《Carbohydrate Polymers》：Gum Arabic–based Pickering emulsions: Design principles and emerging applications
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阿拉伯胶（GA）作为天然两亲性多糖-蛋白复合物，从传统乳液稳定剂发展为Pickering乳液构建的核心材料。本文系统综述GA基胶体粒子在 Pickering乳液中的设计策略、稳定机制及多功能应用，涵盖粒子特性调控（表面电荷、尺寸、界面膜结构）、乳液性能优化（粒径分布、流变特性、长期稳定性）及跨领域应用（食品包埋、药物控释、化妆品和功能材料）。强调通过精准分子组装实现性能调控，同时指出规模化制备和结构稳定性提升的挑战。
艾哈迈德·拉贾埃（Ahmad Rajaei）|阿里安·纳哈尔卡尔（Arian Nahalkar）
伊朗沙赫鲁德技术大学（Shahrood University of Technology）农业工程学院
摘要
阿拉伯胶（Gum Arabic，GA）是一种天然存在的阴离子多糖-蛋白质复合物，其功能已超越传统意义上的分子乳化剂角色，成为开发皮克林乳液（Pickering emulsions）的理想生物聚合物构建块。凭借其独特的两亲性结构、生物降解性以及监管机构的认可，GA为制备无表面活性剂的颗粒稳定乳液系统提供了可持续的平台。本文综述了基于GA的胶体颗粒在制备、表征和应用方面的最新进展，特别强调了通过调控颗粒性质来精确调节润湿性、表面电荷、粒径和界面活性的策略。同时系统地探讨了影响乳液形成和稳定性的关键因素，包括颗粒特性、配方参数和环境条件，并分析了这些因素与液滴尺寸分布、界面结构、流变行为及长期稳定性之间的关系。此外，还讨论了基于GA的皮克林乳液在食品系统中的生物活性封装和脂肪结构调控、制药及营养保健品中的溶解度提升与控释应用，以及其在化妆品和功能性材料等新兴领域的潜力。最后，指出了当前研究面临的挑战及未来发展方向。
引言
阿拉伯胶（GA），又称阿拉伯树胶，是从金合欢属（Acacia）植物中提取的天然多糖，主要来源于Acacia senegal和Acacia seyal。作为一种高度分支且复杂的杂多糖，GA富含半乳糖、阿拉伯糖、鼠李糖和葡萄糖醛酸，并含有对其功能至关重要的蛋白质成分（Ali等人，2009；Gashua等人，2015）。尽管许多阴离子多糖（如果胶、海藻酸盐和阿拉伯胶）也被用作乳化剂（Chen等人，2022；Pocan等人，2019；N. Zhao等人，2020），但GA因其独特的分子结构而占据独特地位。这种结构使其具备高水溶性（即使在浓度超过50%的情况下）、低溶液粘度以及内在的两亲性（Aranaz等人，2018；Phillips & Williams，2009）。这些特性源于亲水性多糖骨架与疏水性蛋白质基团之间的协同作用（约2% w/w），使得GA能够在油水界面自发吸附，而不会像其他生物聚合物那样受到高体积粘度或溶解度限制（Prasad等人，2022）。作为公认安全物质（GRAS；E414），GA长期以来被用作食品添加剂和传统医药成分，具有益生元、抗氧化和免疫调节作用（Ahmed，2018；Fedail等人，2016）。
在现代工业应用中，GA作为食品、制药和化妆品配方中的水胶体乳化剂和稳定剂已得到广泛应用（Mohamed等人，2025；F. Niu等人，2024）。然而，对清洁标签、可持续性和高稳定性胶体系统的需求不断增加，推动了人们对其传统用途之外的研究，尤其是在皮克林乳液稳定方面。皮克林乳液由固体颗粒而非分子表面活性剂稳定，具有更强的抗聚结和奥斯特瓦尔德熟化（Ostwald ripening）能力，同时减少了合成表面活性剂带来的环境和健康风险（Atarian等人，2019；Chevalier & Bolzinger，2013）。因此，寻找可食用和生物相容的皮克林稳定剂使得基于生物聚合物的颗粒成为当前研究的热点。
GA的天然两亲性和聚电解质特性为复合胶体颗粒的自下而上设计提供了多功能平台。其阴离子性质、通过静电相互作用形成复合物的能力以及成膜能力使其成为多种阳离子或中性生物聚合物（如乳清蛋白、玉米醇溶蛋白和卵转铁蛋白）和壳聚糖的理想伴侣（Dai等人，2018；Sharkawy等人，2019；Wei & Huang，2019）。这种在温和条件下形成复合物的能力具有显著的实际优势，无需使用剧烈的化学交联即可制备出定制的稳定剂。
基于GA的复合物和 conjugates 可被组装成纳米颗粒、微凝胶颗粒和纤维结构，这些结构能够在流体界面吸附并形成刚性空间屏障，从而为皮克林乳液提供长期稳定性（L. Ma等人，2020；Tang等人，2023）。此外，这些乳液的功能性可根据具体应用进行定制。基于GA的皮克林系统已被广泛用于生物活性化合物（如姜黄素、叶黄素和精油）的封装、保护和控释（Gao & Qiu，2025；Han等人，2020；Su等人，2020），并发展为先进的材料形式，如乳液凝胶、粉末油和外用制剂（K.-Y. Li等人，2022；Sharkawy, Casimiro等人，2020；Wei等人，2024）。
尽管相关研究不断增长，但关于基于GA的皮克林乳液的文献仍较为零散，往往仅呈现孤立的研究案例，缺乏系统性的设计理念。单纯列举配方和应用无法充分体现其背后的科学变革。因此，本文围绕一个核心命题展开：通过精确设计和可控组装GA来实现高性能、功能化的皮克林乳液。
基于这一视角，本文综合了最新进展，为合理材料设计提供了框架。具体内容包括：（1）GA衍生颗粒的设计工具箱，探讨调控颗粒性质的改性策略；（2）将颗粒特性与界面结构和乳液微观结构联系起来的可控组装原理；（3）高级功能的工程设计，说明设计参数如何影响应用性能（如生物活性封装、脂肪结构调控和控释系统）。通过建立明确的结构-性质-功能关系，本文旨在超越经验性配方，迈向基于GA的皮克林乳液的预测性设计。最后，讨论了将精准颗粒设计转化为可规模化生产的挑战及未来研究方向。
章节摘录
阿拉伯胶在传统乳液中的应用
阿拉伯胶长期以来被视为油水（O/W）系统的理想天然乳化剂，这得益于其独特的两亲性分子结构和优异的功能性能（Atgié等人，2018；Bai等人，2017；Bouyer等人，2011）。其乳化能力源于一种异质的大分子结构，其中包含少量疏水性多肽链，这些链与高度分支的亲水性多糖域共价连接。
阿拉伯胶在皮克林乳液中的应用
阿拉伯胶从传统分子乳化剂向皮克林乳液结构构建块的转变，标志着从经验性应用向理性设计和可控组装的可食用胶体颗粒的转变。这一进展不仅是一种替代方案，更是利用其作为反应性阴离子聚电解质的独特性质来克服天然GA固有局限性的战略工程方法（Dai等人）。
阿拉伯胶的分子结构：理性设计与颗粒制备的蓝图
GA作为功能性水胶体和先进材料的构建块，其效用并非偶然，而是由其独特的分子结构直接决定的。本节结合结构描述、内在物理化学性质和制备策略，建立了清晰的设计框架，将GA的基本化学结构与功能性胶体颗粒的理性工程联系起来。
形成机制与稳定原理
成功制备稳定的基于GA的皮克林乳液并非单一步骤过程，而是由加工策略和基本物理化学原理共同调控的协同设计过程。
基于GA的皮克林乳液的物理化学性质
基于GA的皮克林乳液的性能取决于两个相互依赖的因素：首先是界面层的结构，它作为油水界面的屏障；其次是决定机械响应的宏观流变性质。基于GA的皮克林乳液的应用
基于GA的皮克林乳液的应用范围远超其作为双相稳定剂的传统角色。它们主要用于敏感亲脂性生物活性物质（如维生素、多酚和精油）的封装和控释，其中颗粒稳定的界面能有效防止降解，并实现强化食品和药物递送系统的定制释放动力学（Patel等人，2025；Rostamabadi等人，2023）。当前挑战与未来研究方向
尽管基于GA的皮克林乳液研究进展迅速，且已有众多概念验证成果，但将其转化为可靠、具有商业可行性的技术仍面临挑战。从生物聚合物科学的角度来看，主要障碍在于GA及其界面行为本身的结构-功能限制，而不仅仅是实际操作上的不便。对这些挑战的深入评估，以及明确的...结论
本文记录了阿拉伯胶从传统水胶体向先进皮克林乳液多功能构建块的转变过程。通过策略性复合和与蛋白质及其他多糖的结合，GA可以被改造成具有精细调节的润湿性、表面电荷和形态的胶体颗粒，从而在油水界面实现不可逆吸附。由此形成的强固界面层赋予了乳液卓越的性能。
CRediT作者贡献声明
艾哈迈德·拉贾埃（Ahmad Rajaei）：可视化、软件开发、项目管理、方法论设计、研究实施、资金获取、数据整理、概念构思。阿里安·纳哈尔卡尔（Arian Nahalkar）：研究实施、概念构思、初稿撰写。艾哈迈德·拉贾埃（Ahmad Rajaei）：审稿与编辑、最终稿件撰写。
利益冲突声明
作者声明不存在影响本研究工作的利益冲突。
