至可达10个月保持稳定，晶体重组为更均匀的界面层和连续相网络，原文将其与“自硬化”及烧结/晶体重构联系起来。

3.3 MG晶体凝胶与晶体稳定乳液的流变学：流变测试表明，新鲜GMS凝胶低剪切黏度约比MP凝胶高两个数量级，GMS乳液也高约一个数量级，说明GMS在油相形成更致密网络。老化后两者黏度均下降，但GMS乳液在极低剪切速率下黏度略升，与储存中微结构增强一致。GMS凝胶G′随老化增加，弹性-黏性交叉应变由2.5%升至16%；MP凝胶G′显著下降，交叉应变仅0.4%，与MP晶体聚集和网络破坏一致。GMS乳液新鲜与老化样品交叉应变均为16%，结构变化小；MP乳液新鲜样品交叉应变为2%，老化后无明确交叉点。MP乳液低剪切黏度反常高于MP凝胶，原文引用Tenorio-Garcia et al.关于可可脂晶体稳定W/O乳液的“活性填料”解释，即界面晶体与连续相晶体强相互作用增强网络。

3.4 乳化与老化过程中的多晶型相变：台式SAXS/WAXS显示新鲜与老化MP凝胶均主要为稳定β相，长d-spacing约45.9 ?，WAXS特征峰位于q = 13.8—14.6 nm^?1与16.0—16.8 nm^?1，说明储存中的显著形貌变化并非可检测的晶型改变所致。同步辐射冷却实验显示，MP溶液冷却至42—40 °C先形成α相（六方堆积，q = 15.1 nm^?1，层厚约46 ?），34 °C转变为亚α（sub-α）相（正交堆积，层厚约45 ?），32 °C出现新峰但并非β相；制备后20 h内，约3 h后出现并增强β相峰，表明亚稳相向β转变并伴随晶粒长大/聚集/熟化。DSC显示新鲜MP油凝胶为亚α相，其他样品为β相，冷却时约55 °C与37 °C放热峰分别对应α与亚α结晶。GMS冷却也先形成α相，但约3 h内直接转变为β相，且β峰强度不随老化增加，说明无明显熟化，与其长期形貌稳定相一致。Chen and Terentjev将MG凝胶老化中的此类结构转变归因于甘油头基间氢键重排。由此可知，MP的失稳主要与β相形成后的聚集、Ostwald熟化（小晶体溶解、大晶体生长）和晶体生长有关，而非多晶型转变本身；GMS则对这些后转变过程具有更强抵抗力。

讨论与结论：本研究将甘油酯化学结构、结晶路径、晶体演化与W/O乳液稳定性直接关联。MGs形成亚微米针状晶体，既吸附于水-油界面又在连续油相建立网络，提供Pickering与网络双重稳定；TGs主要形成微米球晶，界面亲和性低，即使存在GMO也难以有效稳定。乳液中的结晶并不完全遵循本体溶液T_crys，提示选择加工条件时需考虑乳液特定结晶动力学。长期稳定性最终取决于晶型转变后的晶体生长与重构：MP虽形成β相，但持续熟化和形态转变破坏网络并导致破乳；GMS保持晶体形态和乳液完整性。结论部分可译为：本研究阐明了甘油酯化学及其晶体性质对以MCT油为连续相的Pickering W/O乳液稳定与失稳机制的影响；MG晶体生成稳定乳液，TG体系制备后立即相分离；差异直接源于晶体微结构，MGs形成亚微米针状晶体并同时提供界面与网络稳定，TGs主要形成微米球晶且对液滴表面亲和性低；乳液实时观察表明多相体系中的结晶行为不同于均相油溶液，本体结晶数据不能可靠预测乳化中的晶体形成；GMS稳定乳液可达10个月，而MP稳定乳液2—4周内失稳，MP的形貌演化由β相形成后的聚集、Ostwald熟化和晶体生长驱动，GMS则保持稳定；总体而言，该工作建立了甘油酯分子结构、结晶路径、晶体演化与乳液稳定性之间的直接联系，表明冷却中形成的亚稳晶相可影响晶体在水-油界面的吸附与组织，而后续多晶型与微结构演化既可增强也可损害界面和网络稳定化，为合理选择结晶型Pickering稳定剂及开发具有更长货架期和功能性能的脂质基乳液体系提供了机理认识。