经CMC调制的Pickering乳液：稳定性与体外消化特性

《Journal of Food Engineering》：CMC-tuned Pickering emulsions: stability and in vitro digestion

研究β-CD/CMC复合胶体颗粒不同取代度（DS）对包载脂溶性营养素 Pickering 乳液稳定性和胃肠代谢的影响。结果表明高DS（1.2）体系冻融稳定性最佳，但胃肠消化过程中脂解率（41.61%）和 curcumin 生物利用度（54.38%）显著高于低DS体系，验证了DS调控乳液结构-功能关系对营养递送的应用潜力。

　　

郭江|杨冰雪|黄晓伟|李志华|帕拉斯凯维·帕克西马达|邹晓波

山东农业大学食品科学与工程学院，中国山东省泰安市，271018

摘要

本研究探讨了羧甲基纤维素（CMC）的取代度（DS）如何调节由β-环糊精/羧甲基纤维素胶体颗粒（β-CCC）稳定的Pickering乳液的稳定性和胃肠道行为。储存28天后，在DS = 1.2的系统中观察到最高的姜黄素保留率，在4°C时达到87.20%，在25°C时达到81.74%。流变分析显示高DS乳液具有更好的抗冻融性，但热稳定性降低。在模拟的胃肠道条件下，较高的DS导致液滴聚集体增大，D[4,3]从116 ± 5.36 μm（DS 0.7）增加到143 ± 4.28 μm（DS 1.2）。这种结构变化伴随着脂解作用的增强，最终游离脂肪酸的释放量从24.41%增加到41.61%。相应地，姜黄素的生物利用率也随着DS的增加而提高，范围从41.54%增加到54.38%。总体而言，调整DS是一种有效的方法，可以调节乳液的稳定性和脂溶性营养物质的消化行为。

引言

由固体颗粒稳定的Pickering乳液由于能够不可逆地吸附在油水界面，因此比表面活性剂或聚合物稳定的系统具有更强的抗聚结和奥斯特瓦尔德熟化能力（Liu等人，2025年）。这些优势使其在食品、生物医学及相关应用中得到了广泛应用（J. Yang等人，2023年），其中探索了多种胶体颗粒，如蛋白质（Guo等人，2022年）、多糖（Guo, Li, Cen, Liang, & Muhammad等人，2023年）和混合材料（Aslan Türker，2025年）。除了物理稳定性外，这些密集分布在界面的颗粒还可以通过限制液滴运动性和酶/胆汁的接触来调节脂质消化，从而影响脂解动力学和封装的脂溶性营养物质的胃肠道行为（Wu等人，2025年）。这些特性使得Pickering乳液成为控制消化行为并提高脂溶性生物活性物质生物利用度的理想递送载体。

在可用的稳定剂中，基于多糖的胶体颗粒因其安全性、低成本和天然丰富性而特别适用于食品级配方（Xu等人，2025年）。羧甲基纤维素（CMC）因其物理化学性质可以通过取代度（DS）轻松调节而得到广泛应用。DS决定了纤维素主链上羧甲基基团的密度，从而控制CMC的阴离子电荷和水合行为，进而影响其在水体系中的链构型和流变特性（Hou等人，2025年）。在多糖稳定的乳液中，稳定性可能源于界面结构（例如颗粒吸附/堵塞）和体相结构（例如粘度/网络形成）的协同效应，这些效应也可能影响对pH值/离子强度变化以及消化过程中胆盐/脂肪酶的抵抗力（Hou等人，2024年；Zhang等人，2024年）。然而，DS依赖的CMC性质如何同时控制储存/加工相关应力下的稳定性、体外胃肠道结构演变、脂解作用和生物利用率仍不完全清楚。我们假设DS依赖的CMC性质调节了Pickering乳液中β-CD/CMC复合物的界面和水相行为，从而决定了它们对加工应力（加热和冻融）的抵抗性以及它们的胃肠道行为（液滴稳定性、脂解动力学和姜黄素的生物利用率）。因此，选择了DS = 0.7、0.9和1.2作为代表低、中和高的DS等级，以系统地阐明Pickering乳液中的DS-结构-功能关系。

在本研究中，将DS（0.7、0.9和1.2）的CMC与β-环糊精（β-CD）复合生成β-CD/CMC胶体颗粒（β-CCC）作为稳定剂。制备了负载姜黄素的O/W Pickering乳液，并在储存和加工相关条件下（4°C和25°C储存、加热、冻融和离心）评估了其稳定性。然后应用体外胃肠道消化模型跟踪胃和肠道阶段的液滴尺寸分布、ζ电位和流变变化，同时通过pH-stat方法量化脂解作用，并从胶束相确定姜黄素的生物利用率。这项工作建立了DS调制的CMC亲水性、界面/体相结构与Pickering乳液稳定性和消化行为之间的机制联系，为基于乳液的脂溶性营养物质递送系统提供了设计原则。

材料

羧甲基纤维素（CMC；分子量Mw = 250,000，取代度DS = 0.7、0.9和1.2）购自Aladdin Chemistry Co., Ltd（中国）。β-环糊精（β-CD）购自Sinopharm Chemical Reagent Co., Ltd（镇江，中国）。葵花籽油（Cofco Fulinmen）购自Metro Supermarket（无锡，中国）。姜黄素（纯度≥95%，Macklin Biochemical Co., Ltd）用作疏水性模型生物活性物质。胃蛋白酶（> 3000 U/mg，CAS: 9001-75-6）和胰酶（USP，CAS: 8049-47-6）也用于实验。

取代度对Pickering乳液稳定性和姜黄素储存保留量的影响

图S1A显示了在不同DS（0.7、0.9和1.2）的β-CCC颗粒稳定的Pickering乳液在4°C和25°C储存时的宏观外观。所有乳液在整个储存过程中都表现出优异的物理稳定性，没有明显的相分离、乳化或颜色变化。当倾斜并静置10分钟后，样品均未流动，表明具有类似固体的凝胶质地（表S1）。这种稳定性与界面颗粒的紧密堆积一致。

结论

本研究表明，羧甲基纤维素在β-CCC颗粒中的取代度（DS）在调节Pickering乳液的结构稳定性、消化行为和姜黄素的生物利用率方面起着关键作用。高DS的β-CCC复合物在储存过程中增强了姜黄素的保留率，并提高了抗冻融稳定性，而低DS的复合物在胃肠道消化过程中表现出更强的结构稳定性。消化过程引起了明显的……

CRediT作者贡献声明

郭江：撰写 – 原始草稿、软件、方法论、资金获取、概念构思。杨冰雪：撰写 – 审稿与编辑、方法论。邹晓波：验证、资源获取、资金获取、数据管理。帕拉斯凯维·帕克西马达：撰写 – 审稿与编辑、验证、监督、概念构思。黄晓伟：验证、资源获取、资金获取、数据管理。李志华：资金获取、概念构思

未引用参考文献

Guo等人，2023年；Hou等人，2024年；Yang等人，2023年。

知情同意

由于本研究的性质，不需要知情同意。

利益声明

所有作者声明没有利益冲突。

伦理批准

本文不包含任何作者进行的涉及人类参与者或动物的研究。

利益冲突声明

作者声明没有已知的可能会影响本文工作的财务利益或个人关系。

致谢

本研究得到了山东省自然科学基金的青年基金（项目编号：ZR2025QC201）、国家自然科学基金（项目编号：32272407, 1601360061）以及江苏省自然科学基金优秀青年学者计划（项目编号：BK20200103, BK20220111）的资助。