《Food Hydrocolloids》：Engineering robust bilayer water-in-water emulsions via protein–polysaccharide complexation: From interfacial stabilization to microencapsulation of sensitive bioactives
编辑推荐：
本研究通过电static沉积法构建淀粉质-羽扇豆胶双层水包水乳液，利用卵清蛋白纤维（OVAF）和卡拉胶（CG）形成双层层面结构，显著提升乳液的物理、热、冻融及离子稳定性，长期储存（>2个月）无相分离。以维生素B2和乳酸菌为模型生物活性物质，验证其光降解抑制（仅损失27.81%）和耐受热处理、冻融循环、模拟胃肠消化等真实场景，冻干微胶囊仍保持高结构完整性和乳酸菌存活率，为功能性食品开发提供新策略。
魏子豪|罗天|刘玉清|黄清荣|薛长虎
中国海洋大学食品科学与工程学院海洋食品加工与安全控制国家重点实验室，青岛266404，中国
摘要
水包水（W/W）乳液因其生物相容性和无油特性而在输送亲水性生物活性物质方面具有很大潜力，但其应用受到稳定性不足的阻碍。为了解决这一问题，本研究采用支链淀粉和塔拉胶作为水相，通过卵白蛋白纤维（OVAF）或卵白蛋白球（OVAS）进行稳定，并通过静电沉积添加卡拉胶（CG）层来增强乳液的稳定性，从而设计出新型食品级双层W/W乳液。结果表明，OVAF/CG稳定的TG/AMP乳液（OFC-TE）在物理、热稳定性、冻融循环以及离子应力下的稳定性显著优于OVAS/CG稳定的TG/AMP乳液（OSC-TE），且在超过2个月的时间内未发生相分离。随后，通过使用核黄素和植物乳杆菌作为模型生物活性物质验证了其输送效果。结果显示，OFC-TE具有显著的保护作用：它不仅延缓了核黄素的光降解，使8小时紫外线照射后的荧光损失仅限于27.81%，还在巴氏杀菌、冻融循环、28天储存及模拟胃肠道消化过程中保持了植物乳杆菌的存活率。此外，冻干后的OFC-TE微胶囊呈现出蜂窝状结构，具有更高的热稳定性，并能有效保护植物乳杆菌的存活。本研究通过优化界面结构，为开发稳定的W/W乳液输送系统提供了有效策略，从而拓展了其在功能性食品中用于益生菌和维生素的应用潜力。
引言
水包水（W/W）乳液是通过两种不相容的水溶性聚合物的分相分离形成的，具有生物相容性、无油、低脂肪和低热量等优点，因此非常适合用于封装和输送功能性食品、饮料及益生菌产品中的亲水性生物活性物质（Beldengrün等人，2020年）。然而，由于其界面张力低和稳定性差，实际应用受到很大限制（Chen等人，2024年）。为了解决这一问题，研究人员广泛使用胶体颗粒（尤其是基于蛋白质的颗粒）作为W/W乳液的稳定剂（Yang等人，2021年）。我们之前的研究使用支链淀粉（AMP）和塔拉胶（TG）作为两相，并通过卵白蛋白纤维（OVAF）或卵白蛋白球（OVAS）进行稳定，发现OVAF稳定的TG/AMP乳液（OFC-TE）由于具有更致密的界面层而表现出更好的稳定性（Luo等人，2025年）。然而，单层乳液在长期储存或高离子强度条件下仍容易失稳，这表明需要更有效的界面工程（Lei等人，2022年；Yan等人，2023年）。
为了克服单层系统的局限性并实现长期稳定性，通过多层工程增强界面是一个有前景的方法。逐层（LBL）静电沉积技术可以精确控制界面组成和厚度，从而形成多层乳液，进一步提高W/W乳液的稳定性（H. X. Wang等人，2023年）。该方法主要是在由蛋白质稳定的单层乳液中添加带电多糖，多糖和蛋白质带有相反的电荷。通过静电相互作用，多糖吸附在液滴表面，形成双层界面层，从而增强乳液的稳定性。现有研究表明，无论是W/O/W还是O/W类型的乳液，通过静电沉积构建双层结构都能通过强化界面结构来提高稳定性（Choi等人，2020年；Ding等人，2019年；Liang等人，2023年）。然而，目前尚无关于蛋白质颗粒和多糖稳定的双层W/W乳液的研究。卡拉胶（CG）作为一种常见的阴离子多糖，具有优异的凝胶化、乳化及增稠性能，广泛应用于乳液系统中（BahramParvar等人，2013年；Skryplonek等人，2019年）。此外，卡拉胶中的硫酸酯基团可以与带正电的蛋白质颗粒发生静电相互作用，形成稳定且致密的多层界面膜，具有构建双层W/W乳液的潜力。与Zeng等人（2025年）主要关注卵粘蛋白-黄原胶（OVN-XG）纳米粒子稳定的油包水（O/W）乳液的物理化学稳定性的研究不同，本研究采用了由纤维状卵白蛋白和卡拉胶静电组装形成的双层界面。
在建立了更稳定的乳液系统后，下一步关键是在实际应用中评估其性能。为了充分验证这种新型双层W/W乳液作为输送平台的实用价值，必须验证其在真实应用条件下保护和输送生物活性成分的能力。选择合适的模型生物活性物质至关重要，这些物质能够反映亲水性功能性成分在实际使用中面临的挑战（例如对环境压力的敏感性、加工和储存过程中的稳定性问题）。核黄素和植物乳杆菌因其固有的脆弱性和在覆盖非活性和活性生物活性物质方面的互补作用而被选中。选择核黄素是因为其在细胞能量代谢和抗氧化防御中的生理重要性（Pu等人，2024年），但它在食品加工和储存过程中容易受到紫外线或可见光的光降解，同时其结构容易受损，从而影响其在功能性食品中的营养价值（Gu等人，2022年）。选择植物乳杆菌是因为它具有明确的健康益处（调节肠道微生物群平衡、增强宿主免疫力、改善胃肠道健康），同时作为活性生物活性物质也具有脆弱性——其存活率容易受到热、冻融循环、氧气以及恶劣的胃肠道环境（低pH值、胆盐和消化酶）的影响（L. Wang等人，2020年）。这两种模型共同解决了保护非活性营养素免受结构降解和保持活性益生菌存活率的双重挑战，确保了双层W/W乳液在各种亲水性功能性成分中的应用价值。
在验证了双层乳液的保护效果后，下一步关键在于提高其货架稳定性和适用性。为了实现商业化，将乳液通过冻干转化为固态形式是必要的，以改善其较短的保质期和易受微生物影响的缺点。将液态乳液转化为固态微胶囊不仅可以降低水分含量并抑制酶活性，还能提供额外的物理屏障以抵御环境压力（Y. C. Wang等人，2025年）。这种微囊化步骤有望进一步提高植物乳杆菌的长期储存稳定性，并将乳液系统应用于干态产品，如粉状功能性食品、膳食补充剂和富含益生菌的饮料。本研究旨在通过蛋白质-多糖复合物化开发一种稳定的双层W/W乳液，以克服传统系统的稳定性限制，并验证其在实际加工和储存条件下保护易变质营养素和活性益生菌的有效性。因此，系统评估了OVAF/CG稳定的TG/AMP乳液（OFC-TE）和OVAS/CG稳定的TG/AMP乳液（OSC-TE）的物理化学性质、稳定性（包括热稳定性、冻融稳定性、离子稳定性和储存稳定性）以及流变行为。随后，评估了它们对核黄素（光稳定性）和植物乳杆菌（热稳定性、冻融稳定性、储存稳定性和模拟胃肠道条件下的稳定性）的保护效果。最后，从含有益生菌的乳液中制备了冻干微胶囊，并对其形态、热性能和保持益生菌存活的能力进行了表征。本研究不仅提供了一种构建稳定食品级双层W/W乳液的新策略，还扩展了它们在食品和制药行业中作为亲水性功能性成分有效输送载体的潜力。
材料
核黄素（CAS编号：83-88-5，纯度>98%）和支链淀粉（AMP，CAS编号：9037-22-3，分子量：2.1 × 107 Da）购自上海麦克林生化有限公司（中国上海）。塔拉胶（TG，CAS编号：39300-88-4，纯度>90%）购自广州嘉业食品配料有限公司（中国广州）。卡拉胶（CG，CAS编号：9000-07-1）和卵白蛋白（OVA，CAS编号：9006-59-1，纯度>80%）由上海宇源生物有限公司提供（中国上海）。MRS肉汤和琼脂由...
双层W/W乳液制备中卡拉胶浓度的优化
卡拉胶（CG）浓度是决定OVAF/CG稳定的TG/AMP乳液（OFC-TE）和OVAS/CG稳定的TG/AMP乳液（OSC-TE）的微观结构、液滴大小和储存稳定性的关键因素。随着CG浓度从0.05%增加到0.2%，OFC-TE和OSC-TE的液滴大小均呈下降趋势（图1a和图1b）。在CG浓度为0.05%时，乳液的液滴最大，储存7天后发生了相分离。
结论
本研究通过构建新型双层乳液系统解决了W/W乳液不稳定的问题。这些系统通过卵白蛋白纤维（OVAF）或卵白蛋白球（OVAS）进行稳定，并通过静电沉积添加卡拉胶（CG）层进行增强，成功验证了它们输送亲水性生物活性物质的潜力。当CG浓度≥0.1%时，在OVA稳定的液滴上形成了致密的双层界面膜，使液滴大小降至6.5 μm，并延长了4°C的稳定时间
作者贡献声明
黄清荣：撰写 – 审稿与编辑。薛长虎：撰写 – 审稿与编辑。刘玉清：撰写 – 初稿撰写、软件操作、实验研究。罗天：撰写 – 初稿撰写、软件操作、实验研究、数据管理。魏子豪：撰写 – 审稿与编辑、初稿撰写、软件操作、资源获取、项目管理、方法学设计、实验研究、资金申请、概念构思
未引用参考文献
Li等人，2023年；Ma等人，2023年；Wang等人，2023年；Wei等人，2025年。
致谢
本工作得到了国家自然科学基金（项目编号：32402292）的支持。此外，还得到了中国海洋大学CFSE青年创新研究计划和海洋大学（项目编号：2024102）的资助。CLSM和TGA数据使用中国海洋大学食品科学与工程学院分析测试中心提供的设备获得。
