《Food Research International》：Bilayer particle interfaces from phycocyanin-starch nanocrystals enable stable, 3D-printable high internal phase Pickering emulgels for enhanced astaxanthin delivery
编辑推荐：
•藻蓝素纳米粒子（PCN）和淀粉纳米晶体（SNC）可协同稳定高内相Pickering乳液凝胶（HPEGs）。•疏水相互作用和氢键在PCN/SNC复合物中占主导地位。•在25–90 °C、pH 3–11或0–1000 mM NaCl处理条件下，HPEGs表现出良好的表观稳定性。
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藻蓝素纳米粒子（PCN）和淀粉纳米晶体（SNC）可协同稳定高内相Pickering乳液凝胶（HPEGs）。
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疏水相互作用和氢键在PCN/SNC复合物中占主导地位。
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在25–90 °C、pH 3–11或0–1000 mM NaCl处理条件下，HPEGs表现出良好的表观稳定性。
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HPEGs展现出具有颜色变化特性和紫外屏蔽性能的3D打印潜力。
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HPEGs在体外消化过程中提高了虾青素的生物可及性。
引言
虾青素是一种酮型脂溶性类胡萝卜素，具有显著的抗氧化、抗衰老、抗肿瘤和防紫外线特性，使其成为一种有吸引力的营养保健品（Zhou等，2024）。然而，其高度不饱和的多烯骨架以及羰基和羟基使其对热、pH、光和氧极其敏感。因此，在加工和储存过程中，虾青素容易发生异构化或降解，形成顺式异构体、醛类和环氧化物，从而降低其生物活性和生物可及性（Liu, Li等，2024）。为了克服这种不稳定性，微/纳米包封策略已被广泛采用（Martinez-Alvarez等，2020）。在这些策略中，分散相含量超过74%的高内相Pickering乳液凝胶（HPEGs）因其高油相比例、粒子稳定的界面和类凝胶粘弹性而脱颖而出，可能比传统乳液具有更强的抗相分离能力。这些特性有助于生物活性物质的高效包封，并支持其在个性化3D打印功能食品中的应用。此外，与需要外加凝胶剂（如黄原胶、明胶）的"固态"乳液不同，HPEGs可直接形成稳固的液滴致密网络，简化制备流程并降低成本（Hashemi等，2025；Li, Feng等，2023）。然而，HPEGs的凝胶强度和稳定性仍有待进一步提高，以充分满足实际应用的需求。
藻蓝素（PC）是一种生物相容性替代蛋白，被美国FDA归类为"通常被认为是安全的"（GRAS）物质，与常用植物蛋白相比，具有显著的抗氧化、抗炎和抗肿瘤活性（Guo, Wang, Wu等，2024）。与大多数缺乏显著发色团的蛋白不同，PC含有共价结合的共轭发色团藻蓝素胆素（PCB），该发色团嵌入其三级结构中，在可见光下赋予其特有的蓝色。PCB的颜色对环境因素（如pH、温度、离子强度）和分子间相互作用（如氢键和静电作用）敏感，从而导致从蓝色到青色、绿色或粉色的可逆颜色变化。此外，其独特的光吸收特性也赋予其优异的紫外屏蔽能力（Ding等，2023）。这些属性凸显了PC在生物活性物质保护递送和个性化3D打印功能食品开发中的巨大潜力。先前的研究表明，通过反溶剂沉淀法制备的藻蓝素粒子（PCNs）具有两亲性和适度的疏水性，表现出强烈的界面吸附和乳化活性，可稳定Pickering乳液。然而，PCNs形成的界面层主要是单粒子层，在极端pH条件下缺乏足够的致密性和机械强度，导致结构失稳（Ding等，2023）。我们之前的工作表明，PCN与凝胶化淀粉的复合作用可提高乳液稳定性。虽然连续相中的聚合物增稠可以改善整体粘度，但这种策略并不能从根本上加固界面结构，界面结构仍由单粒子层主导。因此，需要探索替代性的界面工程策略。
粒子-聚合物共稳定乳液凝胶体系因其流变可调性和功能多样性已被广泛研究，但大多数遵循"单粒子层+聚合物增稠"范式，其中聚合物主要存在于连续相中，对界面直接稳定贡献较小。相比之下，双层粒子界面乳液利用具有互补润湿性的复相粒子在水油界面自组装形成致密的、层状界面结构。这种结构增加了界面致密性和机械性能，从而产生优异的抗液滴聚并、奥斯特瓦尔德熟化及环境胁迫能力。从机理上讲，内层疏水粒子牢固地锚定在水油界面并降低界面张力，而外层亲水粒子通过静电、氢键和空间位阻作用紧密压缩界面膜，促进相邻液滴之间的粒子桥连网络形成（Hashemi等，2025）。这些协同效应显著提高了结构稳定性和生物活性物质递送效率。例如，Tao等证明疏水粒子和亲水粒子的协同自组装形成了双层结构，增强了界面致密性从而稳定了Pickering乳液（Tao等，2022）。同样，Gao等表明玉米醇溶蛋白-纤维素粒子-粒子复合界面有效抑制了液滴聚集并提高了类胡萝卜素的生物可及性（Wei等，2021）。然而，食品级双层界面体系仍缺乏深入研究，其协同稳定机制及其对生物活性物质递送的意义仍有待系统阐明。
据报道，微晶纤维素/纳米二氧化钛复合材料表现出广谱紫外防护效果，而淀粉纳米晶体（SNC）具有与微晶纤维素类似的晶体结构（Yu等，2025；Zheng等，2025）。SNC的刚性晶体结构可能产生大量光学界面，增强紫外散射和反射，从而降低紫外强度。据此，我们提出将SNC与PCN共组装，构建双层类粒子界面，以增强PCN稳定的HPEGs的稳定性。SNC是通过酸或酶选择性水解淀粉颗粒无定形区域制备的（Hao等，2018）。它们具有高结晶度、低成本、无致敏性和可再生性，是稳定Pickering乳液凝胶的理想材料（Yang等，2018）。同时，高度结晶的SNC网络可能通过增强光散射和反射来衰减紫外线穿透，从而保护包封的生物活性化合物。然而，天然SNC的过强亲水性限制了其界面锚定能力。传统疏水改性方法（如辛酰琥珀酸酐、硬脂酰氯）虽可改善润湿性，但会带来环境和食品安全方面的担忧（Ahmad等，2023；Jo等，2021）。因此，通过互补粒子配对而非化学改性来组装界面可能是一种更可持续的策略（Li等，2026；Tao等，2021）。然而，关于PCN和SNC共稳定乳液的系统研究仍然稀缺。因此，我们假设相对疏水的PCN和亲水的SNC之间的互补润湿性能够在油-水界面协同构建致密的双层粒子壳层，在降低界面张力的同时促进界面粒子堆积。同时，蛋白质和碳水化合物粒子之间的粒子桥连相互作用有望在连续相中形成三维交联网络，增强结构完整性和抗外界扰动能力。这种协同策略预期将显著提高HPEGs的整体稳定性，增强生物活性化合物的保护和递送，并提升3D打印性能（Wen等，2026）。
因此，本研究通过PCN和SNC的协同稳定作用开发了一种HPEG体系。通过液滴界面和连续相中的协同稳定机制，系统阐明了PCN/SNC复合物的固有相互作用和乳化特性。考察的关键因素包括混合粒子质量比、油相体积分数（φ）和乳化剂浓度（c）。对HPEGs进行了微观结构和流变学表征，并评估了在不同环境条件（温度、pH和离子强度）下的稳定性和3D打印性能。以虾青素负载的HPEGs为模型，进一步评估了紫外防护能力和递送效率。本研究利用藻蓝素的固有紫外吸收特性和刚性纳米晶体的紫外反射/散射特性，增强乳液凝胶中光敏生物活性化合物的保护效果，为食品和医药行业中光敏生物活性化合物的保护和递送提供了指导。
分节摘要
材料
藻蓝素（PC，螺旋藻，>80%）购自滨美生物科技有限公司（中国浙江）。马铃薯淀粉由内蒙古华欧淀粉有限公司（中国内蒙古）供应。大豆油购自益海嘉里粮油工业有限公司（中国武汉）。罗丹明B（>99%）、荧光素5-异硫氰酸酯（FITC，>95%）和虾青素（>96%）由麦克林生物科技有限公司（中国上海）提供。其他所有化学品均为试剂级。
PCN、SNC和PCN/SNC复合物的制备
为了制备PCN，
Zeta电位和粒子粒径
平均粒径和Zeta电位是评估纳米粒子胶体分散稳定性的关键参数。图1A和B分别展示了复合物的Zeta电位和粒子粒径。SNC表现出负表面电荷（?16.0 mV），归因于硫酸水解过程中引入的硫酸根（SO?2?）（Yang等，2018）。该数值处于玉米SNC在pH 2.07–11.96范围内报道的?6.7至?34.5 mV区间内。同样，PCN表现出负
结论
总之，本研究开发了一种具有双层类界面结构的O/W HPEGs体系，通过PCN和SNC二元协同相互作用实现稳定。通过系统调节φ、c和PCN/SNC比，可精确调控HPEGs的物理化学稳定性。结果表明，φ为75%、c为2%、PCN/SNC比为2:1配制的HPEGs在不同环境扰动下表现出最佳的结构完整性，保持其类凝胶
CRediT作者贡献声明
郝亚成：撰写-初稿、可视化、方法论、调查研究、数据整理。凌东方：调查研究、数据整理。梅佳豪：可视化、数据整理。李赛：撰写-审阅与编辑、可视化。郭晓：撰写-审阅与编辑、验证。杨清：资源获取、项目管理。龚志勇：指导、资金支持。刘鑫：验证、资源获取、项目管理。钟武：撰写-审阅与编辑、调查研究、形式
利益冲突声明
作者声明不存在已知的可能影响本文所述工作的竞争性经济利益或个人关系。
致谢
本研究得到了湖北省重点研发计划（2024BBB030）、国家重点研发计划（2022YFF1102500）、武汉职业技术学院科研基金（2025RZ022）和武汉职业技术学院科研与创新计划（2025Y16）的资助。
郝亚成|凌东方|梅佳豪|李赛|郭晓|杨清|龚志勇|刘鑫|钟武|郑波
