阿拉伯胶 - 乳铁蛋白静电复合物作为肉桂精油皮克林乳液的天然稳定剂：结构、流变学及稳定性

《Food Hydrocolloids》：Gum Arabic-lactoferrin electrostatic complexes as natural stabilizers for cinnamon essential oil Pickering emulsions: Structure, rheology, and stability

　　

摘要

为解决肉桂精油（CEO）这一具有代表性的疏水性生物活性化合物存在的水分散性差、挥发性高及环境敏感性问题，采用静电自组装结合热诱导处理制备了阿拉伯胶（GA）-乳铁蛋白（LF）复合颗粒，并将其用作 CEO 皮克林乳液的天然稳定剂。研究了 GA/LF 比例和油相比例对颗粒结构、界面特性、流变行为和乳液稳定性的影响。在测试的 GA/LF 比例中，7:3 配方产生的复合颗粒平均粒径较小（56.38 ± 2.72 nm），绝对 Zeta 电位较高（27.40 ± 0.35 mV），且多分散指数（PDI）最低（0.244 ± 0.007）。傅里叶变换红外光谱和内源荧光分析表明，静电吸引、氢键以及 LF 构象变化促进了 GA-LF 颗粒的形成。稀释试验、光学显微镜和共聚焦激光扫描显微镜观察证实，所选颗粒形成并稳定了 CEO 水包油皮克林乳液。油相比例从 10% 增加到 50% 降低了动态光散射测得的平均液滴尺寸并缩小了液滴尺寸分布。在测试的乳液中，50% 油相配方在 14 天后显示出最低的乳析指数（5.8%），最高的乳化活性指数值（57.59 ± 0.72 m²/g），剪切变稀行为，以及显著的弹性特性（G′ > G″）。该配方还表现出对 pH（3.0–11.0）、加热（30–90°C）和 NaCl 处理（0.1–0.7 mol/L）的更好耐受性，优于低油相乳液，这归因于界面颗粒吸附、静电/空间位阻稳定作用以及粘弹性液滴网络的形成。这些发现阐明了 GA-LF 复合颗粒的结构 - 功能关系，并为构建具有改善物理稳定性的 CEO 皮克林乳液提供了一种食品级策略。

引言

肉桂精油（CEO）是一种天然植物来源的精油，富含肉桂醛、对甲氧基肉桂醛和其他生物活性成分。由于其具有抗菌、抗氧化和防腐特性，CEO 在食品保鲜、活性包装和功能食品配方中引起了广泛关注（Fan et al., 2023）。然而，由于其水分散性差、挥发性高，以及对温度、光、pH 变化和离子强度等环境因素的敏感性，其在食品系统中的应用仍然有限（X. Li et al., 2022）。这些局限性可能导致在食品加工和储存过程中出现分布不均、活性成分损失和功能特性下降等问题。因此，构建一种能够提高 CEO 分散性、保护性和环境耐受性的食品级递送系统，对于扩大其在水性食品基质中的应用至关重要。

由吸附在油水界面的固体颗粒稳定的皮克林乳液，为包封和递送疏水性生物活性化合物提供了一种有前景的策略。与传统表面活性剂稳定乳液相比，皮克林乳液通常具有更强的抗液滴聚结能力，因为吸附的颗粒可以形成物理屏障包围油滴，并增加颗粒从界面脱附所需的能量（Niroula et al., 2021）。这一特性对于精油乳液尤为重要，因为在储存过程中，液滴聚集、聚结、乳化、挥发和成分变化等因素可能导致不稳定。皮克林乳液的稳定性与稳定剂颗粒的物理和化学性质密切相关，包括颗粒尺寸、表面电荷、润湿性、界面吸附能力和颗粒间相互作用（Tavernier et al., 2016）。因此，开发天然、安全且可控制的食品级颗粒是构建稳定精油皮克林乳液的关键要求。

蛋白质 - 多糖复合颗粒作为食品级皮克林稳定剂引起了越来越多的关注，因为它们结合了蛋白质的界面活性和多糖的网络形成能力、水化层、空间位阻稳定作用以及电荷调节效应。这些复合颗粒可以通过静电相互作用、氢键、疏水相互作用和热诱导构象变化形成，从而调节其颗粒结构和界面行为（X. Wan et al., 2023）。例如，有报道称卵清蛋白 - 海藻酸钠共沉淀物可以稳定水包油乳液，并在宽 pH 范围、高温和高离子强度条件下保持稳定性（Z.-K. Zhang et al., 2020）。同样，酪蛋白水解物 - 黄原胶复合颗粒形成了致密的界面层和凝胶状微观结构，从而提高了包封效率和乳液稳定性（Y. Li et al., 2026）。这些研究表明，蛋白质 - 多糖复合颗粒是有效的颗粒乳化剂，但其稳定性很大程度上取决于特定的蛋白质 - 多糖配对、组装条件和油相性质。

乳铁蛋白（LF）是牛奶中天然存在的一种铁结合糖蛋白，由于其抗氧化、抗炎、抗癌、抗病毒和免疫调节活性而受到广泛关注（B. Wang, Liu, et al., 2022）。然而，基于 LF 的乳液系统可能对环境条件更敏感。牛乳铁蛋白的等电点约为 pH 8–9，在此点附近其净电荷和静电排斥显著减弱（Dyrda-Terniuk & Pomastowski, 2024; Tao et al., 2025）。较高的离子强度也可能屏蔽界面电荷并促进液滴聚集。例如，有报道称在含有 LF 的多层乳液中，当 NaCl 浓度达到 100 mmol/L 或更高时，会出现明显的聚集（C. Zhang, Du, & Li, 2023）。将 LF 与带负电荷的多糖结合，可作为改善其胶体稳定性和界面稳定性的有效方法。

阿拉伯胶（GA）是从金合欢属植物分泌物中提取的天然阴离子多糖。它被公认为一种安全无毒的生物聚合物，具有良好的水溶性、乳化能力、增稠能力和空间位阻稳定作用（Bai et al., 2017; Patel & Goyal, 2015）。在适当的 pH 条件下，带正电荷的 LF 可以通过静电吸引与带负电荷的 GA 相互作用，而适度加热可以促进 LF 的部分展开并增强其与 GA 的结合，这有利于形成稳定的蛋白质 - 多糖复合颗粒（Shimoni et al., 2013; X. Wan et al., 2023; Zhao et al., 2022）。因此，GA-LF 复合颗粒可用作天然颗粒稳定剂，可以调节其电荷、润湿性和界面行为，适用于 CEO 皮克林乳液。

尽管已开发出多种蛋白质 - 多糖复合颗粒用于皮克林乳液系统，但目前对于通过静电自组装结合热处理制备 GA-LF 复合颗粒及其在稳定 CEO 皮克林乳液中应用的了解仍然有限。特别是，GA/LF 比例、颗粒尺寸分布、表面电荷、润湿性、分子相互作用、界面分布、CEO 乳液的流变行为和环境稳定性之间的关系尚未得到充分阐明。

在本研究中，制备了不同 GA 与 LF 体积比的 GA-LF 复合颗粒，采用静电自组装和热处理方法。通过粒径、Zeta 电位、多分散指数（PDI）、相对浊度、水接触角、傅里叶变换红外光谱（FTIR）、内源荧光光谱、X 射线衍射（XRD）和扫描电子显微镜（SEM）对颗粒结构和相互作用机制进行了表征。随后，使用所选的 GA-LF 复合颗粒制备了不同油体积分的 CEO 皮克林乳液。系统评估了乳液类型、液滴尺寸分布、光学显微形态、乳析行为、乳化特性、流变特性、界面分布以及在 pH、加热和离子强度变化下的稳定性。本研究旨在阐明 GA-LF 复合颗粒在稳定 CEO 皮克林乳液中的作用，并为增强天然精油在乳化功能食品系统中应用潜力提供一种食品级策略。

章节片段

材料与试剂

乳铁蛋白（LF，食品级，纯度 > 98%）购自陕西雨洲生物科技有限公司（中国陕西）。阿拉伯胶（GA，食品级，纯度 > 99%）购自浙江印诺生物科技有限公司（中国浙江）。肉桂精油（CEO，食品级）由江西益森苑植物香料有限公司（中国江西）提供。氢氧化钠和盐酸购自天津志源化学试剂有限公司（中国天津）。氯化钠和

复合颗粒的 Zeta 电位、粒径和 PDI

颗粒体系稳定性的评估关键依赖于绝对 Zeta 电位值，该值与粒子间静电排斥力的强度呈正相关。图 1A 捕捉了 GA 和 LF 表面电荷的 pH 依赖性行为。pH 4.0 下的观察揭示了不同的离子特征：GA 携带大量负电荷（?18.10 ± 0.78 mV），与 LF 显著的正电荷（24.97 ± 0.60 mV）形成鲜明对比。在

结论

通过静电自组装和热诱导处理制备的 GA-LF 复合颗粒在所测条件下稳定了 CEO 水包油皮克林乳液。在测试的 GA/LF 比例中，7:3 配方显示出最有利的整体颗粒特性，包括较小的颗粒尺寸、较高的绝对 Zeta 电位、较低的 PDI 以及改善的润湿性。油相比例较高的乳液，特别是 50% 体系，表现出较低的乳析，检测到的液滴较小

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本研究得到了山西省重点研发计划（202302140601017）、山西省现代农业产业技术体系建设项目（2026CYJSTX10-03）和山西农业大学曲沃果蔬研究所预制食品博士工作站项目（2024CCY-15-2）、烟台科技创新发展计划项目（2025XDRH043）国家自然科学基金（32672884）和山西省研究生实践

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中国山西太谷 030801，山西农业大学食品科学与工程学院