来自西澳洲腰果（Anacardium occidentale）渗出物的阿拉伯半乳聚糖作为天然乳化剂：一种可持续的纳米乳液稳定化方法

《ACS Omega》：Arabinogalactan from Anacardium occidentale Exudate as a Natural Emulsifier: A Sustainable Approach to Nanoemulsion Stabilization

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油/水纳米乳液是在水介质中输送疏水性化合物的有效系统，前提是能够制备出稳定的配方。在这项研究中，从西洋腰果（Anacardium occidentale）的渗出物中提取的阿拉伯半乳聚糖被评估作为一种天然的乳化剂来生产纳米乳液。其性能与广泛使用的多糖乳化剂瓜尔胶进行了比较。纳米乳液是通过自发乳化（磁力搅拌）和机械超均质化（Ultra-Turrax）两种方法制备的。这些系统通过粒径（DS）、多分散指数（PDI）、ζ电位（ζ-potential）、流变行为以及透射电子显微镜（TEM）的形态学特征进行了表征。使用阿拉伯半乳聚糖通过自发乳化制备的配方（Ae4）显示出粒径低于40纳米，而使用瓜尔胶的配方（GGe4）的粒径低于100纳米。两种系统的PDI值均低于0.5，表明其均匀性良好至中等。多糖浓度与粒径之间存在强负相关（r < ?0.8），而与ζ电位之间存在中等相关性，ζ电位接近中性（约0 mV），这表明在阿拉伯半乳聚糖稳定的系统中，空间位阻稳定是主要机制。TEM分析证实了纳米级粒径的存在，并显示出Ae4比GGe4具有更均匀的分布，表明其稳定性更高。值得注意的是，用阿拉伯半乳聚糖稳定的纳米乳液在70天内保持稳定，且随着时间的推移粒径聚集减少，而用瓜尔胶稳定的纳米乳液则不然。这些发现突显了使用西洋腰果中的阿拉伯半乳聚糖作为高效天然乳化剂的新颖性。在较高浓度下，通过自发乳化可以产生更小的粒径（最多减少约60%），并提高长期稳定性。这种多糖代表了食品、化妆品和制药行业中一种有前景、安全且可持续的替代品。

1. 引言
寻找新的、丰富的和可持续的天然乳化剂在生物经济中变得尤为重要，尤其是在食品产品开发方面。
(1) 乳化剂是添加到双相食品中的添加剂——即由油相和水相组成的食品，如酱料、奶油、饮料和烘焙产品——以维持分散相的稳定性，防止其聚集和相分离。
(2) 这种类型的食品称为乳液，在其中分散相以液滴形式存在于连续相中。这种排列增加了系统的界面面积，从而增加了系统的自由能，使乳液在本质上变得热力学不稳定。
在这种情况下，乳化剂通过空间位阻、静电排斥和/或改变连续相的粘度，在长时间内维持分散相的稳定性方面起着重要作用。
(3) 乳液的物理化学表征，特别是粒径、多分散指数（PDI）和ζ电位的测量，对于预测稳定性、阐明主要稳定机制以及确定潜在的技术应用至关重要。
在最常用的天然乳化剂中，从四棱豆（Cyamopsis tetragonolobus）种子中提取的瓜尔胶因其有效性和全球广泛应用而脱颖而出。然而，其生产主要集中在特定的亚洲地区，如印度，约占全球商业瓜尔胶产量的80%。这种地理集中度对供应稳定性、价格和可持续性造成了限制，因此需要寻找替代来源。
与此同时，由于对使用天然成分的加工产品（绿色标签）的需求不断增加，全球乳化剂市场经历了稳定增长。然而，巴西进口的这类产品多于出口。因此，发现新的乳化剂分子是满足国内市场需求的有趣选择，预计到2028年乳化剂的年采购额将达到约45亿美元。这种不平衡突显了探索本地资源作为具有竞争力和可持续性替代品的关键机会。
在这方面，巴西以其生物多样性和丰富的植物资源而闻名，可以成为市场上乳化剂来源的多样化来源，特别是来自该国常见和经济上被开发的植物，如西洋腰果（Anacardium occidentale）。西洋腰果广泛种植用于生产坚果和被称为腰果的假果，其渗出物富含阿拉伯半乳聚糖。阿拉伯半乳聚糖是一种无毒的分支多糖，在使用多种来源（如玉米和桃子）的研究中已被证明具有乳化活性。此外，它还是另一种商业乳化剂阿拉伯胶的主要成分。
研究腰果阿拉伯半乳聚糖的乳化潜力是本地资源增值的重要一步，符合生物经济和可持续利用生物多样性以获得经济和社会效益的原则。此外，开发本地产品可以减少对进口原材料的依赖，从而增强本地生产链的韧性，促进区域发展以及巴西自然资源的合理利用。为了更牢固地贡献于生物经济，有必要开发可行的技术来实现本地产业。因此，除了分析替代进口乳化剂的天然多糖类型外，还需要研究能够生产更稳定乳液的方法，并使其更容易推广。
此外，大多数工业乳化过程依赖于高能耗方法，如机械超均质化，尽管有效，但能耗高，可能在可持续生产框架下限制了可扩展性。相比之下，低能耗方法，如自发乳化，提供了以较低能量输入生产稳定纳米乳液的有希望的替代方案。然而，在这些条件下天然多糖的有效性尚未得到充分探索。为了解决这些不足，本研究评估了从西洋腰果渗出物中提纯的阿拉伯半乳聚糖的乳化潜力，将其置于天然乳化剂的更广泛背景下进行评估。选择瓜尔胶作为天然基准，因为它具有成熟的工业应用；同时加入Tween 80作为合成参考，因为它具有高乳化效率和在纳米乳液系统中的频繁应用。
总之，探索新的巴西乳化剂来源，如腰果胶中的阿拉伯半乳聚糖，以及简化的加工技术，支持了可持续和有竞争力的生物经济的发展。本研究旨在确定在油水乳液中使用西洋腰果阿拉伯半乳聚糖的最佳条件，并证明其化学性质与商业乳化剂相似。这是首次评估从西洋腰果渗出物中提纯的阿拉伯半乳聚糖的乳化潜力，扩展了之前仅限于粗材料的研究。由于含有更高的多糖含量，提纯的渗出物被认为具有更好的乳化性能。

2. 材料与方法
2.1. 材料
从巴西东北部伯南布哥州南部海岸收集了西洋腰果（A. occidentale L.）树分泌的胶状物。瓜尔胶从巴西Dinamica Química Contemporanea LTDA购买，未经预先纯化即可使用。Tween 80（聚山梨酯80，分析级）从巴西圣保罗的Neon购买，甘油（分析级）从巴西里约热内卢的Vetec购买。大豆油（商业食品级，Mazola品牌）从当地市场（伯南布哥州累西腓）购买。所有其他试剂均为分析级，按接收状态使用。
2.2. 从西洋腰果胶中提取阿拉伯半乳聚糖
阿拉伯半乳聚糖的提取方法按照Souza等人的描述进行。简要来说，将原始胶状物（自然状态）手动清洗并研磨。取20克样品，加入蒸馏水（100毫升），在室温（25.0 ± 0.1°C）下进行磁力搅拌（200转/分钟）2小时。所得溶液通过纱布过滤，然后再次使用90丝筛网过滤，并用乙醇（1:3 v/v）沉淀。沉淀物溶解在蒸馏水中，通过110丝筛网过滤，最后在30°C下干燥，命名为阿拉伯半乳聚糖，并储存在室温（25.0 ± 0.1°C）。选定的提取条件基于先前优化的协议，以确保高效回收多糖的同时保持结构完整性。阿拉伯半乳聚糖和商业瓜尔胶的总碳水化合物和蛋白质含量使用Dubois等人和Bradford等人的方法进行测定，并使用相应的半乳糖和牛血清白蛋白标准曲线（490和595纳米）。
2.2.1. 尺排色谱
使用配备折射率检测器（RID-10A）的Shimadzu LC-2050C系统进行凝胶渗透色谱（GPC）分析，以分析提取的阿拉伯半乳聚糖的纯度和摩尔质量分布。分析在Polysep Linear柱（300 × 7.8毫米）上进行，使用0.1 mol·L–1的NaNO3水溶液作为洗脱液。实验条件包括温度30°C、流速1.0 mL·min–1和样品注入量50 μL。使用不同分子量的普鲁兰标准品（5 kDa、12 kDa、25 kDa、50 kDa和80 kDa）进行系统校准。采用三阶多项式拟合浓度结果（logM与保留时间的关系），使用以下公式计算样品的分子量：
LogM = 14.33638 ? 1.12336×Ve
其中Ve为洗脱体积。
2.3. 油水（O/W）乳液的制备
制备了含有2和4毫克/毫升阿拉伯半乳聚糖和瓜尔胶的乳液。乳液采用两种不同的方法制备：带有改进的自发乳化方法和使用Ultra-Turrax（T-10，IKA，德国）的机械超均质化方法。多糖浓度基于文献报告和初步优化选择，以确保形成稳定的纳米乳液，并允许评估多糖的贡献。通过分析第1天、第7天、第28天、第49天和第70天的粒径、多分散指数（PDI）和ζ电位来评估乳液的稳定性。平均粒径较小且多分散指数（PDI）较低的乳液在第1天和第70天进行了流变特性分析，并在第70天进行了透射电子显微镜评估。两种方法的样品均重复三次制备，每次重复的测试也重复三次。统计分析考虑了每次重复获得的平均值±标准偏差。
2.3.1. 自发乳化
乳液使用Tween 80（11.25% v/v）和甘油（3.75% v/v）作为助剂制备，其浓度根据Jafarizadeh-Malmiri等人的方法进行修改，以优化多糖的应用。首先，将Tween 80和甘油在磁力搅拌器（Fisatom，巴西）中以500转/分钟的速度混合5分钟，然后加入大豆油（1% v/v），再搅拌15分钟。最后加入水相（84% v/v），其中含有2或4毫克/毫升的阿拉伯半乳聚糖（A）或瓜尔胶（GG）。混合物搅拌30分钟。样品分别命名为Ae2、Ae4、GGe2和GGe4。此外，还制备了一个不含多糖的对照乳液，以评估Tween 80和甘油的单独乳化活性，命名为Ct。
2.3.2. 机械超均质化
将大豆油和多糖溶液以2或4毫克/毫升的浓度按1:100（v/v）的比例混合，并分别使用Ultra-Turrax（T-10，IKA，德国）以20,000转/分钟的速度均质化5分钟。样品分别命名为Am2、Am4、GGm2和GGm4。由于初步观察到过度起泡干扰了分析测量，因此此方法未包含Tween 80和甘油。此外，由于系统本身的不稳定性，未制备仅含水和油的对照组，因为其相在机械搅拌器关闭后立即分离。
2.4. 乳液表征
2.4.1. 动态光散射和ζ电位
使用Zetasizer Nano ZS90（ZEN3690，Malvern Instruments，英国）测量悬浮在乳液中的粒径、相应的多分散指数（PDI）和ζ电位。为此，将1毫升乳液倒入玻璃比色皿（PCS1115）中。使用动态光散射验证粒径（纳米）和PDI后，将通用“Dip”适配器（ZEN1002）连接到比色皿上以测量ζ电位。结果使用Smoluchowski方程计算，其中大豆油的折射率为1.47，在20°C下使用激光以90°固定角度测量。结果表示为三次测量的平均值±标准偏差。
2.4.2.流变学分析
Ae4、GGe4和Ct乳液的流变特性在应力控制的流变仪（Anton Paar MCR 102，奥地利）中进行了测量，该流变仪配备了锥板式传感器（直径50毫米，截断间隙为1°和101微米）。分析在室温（25.0 ± 0.1 °C）下进行。通过测量样品应力响应与剪切率的关系来获得流动曲线，剪切率范围从10到600 s–1。数据以表观粘度与剪切率的关系形式呈现。每次运行收集了30个数据点。

2.4.3 透射电子显微镜
使用Morgagni 268D显微镜（FEI，美国）在明场模式下，以80 keV的加速电压分析了Ae4和GGe4乳液的微观结构。

2.5 统计分析
数据以三重复的方式获得，并通过ANOVA进行分析，随后进行Tukey检验（p ≤ 0.001），同时分析了第1天和第70天乳液中多糖浓度（mg/mL）与液滴大小（nm）、PDI和ζ-电位（mV）之间的相关性。使用GraphPad Prism 8.0（GraphPad Software, Inc.）软件进行这些分析。

3 结果与讨论
3.1 阿拉伯半乳聚糖的纯度
考虑到化学结构，来自A. occidentale渗出物的多糖中单糖的比例因提取部位而异；然而，其化学组成没有显著变化。(21) 巴西发现的A. occidentale胶含有一个中央的半乳糖链（73%）以及末端的葡萄糖（11%）、阿拉伯糖（5%）、鼠李糖（4%）和葡萄糖醛酸（6.3%）单元。(22) A. occidentale阿拉伯半乳聚糖的总碳水化合物含量为75.0 ± 0.8%（w/w），蛋白质含量为4.38 ± 0.1%（w/w），而瓜尔胶的总碳水化合物含量为91.06 ± 0.2%（w/w），蛋白质含量为5.27 ± 0.1%（w/w）。瓜尔胶主要由半乳甘露聚糖组成。文献中描述其总碳水化合物含量在83.3%到87.5%之间，蛋白质含量在3.5%到5.0%之间，其作为油水乳化剂的稳定性归因于其中大量的多糖，这些多糖通过改变水相的粘度来促进稳定性。(23) 尽管瓜尔胶中的蛋白质含量较少，但其存在对于确保多糖部分在油水界面上的锚定非常重要，这增加了系统的稳定性并赋予了该化合物乳化活性。(24) 因此，从多糖与蛋白质的比例来看，瓜尔胶和阿拉伯半乳聚糖的化学结构相似性表明阿拉伯半乳聚糖可能具有作为稳定剂或乳化剂的潜在功能。

从A. occidentale中提取的阿拉伯半乳聚糖含有更多的多糖和更少的蛋白质，而从Basella alba中提取的阿拉伯半乳聚糖中，多糖部分占样品的53.07 ± 5.01%，主要由阿拉伯糖、半乳糖和葡萄糖醛酸组成，蛋白质部分占41.53 ± 2.48%。(25) 尽管多糖和蛋白质的比例有所不同，但这些结果揭示了样品之间的化学相似性，尽管它们来自不同的来源。与本研究观察到的情况类似，Urtica canabina中的水溶性碳水化合物总含量高达73%，其中鉴定出的单体包括鼠李糖、阿拉伯糖、葡萄糖和半乳糖。(26) 通过尺寸排阻色谱法（图1）更好地解释了从A. occidentale中提取的阿拉伯半乳聚糖的纯度，该结果显示从A. occidentale渗出物中提取的物质由分子量为4.12 × 10^2 Da的组分以及更小分子量的组分组成。这些结果支持了进行的总碳水化合物和蛋白质含量测试，因为它们强化了存在高分子量浓缩组分的事实。

图1 从Anacardium occidentale中提取的阿拉伯半乳聚糖的尺寸排阻色谱图。
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阿拉伯半乳聚糖可以具有较高的分子量，例如从Codonopsis pilosula中提取的阿拉伯半乳聚糖，其分子量为1.29 × 10^7 Da，高于本研究中获得的分子量。(27) 从Larix sibirica Ledeb的木材副产品中提取的阿拉伯半乳聚糖的分子量也高于本研究中观察到的分子量，为19.805 Da。(28)

3.2 自发乳化和机械超均质化过程对乳液保质期的影响
本研究评估了从A. occidentale渗出物中提取的阿拉伯半乳聚糖的乳化潜力，并将其与商业上常用的瓜尔胶进行了比较，瓜尔胶是一种通常从Cyamopsis tetragonolobus胚乳中提取的半乳甘露聚糖，用作食品和化妆品中防止相分离的乳化剂。(29) 通过液滴大小、PDI和ζ-电位来评估乳液的稳定性。

对于乳液Ae4观察到了有希望的结果，其液滴大小（<20 nm）小于乳液Ct（<2000 nm）和ae2（<1000 nm）。这种稳定性在70天内保持不变（表1）。

表1. 用A. occidentale渗出物中提取的阿拉伯半乳聚糖、作为阳性对照的瓜尔胶（GG）以及含有Tween 80的水通过自发乳化（E）和机械超均质化（M）制备的乳液的液滴大小（nm）
| 天数 | Ae2 | Ae4 | GGe2 | GGe4 | Ct |
|------|------|------|------|------|
| 1 | 103 | 7.3 ± 6.4 | 97 | 33 | 103 |
| 7 | 37.3 ± 25.1 | 174.5 ± 17.7 | 241.2 ± 128 | 334.5 ± 102.1 |
| 17 | 15.8 ± 1.4 | 12.5 ± 0.5 | 12.5 ± 0.3 | 13.2 ± 0.4 |
| 28 | 103 | 0.2 | 82 | 117 | 49 |
| 49 | 35.5 ± 66.5 | 21.3 ± 1.3 | 21.2 ± 5 | 117 |
| 70 | 103 | 561 ± 107.3 | 585.6 ± 28.1 | 843 |
| | 285.8 ± 10.6 | 1138 ± 35.7 | 968.8 ± 6.7 | 994.8 |
| | 242 | 222 | 262 | 261 | 235 |
| | 106 | 246 | 396 | 389 | 399 |

在相同条件下用瓜尔胶制备的GGe4乳液显示出与阿拉伯半乳聚糖相似的结果；然而，在第49天时有显著增加。在第70天，样品Ae4和GGe4的液滴大小分别低于20 nm和100 nm，而浓度较低的配方Ae2和GGe2的液滴大小在300到1000 nm之间（表1）。这表明多糖浓度的降低导致通过自发乳化制备的样品液滴大小增加。这种行为可以从机械角度解释为：较高浓度下多糖分子的可用性增加，从而增强了乳化过程中的界面吸附。更大的表面覆盖减少了界面张力，使新形成的液滴能够快速稳定，防止重新聚集。此外，液滴周围形成的较厚空间障碍限制了它们随时间的聚集。在较低浓度下，界面覆盖不足导致部分稳定，有利于液滴聚集，从而导致平均液滴大小增大。

本研究还评估了多糖浓度与乳液质量之间的相关性，结果见表2。这一结果基于皮尔逊系数（Pearson’s coefficient），其值在|1.0|到|0.5|之间表示强相关性，在|0.5|到|0.3|之间表示中等相关性，在|0.3|到|0.1|之间表示弱相关性，低于|0.1|则表示无相关性。(31)

表2. 用A. occidentale渗出物中提取的阿拉伯半乳聚糖和瓜尔胶制备的乳液的多糖浓度与液滴大小、多分散指数（PDI）和ζ-电位之间的相关性（R）
根据表2，测试的多糖浓度在第1天对液滴大小的减小有显著影响（r = ?0.55）。获得更小的液滴可以提高乳液稳定性，因为更小、大小更均匀的液滴会阻碍它们的聚集，从而防止相分离。(32) 通过机械超均质化制备的乳液液滴大小大于通过自发乳化制备的乳液液滴大小（表1）。机械超均质化仅使用大约20,000 rpm的搅拌来形成乳液结构，而自发乳化使用的是500 rpm的磁力搅拌，且强度较低。需要注意的是，自发乳化和机械超均质化之间的比较不仅涉及能量输入的差异，还涉及配方成分的差异，特别是表面活性剂辅助剂的差异。因此，观察到的差异应解释为不同配方-工艺系统的结果，而不是乳化方法的直接比较。

除了技术差异外，通过机械超均质化制备的样品之间也存在差异。用阿拉伯半乳聚糖制备的样品液滴大小较小（约1000 nm，表1），而用瓜尔胶制备的样品液滴大小在2300到4000 nm之间（表1）。这些结果表明，阿拉伯半乳聚糖比商业对照剂具有更强的稳定活性，能够制备出液滴更小的乳液。

液滴大小分布通过PDI进行分析。在本研究中，用阿拉伯半乳聚糖制备的乳液（Ae4、Am2和Am4）在70天内的PDI值均低于0.5（表3），其中Ae4的表现尤为突出，与Ct和Ae2相比具有统计学上的显著差异。同时，作为阳性对照的GGe4的PDI为0.5 ± 0（表3）；这一结果表明，多糖类型对系统稳定性有显著影响，因为在相同的工艺和表面活性剂浓度下，无法用瓜尔胶制备出与阿拉伯半乳聚糖制备的乳液一样稳定的乳液。

表3. 用A. occidentale渗出物中提取的阿拉伯半乳聚糖、作为阳性对照的瓜尔胶（GG）以及含有Tween 80的水通过自发乳化（E）和机械超均质化（M）制备的乳液的多分散指数（PDI）
| 天数 | Ae2 | Ae4 | GGe2 | GGe4 | Ct |
|------|------|------|------|------|
| 1 | 0.949 | 0.352 | 0.247 | 0.440 |
| 7 | 0.723 | 0.337 | 0.247 | 0.440 |
| 17 | 0.889 | 0.374 | 0.368 | 0.368 |
| 28 | 0.916 | 0.982 | 0.362 | 0.367 |
| 49 | 0.352 | 0.236 | 0.953 | 0.982 |
| 70 | 0.440 | 0.374 | 0.360 | 0.527 |
| | 0.688 | 0.462 | 0.573 | 0.484 |
| | 0.506 | 0.462 | 0.573 | 0.585 |
| | 0.231 | 0.293 | 0.371 | 0.511 |
| | 0.371 | 0.239 | 0.569 | 0.484 |
| | 0.506 | 0.462 | 0.573 | 0.585 |
| | 0.247 | 0.293 | 0.371 | 0.511 |
| | 0.295 | 0.239 | 0.569 | 0.484 |
| | 0.688 | 0.100 | 1.000 | 1.000 |
| | 0.231 | 0.293 | 0.371 | 0.308 |
| | 0.295 | 0.371 | 0.511 | 0.484 |
| | 0.506 | 0.462 | 0.573 | 0.585 |
| | 0.440 | 0.374 | 0.360 | 0.527 |
| | 0.688 | 0.100 | 1.000 | 1.000 |
| | 0.231 | 0.293 | 0.371 | 0.308 |
| | 0.295 | 0.371 | 0.511 | 0.484 |
| | 0.506 | 0.462 | 0.573 | 0.585 |
| | 0.440 | 0.374 | 0.360 | 0.527 |
| | 0.688 | 0.100 | 1.000 | 1.000 |
| | 0.231 | 0.293 | 0.371 | 0.308 |
| | 0.295 | 0.371 | 0.511 | 0.484 |
| | 0.506 | 0.462 | 0.573 | 0.585 |
| | 0.440 | 0.374 | 0.360 | 0.527 |
| | 0.688 | 0.100 | 1.000 | 1.000 |
| | 0.231 | 0.293 | 0.371 | 0.308 |
| | 0.295 | 0.371 | 0.511 | 0.484 |
| | 0.506 | 0.462 | 0.573 | 0.585 |
| | 0.440 | 0.374 | 0.360 | 0.527 |
| | 0.688 | 0.100 | 1.000 | 1.000 |
| | 0.231 | 0.293 | 0.371 | 0.308 |
| | 0.295 | 0.371 | 0.511 | 0.484 |
| | 0.506 | 0.462 | 0.573 | 0.585 |
| | 0.440 | 0.374 | 0.360 | 0.527 |
| | 0.688 | 0.100 | 1.000 | 1.000 |
| | 0.231 | 0.293 | 0.371 | 0.308 |
| | 0.295 | 0.371 | 0.511 | 0.484 |
| | 0.506 | 0.462 | 0.573 | 0.585 |
| | 0.440 | 0.374 | 0.3相反，观察到的稳定性更一致地可以用空间位阻机制来解释：阿拉伯半乳聚糖链在油水界面的吸附形成了一种水合的界面层，防止了液滴的聚结。相比之下，尽管瓜尔胶也表现出乳化能力，但用阿拉伯半乳聚糖稳定的乳液显示出更小的液滴尺寸和更均匀的分布，尤其是在自发乳化条件下。这表明阿拉伯半乳聚糖可能形成了更有效的界面层，这可能是由于其分子结构和分支模式有利于空间位阻稳定。这种性能也与样品中蛋白质的存在有关，这些蛋白质负责将阿拉伯半乳聚糖保持在界面上。多糖部分伸入水相，从而形成空间位阻层，防止液滴聚集。考虑到阿拉伯半乳聚糖的碳水化合物和蛋白质含量，可以推测其乳化机制与空间位阻有关，这一点通过从渗出物中提取的蛋白质成分作为油水界面上多糖的锚定剂得到了证实。这种蛋白质和多糖的组合在瓜尔胶中也观察到了，瓜尔胶被鉴定为一种蛋白质结合的半乳甘露聚糖。这些相似性表明了类似的乳化机制，并支持了A. occidentale阿拉伯半乳聚糖作为乳化剂的优良性能。为了获得在油包水乳液中的乳化活性，人们从甜菜浆中提取了碱处理后的糖精。同样，从大豆中提取的壳聚糖和蛋白质结合物也表现出良好的乳化活性，具有在食品工业中的潜在应用；这些结果支持了本研究的发现。在类似的研究中，用乙酰化的原始腰果胶制备的乳液显示出比本研究中更大的颗粒尺寸（312.06 ± 12.57 nm），PDI为0.447 ± 0.04，ζ电位为?46.00 ± 1.75 mV。乙酰化用于增强该化合物的疏水性，从而提高了其作为油水界面稳定剂的效率。同样，对从Ulva fasciata中提取的多糖的研究表明，根据制备条件不同，制备的乳液尺寸在2280到2870 nm之间，ζ电位在大约?40到?45 mV之间变化，这些值远高于Ae4（<20 nm，表1）和GGe4（<100 nm，表1），这强调了要分类乳液是否稳定需要分析不同的因素。因此，本研究的结果与文献综述一致，因为通过自发乳化制备的乳液在70天后仍然稳定，没有相分离（图2），并且具有纳米级的尺寸，即使ζ电位接近零mV。而通过机械超均质化制备的Am4尽管ζ电位较高（约?8 mV，表3），但表现出较大的液滴尺寸（1117 ± 119.7，表1），并且发生了相分离（图2），这突显了其固有的不稳定性。

图2：通过自发乳化（a）和机械超均质化（b）用A. Occidentale阿拉伯半乳聚糖制备的乳液；通过自发乳化（c）和机械超均质化（d）用瓜尔胶制备的乳液；以及通过自发乳化（e）用Tween 80和水制备的乳液的高分辨率图像。

ζ电位在第1天受到多糖浓度的负影响（r = ?0.34），这种相关性被认为是中等的。因此，多糖浓度的增加可能与图中ζ电位的负值减小有关，即其绝对值的增加。因此，为了获得更稳定的乳液，需要增加多糖浓度。包括A. occidentale胶在内的共聚物乳化剂的浓度增加也提高了乳液的ζ电位，从+17增加到?39 mV。从Apocynum venetum L.残渣中提取的多糖制备的乳液显示出约+40 mV的ζ电位，其绝对值高于本研究中发现的值。在第70天，多糖浓度与颗粒尺寸和ζ电位之间的相关性为正，且低于第1天的相关性，表明浓度对其他变量的影响不显著。然而，PDI保持反比关系，尽管水平高于第1天，表明多糖浓度随时间对结果的影响更大。一项使用乙酰化原始腰果胶的研究表明，乳液的ζ电位为?46.00 ± 1.75 mV。作者得出结论，不同的乙酰化程度和系统的离子强度影响了结果。通过纯化的A. occidentale胶和聚-L-乳酸形成的共聚物稳定的乳液在不同浓度下进行了颗粒尺寸、PDI和ζ电位的测试。作者观察到，随着共聚物浓度的增加，颗粒尺寸增大，这与本研究的发现相反。Riana等人的研究表明，增加Meryta sinclairii渗出物的浓度可以减小颗粒尺寸，这一发现与本研究中观察到的结果相似。在这种情况下，作者解释说，由于双峰尺寸分布，可以推测低浓度的胶阻止了均匀的界面覆盖，导致液滴重新聚结并增大尺寸。总之，需要注意的是，自发乳化与机械超均质化之间的比较不仅涉及能量输入的差异，还涉及配方成分的差异，特别是表面活性剂助剂的存在。因此，观察到的差异应解释为不同的配方-工艺系统的结果，而不是乳化方法的直接比较。

3.3. 选定稳定纳米乳液的流变学和显微分析
基于获得的结果，选择了被认为最稳定的配方Ae4和GGe4以及阴性对照Ct，对其流变行为和显微外观进行了评估。在分析的样品中（图3），Ae4在70天内的表观粘度稳定性优于阳性对照（GGe4），后者表现出最显著的表观粘度变化。

图3：含有A. occidentale阿拉伯半乳聚糖（A）、瓜尔胶（GG）和添加了Tween 80的水（CT）的乳液在第1天和第70天的表观粘度。

连续相的粘度直接影响分散相液滴的固定能力，特别是在分散相浓度低于2%的稀释乳液中，如本研究中获得的乳液（0.5–1% v/v）。因此，含有阿拉伯半乳聚糖的配方中表观粘度的保持是一个积极的方面，表明这种化合物比商业瓜尔胶更稳定。本研究中获得的乳液表现出牛顿流体行为。表现出这种行为的乳液容易发生不稳定性机制，如重力诱导的分离、奥斯特瓦尔德熟化和液滴聚结。然而，配方的稀释性质阻碍了液滴之间的相互作用，并延迟了导致相分离的聚结过程。这种稀释现象在图4中很明显，可以看到液滴彼此分离，促进了相对较弱的相互作用。

图4：通过自发乳化和（a）A. occidentale阿拉伯半乳聚糖（Ae4）、（b）商业瓜尔胶（4 mg/mL）以及（c）无稳定剂的阴性对照稳定的乳液的透射电子显微镜图像。这些乳液在制备后70天进行了分析和制备。

除了稀释的外观外，显微镜还确认了Ae4和GGe4液滴的纳米级尺寸，分别为9.12 ± 0.48 nm和22.24 ± 6.3 nm。而在Ct中可识别的液滴尺寸为16.89 ± 1.31 nm，比DLS测得的尺寸（约1000 nm，表1）小。这种差异可以归因于液滴的聚集状态，如图4c所示，这可能导致设备将其误识别为单个液滴。在GGe4的显微镜图像（图4b）中也可以观察到一定程度的液滴聚集，这表明配方中稳定成分的重要性。另一方面，Ae4显示出更均匀的液滴分布，这与PDI的结果相符。关于这一点，A. occidentale阿拉伯半乳聚糖产生的液滴尺寸显著更小（<20 nm），并且保持了70天的稳定性，这与文献中报道的几种新兴多糖基乳化剂相比具有优势。此外，其接近中性的ζ电位表明了空间位阻机制，这在静电相互作用有限的系统中可能具有优势（例如，在高离子强度介质中）。表现出最佳稳定性的乳液是通过自发乳化或自乳化制备的。这些术语描述了使用很少或不需要机械能量来制备微乳和纳米乳的技术。图5展示了通过自发乳化和机械均质化制备乳液的方法，以及共表面活性剂的使用；这些技术之间的主要区别在于搅拌速度。

图5：自发乳化和机械均质化技术在制备油包水乳液方面的差异，以及阿拉伯半乳聚糖促进的空间位阻乳化机制的图形表示。

在低搅拌速度下，自发乳化导致挥发性物质（如精油）的损失较少，并且产生的液滴显著更小、更稳定。在这方面，使用具有低分子内和分子间相互作用的材料，如A. occidentale胶中的多糖，确保了生物活性化合物的完整性，从而提供了更可靠的结果。此外，该图还展示了阿拉伯半乳聚糖在界面上的吸附，其中蛋白质部分作为锚定点固定在油相上，而多糖链延伸到水相中，形成空间位阻屏障，防止液滴聚集和聚结。这种表示支持了对实验结果的解释，特别是接近中性的ζ电位值和纳米乳液长期稳定的观察结果。这种解释得到了多糖浓度与液滴尺寸之间强负相关性的支持，表明增加聚合物的可用性增强了界面覆盖并减少了液滴聚结。此外，随着时间的推移保持较低的PDI值进一步证实了有效空间位阻屏障的存在，即使在缺乏显著静电排斥的情况下也能限制液滴聚集。此外，由于液滴尺寸较大，通过机械超均质化制备的乳液在视觉上更为浑浊；在这方面，缺乏Tween 80会影响较大液滴的产生。图2显示了Ae4、Am4、GGe4和Ct乳液的最终外观。另一方面，通过自发乳化制备的乳液（Ae4、GGe4和Ct）由于液滴尺寸较小而具有更清晰的外观。乳液的最终外观对其商业应用至关重要，特别是考虑到乳液在食品和化妆品行业中的技术应用。Linke和Drusch分析了饮料中油包水乳液的颗粒尺寸与浑浊度之间的关系，观察到悬浮液中液滴尺寸越大，浑浊度越大。考虑到近期获得更清晰悬浮液的趋势，其中一个方法是投资于能够产生更细小、更稳定乳液的技术，例如自发性乳化。影响自发性乳化的因素包括表面活性剂的结构、初始浓度和位置、油相的组成、添加辅助表面活性剂（如Tween 80）以及使用非水溶剂，还有盐度和温度。(54) 在这项工作中，仅使用Tween 80并不足以使乳液达到纳米级别并确保其稳定性，正如Ct组所显示的那样，该组的液滴尺寸大于500纳米，粒径分布（PDI）为1.0（见表1和表3）。在文献中，Tween 80和Alpinia officinarum果胶被用作乳化剂，制备出的乳液液滴尺寸为303 ± 0.0纳米。(55) Tween 80和Span 80也被用于多种含有藻酸盐和壳聚糖的乳液中，所得液滴尺寸等于或大于337 ± 22纳米，(56) 这些结果低于仅使用Tween 80和甘油的样品（>1000纳米，表1），但高于使用Ae4（<40纳米，表1）和GGe4（<100纳米，表1）得到的结果。Tween 80是一种常用于油包水乳液配方中的表面活性剂，被食品和化妆品行业广泛采用。(58) 与使用Tween 20、40或60制成的乳液相比，它产生的乳液液滴尺寸更小，粒径分布也更均匀。(59) 然而，由于其毒性，人们对其作为这类产品配方的辅助成分存在一些担忧。(60) 相比之下，A. occidentale树胶被认为是生物相容且无毒的(61,62)，可以作为一种策略来减少乳液生产过程中Tween 80的用量。纳米乳液是由不相溶且热力学不稳定的液体形成的分散体，由于系统中的自由能较高，因此需要更大的稳定性。(63) 纳米乳液的一些特性使其在食品配方中具有优势，包括较弱的散射能力，从而减少产品的视觉干扰；更高的热力学稳定性；以及较低的粘度，防止液滴聚集和食品质地变化；此外还能提高亲脂性生物活性化合物的生物利用度。(64) 将纳米乳液作为亲水介质中疏水性化合物的载体是一个可行的选择；然而，并非所有疏水性化合物都能在水介质中形成稳定的结构。为了解决这个问题，可以将含有溶解的疏水性生物活性物质的固定油进行纳米乳化。(65,66) 例如，本研究中使用的大豆油是必需脂肪酸的来源，包括亚油酸、棕榈酸、亚麻酸和油酸。(67) 在食品应用中，这些脂肪酸组织成含有疏水性生物活性物质的纳米胶束，有助于这些生物活性物质与肠细胞质膜的相互作用，从而增加其进入细胞的扩散。A. occidentale的分泌物可以作为替代品，用于替代食品和化妆品行业中的阿拉伯树胶或瓜尔胶等商业树胶，甚至可以用于制药行业的药物递送系统开发。这是因为这两种乳化剂的来源相似；它们都来源于常见于干旱地区的植物，即金合欢，其分泌物可产生阿拉伯树胶(68)，而C. tetragonoloba的种子富含多糖，可加工成瓜尔胶(69)。这些材料与黄原胶不同，黄原胶是从Xanthomonas campestris生物质中提取的外源多糖(70)，因此两者之间存在差异，难以直接比较。为了验证A. occidentale阿拉伯半乳聚糖的工业应用潜力，评估其大规模生产的可行性非常重要。关于原材料和本地生产环境，A. occidentale是一种在南美洲国家广泛分布的植物(71)，表明在当地环境条件下易于大规模种植。腰果树通过在茎部切口产生分泌物，从而可以在不重新种植的情况下进行利用。从应用角度来看，A. occidentale阿拉伯半乳聚糖能够制备出液滴尺寸较小的稳定纳米乳液，这突显了其在食品、化妆品和制药系统中的潜在用途，特别是在封装和递送疏水性生物活性化合物方面。然而，从实验室规模向工业规模的过渡可能会面临挑战，包括需要成本效益高的纯化策略、控制原材料成分的变异性以及优化提取过程中的溶剂使用。解决这些问题对于确保大规模生产的经济和技术可行性至关重要。最后，鉴于全球胶状乳化剂的生产仍主要局限于少数非洲和亚洲国家，研究新的本地乳化剂来源非常重要。因此，鼓励研究具有比现有市场产品更优越潜力的本地材料，可以减少对这三个最盈利行业（食品、制药和化妆品）所需材料的外部依赖。4. 结论本研究首次证明了从A. occidentale中提纯的阿拉伯半乳聚糖的乳化潜力，将其确立为一种有前景的天然替代品。从科学角度来看，结果表明阿拉伯半乳聚糖能够制备出液滴尺寸小于20纳米的稳定纳米乳液，并且稳定性可维持长达70天。此外，研究结果还表明空间位阻是主要的稳定机制，这一点得到了接近中性的ζ电位值和随时间稳定的液滴尺寸分布的支持。从实际应用的角度来看，使用4毫克阿拉伯半乳聚糖的组合效果显著。