基于溶剂极性调控的刺槐胶纳米乳液构建及其多功能活性研究

《Food Hydrocolloids for Health》：Formulation and Stability of Bioactive Nanoemulsions Using Gum Extracts from Acacia tortilis subsp. raddiana

本研究针对清洁标签天然乳化剂的需求，通过调控乙醇-水溶剂极性（0:100–100:0, v/v）系统研究了刺槐胶的乳化、抗氧化及抗菌性能。研究发现80:20乙醇-水提取物得率最高（83%），所制备纳米乳液具有最小粒径（Z-average 182 nm；PDI 0.31）、高负ζ-电位（?46 mV）和良好稳定性（Ke=3.7%）。30天内乳液保持稳定，粒径增长有限（249 nm at 5°C；386 nm at 25°C），ζ-电位稳定（?42 to ?44 mV）。抗氧化活性呈机制依赖性：水提物具有优异自由基清除能力（DPPH IC50=3.3 μg/mL），而80:20提取物还原能力更强（FRAP=7.0 mM Trolox equivalents）。80:20提取物对金黄色葡萄球菌（19 mm）和铜绿假单胞菌（20 mm）具有抗菌活性，乳化后活性相当或增强（20–23 mm）。该研究为食品和营养保健品应用提供了一种多功能清洁标签乳化剂。

　　

在食品工业追求清洁标签和可持续发展的大背景下，寻找能够替代合成乳化剂的天然植物源成分已成为研究热点。阿拉伯胶作为传统的天然乳化剂，其供应受产地和气候条件限制，且功能相对单一。而来自干旱地区的刺槐树胶，虽然资源丰富，但其化学组成和功能特性却鲜为人知。这就提出了一个关键科学问题：如何通过简单的提取工艺调控，充分挖掘这种天然资源的应用潜力？

为了回答这一问题，研究团队选择了一种生长于北非干旱地区的豆科植物——刺槐的树胶作为研究对象。他们创新性地采用乙醇-水混合溶剂体系，通过精确调控溶剂极性，系统探究了提取工艺对树胶组成和功能特性的影响。这项开创性工作发表在《Food Hydrocolloids for Health》期刊上，为天然乳化剂的开发提供了新思路。

研究人员主要运用了溶剂极性梯度提取、高效液相色谱（HPLC）成分分析、动态光散射（DLS）粒径表征、ζ-电位测定、离心稳定性评估、傅里叶变换红外光谱（FTIR）结构解析、DPPH和FRAP抗氧化活性评价以及琼脂扩散法和微量肉汤稀释法抗菌测试等关键技术方法。所有实验均设三次重复，确保数据的可靠性。

3.1. 刺槐胶中酚类化合物和单糖的表征

通过HPLC分析发现，刺槐胶含有丰富的酚类化合物和单糖。酪醇是最主要的酚类成分（204±15 μg/g DM），其次是p-香豆酸（56±4 μg/g）、绿原酸（22±2 μg/g）和羟基酪醇（16±1 μg/g）。单糖分析显示葡萄糖醛酸含量最高（408±24 mg/g DM），其次是半乳糖（350±15 mg/g）、阿拉伯糖（173±9.6 mg/g）和鼠李糖（119±7.5 mg/g）。这种组成特征与典型的II型阿拉伯树胶蛋白（AGP）复合物一致，为后续功能研究奠定了基础。

3.2. 溶剂极性对提取得率和组成的影响

溶剂极性显著影响提取效率，80:20乙醇-水混合物获得最高得率（83.1±3.8 g/100 g DM）。该比例同时优化了多酚（1.10±0.06 mg/g DM）和皂苷（3.50±0.18 mg/g DM）的提取，而水提物则富含碳水化合物（78.4±1.1 g/100 g DM）和蛋白质（8.5±0.3 g/100 g DM）。这种选择性提取行为归因于不同极性溶剂对各类成分溶解度的差异。

3.3. 提取物组成对界面张力和粘度的影响

界面张力测定显示，80:20提取物在15%浓度下表现出最低的平衡界面张力（47.04 mN/m），表明其优越的界面活性。动态界面张力测试进一步证实了该提取物快速吸附至油水界面的能力。粘度测量结果显示，50:50和80:20提取物具有较高的表观粘度（1.54±0.06和1.58±0.08 mPa·s），这有助于增强乳液的立体稳定作用。

3.4. 树胶基乳液的乳化性能和离心稳定性

乳化性能评估表明，80:20提取物制备的纳米乳液具有最小的平均液滴直径（182±9 nm）和PDI（0.31）。ζ-电位测量显示该乳液具有高度负电性（?46.1±2 mV），有利于静电稳定作用。离心稳定性测试表明，尽管水提物具有最佳的耐离心性能（Ke=1.4%），但其乳液的胶体稳定性较差，揭示了体相稳定与胶体稳定机制的本质差异。

3.5. 树胶基乳液的储存稳定性

30天储存稳定性研究显示，80:20提取物稳定的纳米乳液在5°C和25°C条件下均保持良好稳定性，液滴尺寸增长有限（分别从182.6±9 nm增至248.8±12 nm和386.4±19 nm）。ζ-电位在整个储存期间保持稳定（?42至?44 mV），表明界面膜的完整性。扫描电镜观察证实了80:20提取物在油水界面形成了连续、致密的膜结构，这是其卓越稳定性的结构基础。

3.6. 刺槐胶提取物及其乳液的抗氧化性能

抗氧化活性评价显示，水提物具有最强的DPPH自由基清除能力（IC₅₀=3.16±0.16 μg/mL），而80:20提取物则表现出最高的FRAP值（6.95±0.53 mM Trolox当量）。值得注意的是，乳化后抗氧化活性显著增强，80:20提取物的DPPH IC₅₀从3.3 μg/mL改善至0.43 μg/mL，这归因于两亲性抗氧化剂在界面处的富集效应。

3.7. 树胶提取物和乳液的抗菌活性

抗菌研究表明，80:20提取物对金黄色葡萄球菌和铜绿假单胞菌均表现出最强抑制作用（抑菌圈直径分别为19 mm和23 mm）。最低抑菌浓度（MIC）测定显示，80:20提取物对金黄色葡萄球菌和铜绿假单胞菌的MIC值分别为256 μg/mL和512 μg/mL，且乳化后活性进一步增强（分别为128 μg/mL和256 μg/mL）。所有活性样品的MBC/MIC比值均为2，表明其具有杀菌而非抑菌作用。

本研究通过系统优化提取溶剂极性，成功开发出具有优异乳化性能、抗氧化活性和抗菌功能的刺槐胶提取物。80:20乙醇-水提取物不仅实现了高得率，更重要的是其制备的纳米乳液展现出卓越的长期稳定性。与传统的阿拉伯胶相比，刺槐胶提取物稳定的乳液具有更高的ζ-电位值（?38至?45 mV），表明其更强的静电稳定能力。同时，该提取物集乳化、抗氧化和抗菌功能于一体，为开发清洁标签的食品和营养保健品提供了理想的多功能天然配料。这项研究不仅填补了干旱地区树胶资源功能特性研究的空白，也为天然乳化剂的理性设计提供了重要理论依据和实践指导。