综述：由植物蛋白和多糖复合颗粒稳定的高内相皮克林乳液：构建、稳定性、应用及研究进展

《Food Hydrocolloids》：High internal phase Pickering emulsions stabilized by plant protein and polysaccharide composite particles: Construction, stability, application, and research advance

　　摘要
由植物蛋白-多糖复合颗粒稳定的高内相皮克林乳液（HIPPEs）是植物基食品领域的一个核心创新方向。通过分子修饰、共价/非共价交联以及超声波和高压均质化等物理改性方法，可以定向调节复合颗粒的物理化学结构，从而弥补单一蛋白或多糖的功能缺陷。HIPPEs由颗粒界面膜和连续相凝胶组成的双网络构成，具有显著的储存稳定性、抗氧化能力、消化稳定性以及生物活性物质的持续释放能力。得益于类固体的流变特性和高包封负载能力，HIPPEs可用于人工植物基脂肪、功能因子的输送载体和可3D打印的食用材料，促进健康植物基食品的工业化发展。目前该系统在工业应用中仍存在一些瓶颈：原材料的 inherent off-flavors 会损害产品感官品质，体外消化模型无法再现真实的体内消化行为，大规模生产受到工艺放大、原材料批次变化和高生产成本的限制。后续研究应遵循绿色可持续性原则，开发低成本原材料（如谷物油加工副产品），并解决脱臭和脱色的技术难题。结合软物质物理学、人工智能和分子模拟技术可以精确匹配原材料、制备过程和乳液性能。凭借其可食用和可生物降解的结构优势，HIPPEs可以突破食品应用的限制，扩展到生物医学和环保材料领域，拓展其工业应用范围。

引言
近年来，全球食品行业正因“植物基”趋势而发生深刻变革。植物基食品的发展已从的小众趋势转变为食品科学和技术中最活跃的研究领域之一（Asif等人，2026年）。这一趋势的兴起源于环境、健康、伦理和经济等多重因素的驱动。首先，传统畜牧业是温室气体排放、土地退化和水资源消耗的主要来源；应对气候变化和资源压力的迫切需求促使全球向更可持续的饮食模式转变（Spizzirri等人，2024年）。其次，消费者健康意识空前高涨，人们寻求减少饱和脂肪和胆固醇摄入的同时增加膳食纤维和植物蛋白的摄入，以降低慢性疾病的风险。此外，对动物福利的关注以及素食生活方式的普及进一步扩大了市场需求（Stewart等人，2026年）。从技术角度来看，食品化学、加工技术和材料科学的进步使得能够复制动物源食品的复杂质地、风味和营养成分（特别是肉类、鸡蛋和乳制品），这既带来了研究挑战，也带来了商业机会（Qiao等人，2026年）。然而，高质量植物基食品（尤其是肉类和乳制品替代品）的开发面临关键挑战：如何准确复制其宏观结构、多汁的质地、风味释放以及脂溶性维生素等营养素的生物利用度。这些特性通常依赖于复杂的三维网络结构、稳定的脂肪分布以及水、油和蛋白质等多种成分的有序组装。在这种背景下，高内相皮克林乳液（HIPPEs）作为一种极具前景的食品结构技术，正吸引着前所未有的关注。HIPPEs通常指内相（分散相）体积分数超过74%的致密乳液系统，其流变特性可以从类液体状态转变为类固体凝胶状态。这一特性使其成为构建植物基食品宏观结构的理想“构建块”（Tripathi等人，2017年）。全球可持续发展目标和消费者期望的提升共同推动了植物基食品研究和开发的繁荣，而具有强大质地和功能特性的高内相乳液技术正成为解决植物基食品质地和风味问题的关键工具（Zhang等人，2025年）。其应用已超越传统食品领域，展现出在健康与 wellness 行业和新材料领域的巨大潜力。未来的研究将更多关注使用食品级、可持续的原材料开发性能更优的HIPPEs，并通过多尺度结构设计和智能制造技术实现植物基产品感官和营养质量的精确定制与提升（Yang等人，2025年）。植物基食品的发展和HIPPEs的技术创新共同推动了一场兼顾口味、健康和地球健康的食品革命。

植物蛋白的物理化学性质存在显著局限性，严重限制了其在复杂食品系统中的应用。它们溶解度低且对环境敏感，大多数植物蛋白（如玉米醇溶蛋白和小麦麸质）的等电点（pI）通常位于pH 4至7之间。接近等电点且在中性pH条件下，净电荷接近零时，分子间的静电排斥力减弱，导致不可逆的聚集和沉淀，从而使溶解度急剧下降（Li等人，2026年）。这使得在饮料和酸性酱料等常见食品系统中难以稳定蛋白质。它们的功能性质有限且不可预测；虽然单一蛋白质具有乳化和凝胶化等基本功能，但其性能很大程度上依赖于环境条件（pH值、离子强度），应用范围也有限（Anyiam等人，2025年）。例如，虽然豌豆蛋白本身可能具有良好的凝胶化性能，但在特定pH值下维持乳液稳定性的能力可能有限。这种功能不稳定性和不可预测性对产品开发带来了重大挑战（Zhu等人，2025年）。虽然单糖在稳定性和增稠方面具有优势，但其功能性也明显受限。除了少数经过改性的多糖（如阿拉伯胶）外，大多数天然多糖（如果胶、纤维素和淀粉）由于缺乏强疏水基团，表面活性极低，无法自发有效地在油水界面吸附并降低界面张力（Kersten等人，2025年），因此不能单独用作主要乳化剂，也无法形成乳液等分散体的核心结构。多糖主要通过增稠连续相来提高系统的粘度，从而减缓颗粒或液滴的沉降或上升（空间稳定），但这种稳定方法是被动的，无法在界面形成坚固的物理屏障（Niu等人，2025年；Yu等人，2025年）。在高油含量或强机械应力下，这种粘度提供的稳定性容易破坏，使得无法赋予乳液固体或凝胶状质地。由于与疏水物质的相容性差，多糖的亲水性质使得难以有效包封、保护和输送疏水性生物活性化合物（如维生素、多酚和类胡萝卜素），从而限制了其在功能性食品成分开发中的应用范围（Kontogiorgos，2019年）。由于分子结构的固有特性，单一来源的植物蛋白和多糖在功能、稳定性和适应性方面存在显著局限。通过分子设计的 protein-多糖复合颗粒不仅仅是其组成成分性质的简单组合，而是在纳米和微观尺度上实现了质的飞跃，表现出协同优势，如增强的环境适应性、显著提高的界面膜强度、扩展的质地可塑性和智能功能。通过巧妙的分子间相互作用，植物蛋白-多糖复合颗粒实现了从“弥补缺陷”到“创造优势”的飞跃（Gao等人，2025年；Zhang等人，2025年）。其在稳定HIPPEs和高效输送活性成分方面的核心优势为开发具有优异质地、丰富营养和明确功能的高性能植物基食品提供了强大工具。这种“协同”效应使复合颗粒在塑造食品质地和保护及输送活性成分方面具有巨大潜力，特别适合当前对植物基食品和清洁标签产品的需求（Zhang等人，2026年）。

植物蛋白-多糖复合颗粒的构建策略
HIPPEs需要颗粒具有出色的界面亲和力和不可逆的吸附能力。这些颗粒能够快速而牢固地吸附在油水界面上，降低界面张力并抵抗脱附（Luo等人，2026年）。其坚固的界面机械强度使颗粒界面膜在极端液滴压缩下能够抵抗弯曲和破裂，防止液滴聚集。由于有效的空间位阻，亲水段...

HIPPEs的形成和稳定机制
HIPPEs的形成本质上涉及使用固体颗粒（如植物蛋白-多糖复合颗粒）同时作为界面稳定剂和空间结构构建者，从而将高体积分数的内相（通常是油相，Φ > 74%）分隔、固定并封装在自支撑的三维凝胶网络中（Wan等人，2021年）。使用常见植物蛋白和多糖制备的HIPPEs...

应用
如图3所示，HIPPEs的应用领域主要包括三个方面：植物基固体脂肪替代品、生物活性成分的高效输送系统以及3D打印用油墨。

风味和不良风味
与植物蛋白和多糖基HIPPEs相关的风味问题是一个复杂多方面的问题，根源在于所需的物理结构（致密且稳定）与所需的风味感知（浓郁、快速且纯净）之间的内在矛盾。这不仅仅是掩盖不良风味的问题，还包括优化风味释放动力学（Yi等人，2021年）。

结论与展望
开发非传统资源是实现可持续突破和扩展植物蛋白和多糖基HIPPEs功能范围的关键，重点在于寻找具有低环境足迹和独特功能特性的新型生物聚合物。潜在的原材料包括微生物和藻类蛋白（如微藻）和真菌菌丝（这些原料蛋白含量高、氨基酸平衡且具有优异...

作者贡献声明
Yaran Fan：方法论、概念化
Jingsheng Liu：验证、监督
Chengbin Zhao：撰写-审稿与编辑、资金获取
Jiannan Yan：项目管理、数据分析
Yang Tan：可视化、资源协调
Zhengxue Li：软件、数据管理
Qianqian Gu：撰写-初稿、调查研究

未引用参考文献
Chen等人，2025年；Fan等人，2022年；Kim等人，2023年；Li等人，2026年；Li等人，2026年；Li等人，2026年；Li等人，2025年；Li等人，2025年；Li等人，2024年；Li等人，2021年；Liu等人，2026年；Liu等人，2026年；Liu等人，2026年；Luo等人，2026年；Moradi等人，2025年；Peng等人，2025年；Sarkar等人，2018年；Stewart等人，2026年；Wang等人，2024年；Wang等人，2022年；Wang等人，2022年；Yan等人，2026年；Yu等人，2025年；Zhang等人，2025年；Zhang等人，2025年；Zhang等人，2025年；Zhang等人，2025年

利益冲突声明
作者声明他们与本工作无利益冲突。

致谢
本研究得到了中国吉林省教育厅科学技术研究计划（编号JJKH20261199KJ）、吉林省科学技术发展计划（编号20250202019NC）和中国农业研究系统（编号CARS-02）的支持。