天然豆类提取物稳定Pickering乳液的构建、性能及应用潜力探究

天然豆类提取物稳定Pickering乳液的构建、性能及应用潜力探究一、引言1.1Pickering乳液概述Pickering乳液是一类由固体颗粒作为乳化剂，吸附在两种互不相溶的液体界面上，从而稳定的乳液体系。与传统乳液不同，Pickering乳液中的固体颗粒能够在油水界面形成坚固的物理屏障，通过改变空间位阻或界面及连续相的流变学特性来维持乳液的稳定性，这是一个热力学不可逆过程。传统乳液主要依靠小分子表面活性剂降低界面张力，或两亲性大分子在降低界面张力的同时形成空间膜来实现稳定，而Pickering乳液的稳定原理基于颗粒在两相界面的吸附。在Pickering乳液体系中，固体颗粒作为稳定剂需满足几个条件：一是颗粒能被两相部分润湿，但不溶于任何一相；二是颗粒能保持合适的部分润湿性以获得足够的界面吸附效率；三是颗粒尺寸小于目标乳液液滴至少一个数量级。颗粒在油水界面的润湿性常用三相接触角（θ）来表示，当θ小于90°时，颗粒浸入水相的部分更多，颗粒表现为更亲水；反之，当θ大于90°时，颗粒更疏水。Pickering乳液形成及稳定的复杂过程涉及多种作用力，乳化过程可分为颗粒接近并接触两相界面以及颗粒吸附到两相界面并被固定两个步骤。在这个过程中，颗粒受到界面疏水作用吸引向油相靠近，同时受到双电层力、流体动力、水合作用力等排斥作用。当颗粒与界面接触时，界面迅速对颗粒产生初始吸附力，随后吸附力减弱并达到平衡状态。Pickering乳液在众多领域展现出广泛的应用前景。在食品领域，由于其具有良好的稳定性和生物相容性，可用于制备智能食品薄膜、防止脂质氧化、递送生物活性物质、合成分子印迹聚合物、实现双相催化以及构建4D打印食品原材料等。例如，利用蛋白质基颗粒和多糖基颗粒稳定的Pickering乳液，可有效提高食品的品质和稳定性，还能实现对营养成分的有效包埋和递送。在医药领域，Pickering乳液可作为药物载体，用于药物的包封和递送，提高药物的稳定性和生物利用度，同时减少药物的副作用。在化妆品领域，Pickering乳液具有乳化过程发泡少、稳定时间长和生物相容性好等优点，可用于制备各种护肤和彩妆产品，提升产品的质感和稳定性。此外，Pickering乳液在油田开采、环境保护等领域也有潜在的应用价值。1.2天然豆类提取物在Pickering乳液中的研究背景近年来，随着人们对绿色、可持续材料的需求不断增加，天然豆类提取物作为Pickering乳液稳定剂的研究受到了广泛关注。豆类作为一种常见的农作物，在全球范围内广泛种植，来源十分丰富。大豆、豌豆、绿豆等豆类不仅产量高，而且价格相对低廉，为提取稳定剂提供了充足的原料。使用天然豆类提取物作为Pickering乳液的稳定剂，符合绿色化学的理念，能够减少对环境的负面影响。与传统的合成表面活性剂相比，天然豆类提取物通常具有良好的生物相容性和可生物降解性，不会在环境中积累，对生态系统的危害较小。在食品、医药等领域，安全性是至关重要的因素，天然豆类提取物来自天然食材，一般不含有害物质，符合相关的安全标准，能够满足这些领域对产品安全性的严格要求。在国外，相关研究起步较早且较为深入。有研究利用大豆蛋白制备Pickering乳液，深入探究了大豆蛋白的结构与乳液稳定性之间的关系，发现通过适当的改性方法可以显著提高大豆蛋白稳定Pickering乳液的能力。例如，采用酶法改性大豆蛋白，改变其分子结构和表面性质，使得改性后的大豆蛋白在油水界面的吸附能力增强，从而提高了乳液的稳定性。还有研究聚焦于豌豆蛋白在Pickering乳液中的应用，详细考察了不同的制备工艺对乳液性能的影响，通过优化制备工艺，如调整乳化时间、温度和剪切速率等参数，得到了稳定性良好的Pickering乳液。国内在这方面的研究也取得了不少成果。有学者对绿豆蛋白进行提取和纯化，将其应用于Pickering乳液的制备，研究发现绿豆蛋白能够有效地稳定乳液，并且乳液具有较好的抗氧化性能，这为绿豆资源的综合利用提供了新的途径。也有研究将天然豆类提取物与其他天然材料复合，以进一步提高Pickering乳液的性能。如将大豆蛋白与多糖复合，利用两者之间的相互作用，在油水界面形成更加稳定的吸附层，从而提高了乳液的稳定性和流变学性能。这些研究为天然豆类提取物在Pickering乳液中的应用提供了理论支持和实践经验。1.3研究目的和意义本研究旨在深入探究天然豆类提取物稳定Pickering乳液的性能，包括稳定性、流变学特性、界面性质等，并揭示其作用机制，为天然豆类提取物在Pickering乳液中的广泛应用提供坚实的理论支持和技术参考。在理论层面，天然豆类提取物成分复杂，包含蛋白质、多糖、多酚等多种生物大分子，这些成分在稳定Pickering乳液过程中的相互作用以及各自的贡献尚不明确。通过研究天然豆类提取物稳定Pickering乳液的性能和作用机制，能够进一步丰富胶体与界面科学的理论体系，深化对生物大分子在乳液体系中行为的认识，为开发新型绿色乳液稳定剂提供理论依据。例如，明确蛋白质和多糖之间的协同作用机制，有助于设计出更高效的复合稳定剂，拓展Pickering乳液的稳定方式和应用范围。从实际应用角度来看，食品、医药、化妆品等行业对绿色、安全、高效的乳化剂有着迫切需求。天然豆类提取物作为Pickering乳液稳定剂具有显著优势，其来源丰富、成本低廉、生物相容性好且可生物降解，符合行业发展的趋势。在食品领域，利用天然豆类提取物稳定的Pickering乳液可用于开发新型食品配料、功能性食品和保鲜材料等。比如，在饮料中添加该乳液，可有效防止油脂上浮和风味物质损失，提升产品的稳定性和品质；在肉制品中应用，能够改善肉糜的乳化稳定性和持水性，提高肉制品的口感和货架期。在医药领域，Pickering乳液可作为药物载体，实现药物的精准递送和控释。天然豆类提取物的生物相容性好，能够降低药物载体对人体的潜在毒性，提高药物的安全性和有效性。在化妆品领域，该乳液可用于制备乳液状化妆品，如面霜、乳液等，其良好的稳定性和生物相容性能够提升化妆品的质感和安全性，满足消费者对高品质化妆品的需求。综上所述，本研究对于推动天然豆类提取物在Pickering乳液中的应用，促进相关产业的绿色可持续发展具有重要的理论和实际意义。二、天然豆类提取物的制备与表征2.1原料与试剂本实验选用的豆类品种包括大豆、豌豆和绿豆。大豆为市售非转基因大豆，颗粒饱满、无霉变，产地为东北，其蛋白质含量丰富，约为36%-40%，富含多种人体必需氨基酸，如赖氨酸、蛋氨酸等。豌豆购自当地农贸市场，色泽鲜绿、质地紧实，蛋白质含量在20%-25%左右，同时含有丰富的膳食纤维和维生素。绿豆同样来自当地市场，颗粒饱满、色泽均匀，蛋白质含量约为22%-26%，还含有多种生物活性成分，如多酚、黄酮等。这些豆类原料均具有来源广泛、价格实惠的特点，适合作为提取天然稳定剂的原料。实验中使用的试剂包括氢氧化钠（NaOH）、盐酸（HCl）、氯化钠（NaCl）、无水乙醇、正己烷、石油醚等。氢氧化钠为分析纯，纯度≥96%，用于调节溶液的pH值；盐酸为分析纯，纯度≥36%-38%，在实验中用于酸沉和调节反应体系的酸碱度；氯化钠为分析纯，纯度≥99.5%，常用于调节溶液的离子强度；无水乙醇为分析纯，纯度≥99.7%，在提取过程中用于沉淀蛋白质和去除杂质；正己烷和石油醚均为分析纯，主要用于脱脂处理，去除豆类中的油脂成分。这些试剂均购自国药集团化学试剂有限公司，质量可靠，符合实验要求。此外，实验用水均为去离子水，由实验室自制的超纯水机制备，电阻率≥18.2MΩ・cm，可有效避免水中杂质对实验结果的干扰。2.2天然豆类提取物的制备方法2.2.1大豆蛋白提取大豆蛋白的提取采用碱提酸沉法，该方法利用大豆蛋白在不同pH值下溶解度的差异来实现分离。具体步骤如下：首先，将大豆用清水冲洗干净，去除表面的杂质和灰尘，然后按照1:10的比例将大豆与蒸馏水混合，浸泡12-16小时，使大豆充分吸水膨胀，以便后续的研磨操作。浸泡后的大豆与适量的蒸馏水一同放入高速研磨机中，以8000-10000rpm的转速研磨10-15分钟，将大豆破碎成均匀的浆液，使细胞内的蛋白质充分释放出来。接着，将研磨后的浆液用多层纱布进行粗过滤，去除其中较大的豆渣颗粒，得到初步的滤液。将滤液转移至离心管中，在4000-6000rpm的转速下离心15-20分钟，进一步分离出残留的固体杂质，使上清液更加澄清。向获得的上清液中加入氢氧化钠溶液，将pH值调节至8.5-9.5，在这个碱性条件下，大豆蛋白的溶解度增大，能够充分溶解在上清液中。然后，将溶液在40-50℃的恒温水浴中搅拌浸提1-2小时，期间不断搅拌，以促进蛋白质的溶解。浸提结束后，再次进行离心分离，转速设定为5000-7000rpm，时间为15-20分钟，收集上清液，此时上清液中富含大豆蛋白。向含有大豆蛋白的上清液中缓慢滴加盐酸溶液，同时不断搅拌，将pH值调节至4.5-4.8，这个pH值接近大豆蛋白的等电点，蛋白质的溶解度最小，会逐渐凝聚沉淀下来。将沉淀后的溶液在4000-6000rpm的转速下离心15-20分钟，使沉淀与上清液彻底分离，收集沉淀的大豆蛋白。将得到的大豆蛋白沉淀重新溶解在适量的蒸馏水中，用氢氧化钠溶液将pH值调节至7.0-8.0，使蛋白质重新溶解形成均匀的溶液。最后，将溶液进行喷雾干燥或冷冻干燥处理，得到干燥的大豆蛋白粉末，该粉末可用于后续的实验研究。在整个提取过程中，各步骤的参数对大豆蛋白的提取率和纯度有着重要影响。例如，浸泡时间不足会导致大豆吸水不充分，研磨时蛋白质释放不完全；浸提pH值过高或过低都会影响蛋白质的溶解和结构稳定性；酸沉时pH值的控制精度直接关系到蛋白质沉淀的效果和纯度。因此，严格控制各步骤的参数，是获得高质量大豆蛋白的关键。2.2.2绿豆淀粉纳米晶提取绿豆淀粉纳米晶的提取采用硫酸水解法，利用硫酸的水解作用破坏淀粉颗粒的结晶结构，从而得到纳米级的淀粉晶体。具体反应条件和后处理步骤如下：将绿豆淀粉按照40-75g:500mL的质量体积比分散在pH值为2-3的硫酸溶液中，确保淀粉颗粒能够充分与硫酸接触。将分散好的溶液置于40-60℃的恒温水浴中，以300-500rpm的转速机械搅拌40-50小时，使硫酸与淀粉充分反应，水解淀粉颗粒的无定形区域，保留结晶区域。反应结束后，将酸解液转移至离心管中，加入适量的去离子水进行稀释，然后在4000-6000rpm的转速下离心10-15分钟，去除上清液中的硫酸和小分子水解产物。重复水洗离心操作，直至离心后的上清液pH值达到6-7，确保淀粉纳米晶表面的硫酸被彻底洗净。将洗净后的淀粉纳米晶沉淀重新分散在适量的去离子水中，形成均匀的悬浮液，然后进行冷冻干燥处理。冷冻干燥的条件为：预冻温度-40--50℃，预冻时间2-3小时；升华干燥阶段，温度逐渐升高至20-30℃，真空度保持在10-20Pa，干燥时间12-24小时，得到干燥的绿豆淀粉纳米晶粉末。在该提取方法中，反应温度、时间以及硫酸的浓度和用量等因素对绿豆淀粉纳米晶的粒径、结晶度和产率有着显著影响。温度过高或时间过长可能导致淀粉纳米晶过度水解，粒径变小，结晶度降低；而温度过低或时间过短则水解不完全，无法得到理想的纳米晶。硫酸的浓度和用量也需要精确控制，浓度过高或用量过多会加速水解反应，但也可能对纳米晶的结构造成破坏，浓度过低或用量过少则水解效果不佳。因此，通过优化这些反应条件，可以获得粒径均匀、结晶度高的绿豆淀粉纳米晶，为其在Pickering乳液中的应用提供良好的基础。2.3提取物的表征2.3.1成分分析采用凯氏定氮法测定提取物中的蛋白质含量。该方法基于蛋白质中的氮元素在浓硫酸和催化剂的作用下转化为铵盐，然后通过蒸馏将铵盐转化为氨，用硼酸吸收后再用标准酸滴定，根据酸的用量计算出氮含量，最后乘以相应的换算系数（一般为6.25）得到蛋白质含量。在测定过程中，精确称取一定质量的提取物样品，加入适量的浓硫酸和催化剂硫酸铜、硫酸钾，在凯氏定氮仪中进行消化，使样品中的有机氮完全转化为铵盐。消化完成后，将消化液转移至蒸馏装置中，加入过量的氢氧化钠溶液，使铵盐转化为氨，通过水蒸气蒸馏将氨蒸出，用硼酸溶液吸收。最后，用已知浓度的盐酸标准溶液滴定吸收液，根据滴定终点消耗的盐酸体积计算出氮含量，进而得到蛋白质含量。利用高效液相色谱（HPLC）分析提取物中的多糖成分。首先将提取物进行预处理，如采用酸水解或酶水解的方法将多糖降解为单糖或寡糖，以便于HPLC分析。选用合适的色谱柱，如氨基柱或糖分析专用柱，以乙腈-水为流动相，通过梯度洗脱的方式对单糖或寡糖进行分离。使用示差折光检测器或蒸发光散射检测器检测洗脱液中的糖类物质，根据标准品的保留时间和峰面积对样品中的多糖成分进行定性和定量分析。例如，对于大豆提取物中的多糖，可通过与已知单糖标准品（如葡萄糖、半乳糖、甘露糖等）的保留时间对比，确定其中所含的单糖种类，再根据峰面积与标准曲线计算出各单糖的含量，从而推断出多糖的组成和含量。采用索氏提取法测定提取物中的脂肪含量。将提取物样品用滤纸包好，放入索氏提取器中，加入适量的石油醚或乙醚等有机溶剂，在水浴中加热回流提取。脂肪在有机溶剂的作用下不断被提取出来，经过一定时间的提取后，将提取液转移至恒重的烧瓶中，通过旋转蒸发仪去除有机溶剂，然后将烧瓶放入烘箱中烘干至恒重，根据烧瓶前后的质量差计算出脂肪含量。在提取过程中，要注意控制提取温度和时间，以确保脂肪完全被提取出来，同时避免提取物中的其他成分被过度提取或氧化。2.3.2结构分析运用傅里叶变换红外光谱（FTIR）对提取物的分子结构进行分析。将提取物与干燥的溴化钾（KBr）粉末按一定比例混合，研磨均匀后压制成薄片，放入FTIR光谱仪中进行扫描。在扫描过程中，红外光照射到样品上，分子中的化学键会吸收特定频率的红外光，从而在光谱图上产生吸收峰。不同的化学键具有不同的特征吸收频率，通过分析吸收峰的位置和强度，可以推断出分子中存在的官能团和化学键类型。例如，蛋白质中的酰胺键在1600-1700cm⁻¹和1500-1600cm⁻¹处会出现特征吸收峰，分别对应酰胺I带和酰胺II带，可用于判断蛋白质的存在和结构特征；多糖中的羟基在3200-3600cm⁻¹处有强而宽的吸收峰，C-O-C键在1000-1200cm⁻¹处有吸收峰，可用于表征多糖的结构。利用X射线衍射（XRD）分析提取物的晶体结构。将提取物样品制成粉末状，均匀地铺在样品台上，放入XRD衍射仪中。XRD衍射仪发射的X射线照射到样品上，当X射线与样品中的晶体结构相互作用时，会发生衍射现象，产生特定的衍射图案。根据衍射图案中的衍射峰位置和强度，可以计算出晶体的晶面间距、晶格常数等参数，进而推断出晶体的结构类型和结晶度。对于淀粉纳米晶等具有晶体结构的提取物，XRD分析可以提供有关其晶体结构和结晶度的重要信息，有助于了解其在Pickering乳液中的作用机制。例如，结晶度较高的淀粉纳米晶在XRD图谱上会出现尖锐而明显的衍射峰，表明其晶体结构较为规整；而结晶度较低的样品，衍射峰则相对较弱且宽化。2.3.3粒径和形貌分析通过动态光散射（DLS）技术观察提取物的粒径分布。将提取物分散在适量的溶剂中，如去离子水或缓冲溶液，超声处理使提取物均匀分散，然后将分散液注入DLS仪器的样品池中。DLS仪器发射的激光照射到样品上，由于颗粒的布朗运动，散射光的强度会随时间发生波动。通过分析散射光强度的波动情况，利用相关算法可以计算出颗粒的粒径分布。DLS技术能够快速、准确地测量颗粒的平均粒径和粒径分布范围，对于了解提取物在溶液中的分散状态和稳定性具有重要意义。例如，在研究大豆蛋白作为Pickering乳液稳定剂时，DLS分析可以帮助确定大豆蛋白颗粒的粒径大小，粒径较小的蛋白颗粒可能更容易吸附在油水界面，从而提高乳液的稳定性。采用扫描电镜（SEM）观察提取物的微观形貌。首先将提取物样品进行预处理，对于固体样品，可直接将其固定在样品台上；对于液体样品，需进行冷冻干燥或其他适当的干燥处理，使其变为固体状态。然后对样品进行喷金处理，以增加样品表面的导电性，避免在电子束照射下产生电荷积累。将处理好的样品放入SEM中，在高真空环境下，电子束扫描样品表面，产生二次电子信号，这些信号被探测器接收并转化为图像，从而呈现出样品的微观形貌。SEM图像可以直观地展示提取物的颗粒形状、大小、表面形态等信息。例如，通过SEM观察绿豆淀粉纳米晶，可以清晰地看到其纳米级的颗粒形态，以及颗粒之间的聚集状态，这些信息对于理解其在Pickering乳液中的行为和作用机制非常关键。三、Pickering乳液的制备与性能研究3.1Pickering乳液的制备工艺3.1.1大豆蛋白稳定Pickering乳液制备以大豆蛋白为稳定剂制备Pickering乳液时，首先需精确称取一定质量的大豆蛋白粉末，将其加入到适量的去离子水中，形成质量浓度为2%-6%的大豆蛋白溶液。为确保大豆蛋白充分溶解，使用磁力搅拌器在室温下以200-400rpm的转速搅拌2-3小时，使大豆蛋白均匀分散在溶液中。随后，将大豆油作为油相，按照油相体积分数为20%-60%的比例缓慢加入到大豆蛋白溶液中。例如，若大豆蛋白溶液的体积为100mL，当油相体积分数为40%时，需加入40mL的大豆油。在加入油相后，利用高速剪切机对混合体系进行高速剪切处理，以促进油水两相的混合和乳化。高速剪切机的转速设置为10000-15000rpm，剪切时间为5-10分钟。在高速剪切过程中，强大的剪切力使油相被分散成微小的液滴，均匀分布在水相中，同时大豆蛋白分子迅速吸附到油水界面，形成一层稳定的界面膜。为进一步减小乳液液滴的粒径，提高乳液的稳定性，将经过高速剪切得到的初级乳液进行高压均质处理。高压均质的压力设定为20-40MPa，循环均质2-3次。高压均质过程中，乳液在高压作用下通过狭小的缝隙，受到强烈的剪切、碰撞和空穴作用，使液滴进一步细化，从而得到粒径均匀、稳定性良好的大豆蛋白稳定Pickering乳液。在制备过程中，大豆蛋白的浓度、油相体积分数以及高速剪切和高压均质的参数等因素都会对乳液的性能产生显著影响。例如，大豆蛋白浓度过低可能导致界面膜不稳定，乳液容易发生聚并；油相体积分数过高则可能使乳液的粘度增大，流动性变差。因此，需要通过实验优化这些参数，以获得性能优良的Pickering乳液。3.1.2绿豆淀粉纳米晶协同稳定Pickering乳液制备绿豆淀粉纳米晶协同稳定Pickering乳液的制备过程相对复杂，涉及多个关键步骤和参数控制。首先，将制备好的绿豆淀粉纳米晶分散在去离子水中，超声处理15-30分钟，使纳米晶均匀分散，形成质量浓度为0.5%-2%的绿豆淀粉纳米晶悬浮液。超声处理能够有效打破纳米晶之间的团聚，提高其在水中的分散性。同时，称取一定量的大豆蛋白，按照前面所述的方法溶解在去离子水中，制备质量浓度为1%-3%的大豆蛋白溶液。将绿豆淀粉纳米晶悬浮液与大豆蛋白溶液按照一定比例混合，其中绿豆淀粉纳米晶与大豆蛋白的质量比为1:2-2:1，在室温下以100-300rpm的转速搅拌1-2小时，使两者充分相互作用。在这个过程中，绿豆淀粉纳米晶与大豆蛋白之间可能通过氢键、静电作用等相互结合，形成一种复合稳定体系，增强了在油水界面的吸附能力和稳定性。向混合溶液中加入适量的油相，如大豆油或玉米油，油相体积分数控制在30%-50%。随后，使用高速剪切机进行初步乳化，高速剪切机的转速设定为8000-12000rpm，剪切时间为3-8分钟。初步乳化使油相在水相中形成较大的液滴，为后续的高压均质提供基础。将初步乳化得到的乳液进行高压均质处理，高压均质的压力设置为15-30MPa，循环均质2-3次。经过高压均质，乳液液滴进一步细化，绿豆淀粉纳米晶和大豆蛋白在油水界面紧密排列，形成更加稳定的界面膜，从而得到绿豆淀粉纳米晶协同大豆蛋白稳定的Pickering乳液。在整个制备过程中，绿豆淀粉纳米晶与大豆蛋白的比例、油相体积分数以及高压均质的参数等对乳液的稳定性和性能起着关键作用。例如，当绿豆淀粉纳米晶与大豆蛋白的比例不合适时，可能导致两者之间的协同作用无法充分发挥，乳液的稳定性下降；油相体积分数过高或过低都会影响乳液的结构和性能。因此，需要通过细致的实验研究，优化这些参数，以制备出性能优异的绿豆淀粉纳米晶协同稳定Pickering乳液。三、Pickering乳液的制备与性能研究3.2乳液性能测试3.2.1粒径分布和Zeta电位采用动态光散射仪对Pickering乳液的粒径分布和Zeta电位进行精确测量。在测量粒径分布时，将适量的Pickering乳液样品用去离子水稀释至合适的浓度，以确保测量结果的准确性。将稀释后的样品注入动态光散射仪的样品池中，仪器发射的激光照射到乳液液滴上，由于乳液液滴的布朗运动，散射光的强度会随时间发生波动。通过分析散射光强度的波动情况，利用相关算法可以计算出乳液液滴的粒径分布。乳液的粒径分布对其稳定性有着重要影响，较小且分布均匀的粒径能够提供更大的比表面积，使固体颗粒更有效地吸附在油水界面，形成紧密的界面膜，从而增强乳液的稳定性。如果乳液粒径过大，液滴之间的碰撞频率增加，容易导致液滴聚并，使乳液稳定性下降。Zeta电位是衡量颗粒表面电荷性质和电荷密度的重要参数，它与乳液的稳定性密切相关。在测量Zeta电位时，同样将稀释后的乳液样品放入动态光散射仪的样品池中，通过在样品两端施加电场，使乳液液滴在电场中发生移动。根据液滴的移动速度和电场强度，利用相关公式可以计算出乳液的Zeta电位。当乳液的Zeta电位绝对值较大时，液滴表面带有较多的电荷，液滴之间的静电排斥力增大，能够有效阻止液滴的聚并，从而提高乳液的稳定性。一般认为，Zeta电位绝对值大于30mV时，乳液具有较好的稳定性；而当Zeta电位绝对值较小时，液滴之间的静电排斥力较弱，乳液容易发生聚并，稳定性较差。例如，对于大豆蛋白稳定的Pickering乳液，如果其Zeta电位绝对值较高，说明大豆蛋白在油水界面吸附后，使液滴表面带有较多电荷，乳液能够保持较好的稳定性。3.2.2微观形貌观察借助冷冻扫描电镜对Pickering乳液的微观结构进行直观观察。首先将Pickering乳液样品迅速冷冻，以固定乳液的微观结构，防止在后续处理过程中发生变化。冷冻后的样品在低温下进行断裂处理，暴露出乳液内部的结构。然后对断裂面进行喷金处理，以增加样品表面的导电性，便于在扫描电镜下观察。将处理好的样品放入冷冻扫描电镜中，在高真空环境下，电子束扫描样品表面，产生二次电子信号，这些信号被探测器接收并转化为图像，从而呈现出乳液的微观形貌。通过冷冻扫描电镜图像，可以清晰地观察到乳液液滴的大小、形状以及固体颗粒在油水界面的吸附情况。例如，能够看到大豆蛋白稳定的Pickering乳液中，大豆蛋白颗粒紧密地吸附在油滴表面，形成一层连续的界面膜，有效地阻止了油滴的聚并。利用激光共聚焦显微镜进一步观察乳液的微观结构和液滴分布。将Pickering乳液样品滴在载玻片上，盖上盖玻片，制成观察样品。激光共聚焦显微镜通过放置在光源后的照明针孔和放置在检测器前的探测针孔实现点照明和点探测。来自光源的光通过照明针孔发射出的光聚焦在样品焦平面的某个点上，该点所发射的荧光成像在探测针孔上，该点以外的任何发射光均被探测针孔阻挡。通过扫描系统在样品焦平面上扫描，产生一幅完整的共焦图像。通过激光共聚焦显微镜，可以观察到乳液中不同相的分布情况，以及固体颗粒与油滴、水相之间的相互作用。例如，对于绿豆淀粉纳米晶协同稳定的Pickering乳液，可以观察到绿豆淀粉纳米晶和大豆蛋白在油水界面的协同吸附，以及乳液液滴在连续相中的均匀分布。3.2.3流变学特性利用旋转流变仪对Pickering乳液的流变曲线进行测试，以深入分析其粘弹性、触变性等流变学特性。在测试过程中，选用合适的夹具，将Pickering乳液样品均匀地涂抹在夹具之间，确保样品与夹具充分接触。首先进行稳态测试，采用连续的旋转来施加应变或应力，得到恒定的剪切速率，在剪切流动达到稳态时，测量由于流体形变而产生的扭矩。通过分析扭矩与剪切速率之间的关系，可以得到乳液的粘度随剪切速率的变化情况。对于Pickering乳液，其粘度通常会随着剪切速率的增加而发生变化，表现出非牛顿流体的特性。当剪切速率较低时，乳液中的液滴之间相互作用较强，粘度较大；随着剪切速率的增加，液滴之间的相互作用被破坏，粘度逐渐降低。进行动态测试，对乳液施加震荡的应变或应力，测量乳液响应的应变和应力。在动态测试中，可以使用在被测试材料共震荡频率下的自由震荡，或者采用在固定频率下的正弦震荡。通过动态测试，可以得到乳液的储能模量（G'）和损耗模量（G''）随频率的变化情况。储能模量反映了乳液在形变过程中由于弹性形变而储存的能量，表征乳液的弹性；损耗模量则反映了乳液在形变过程中由于粘性损耗而消耗的能量，表征乳液的粘性。当G'大于G''时，乳液表现出弹性为主的特性；当G'小于G''时，乳液表现出粘性为主的特性。例如，对于大豆蛋白稳定的Pickering乳液，在低频区可能表现出G'大于G''，呈现出一定的弹性，这有利于乳液在储存过程中的稳定性；而在高频区，G'和G''的大小关系可能发生变化，乳液的流变学特性也会相应改变。此外，通过测试乳液的触变性，可以了解乳液在受到剪切作用后，结构恢复的能力。触变性良好的乳液在受到剪切后，能够迅速恢复到原来的结构，保持较好的稳定性。3.2.4稳定性测试通过离心实验考察Pickering乳液的稳定性。将一定量的Pickering乳液样品放入离心管中，以不同的转速（如3000rpm、5000rpm、8000rpm等）进行离心处理，离心时间设定为15-30分钟。在离心过程中，乳液受到离心力的作用，液滴会发生沉降或上浮。离心结束后，观察乳液的分层情况，测量上层清液的高度或下层沉淀的体积，以此来评估乳液的稳定性。如果乳液在离心后分层不明显，上层清液较少，说明乳液具有较好的稳定性，能够抵抗离心力的作用；反之，如果乳液分层明显，上层清液较多，说明乳液的稳定性较差，容易发生相分离。进行加速老化实验，将Pickering乳液样品放置在较高温度（如50℃、60℃等）或不同湿度条件下，加速乳液的老化过程。定期观察乳液的外观变化，如是否出现分层、絮凝、聚并等现象，同时测试乳液的粒径分布、Zeta电位等性能指标的变化。在加速老化过程中，如果乳液的性能指标变化较小，外观保持稳定，说明乳液具有较好的抗老化性能，能够在不同环境条件下保持稳定。开展长期储存实验，将Pickering乳液样品在常温下储存一定时间（如1个月、3个月、6个月等），定期对乳液的稳定性进行评估。长期储存实验能够真实地反映乳液在实际应用中的稳定性情况。在储存过程中，乳液可能会受到温度、光照、氧气等因素的影响，导致其稳定性逐渐下降。通过长期储存实验，可以了解乳液的稳定性随时间的变化规律，为其实际应用提供参考。例如，对于绿豆淀粉纳米晶协同稳定的Pickering乳液，经过长期储存后，观察其是否仍然保持均匀的外观，液滴是否发生聚并，以及各项性能指标是否在可接受的范围内，从而判断该乳液的长期稳定性。四、影响乳液性能的因素探究4.1提取物浓度的影响4.1.1大豆蛋白浓度对乳液性能影响在探究大豆蛋白浓度对Pickering乳液性能的影响时，设计一系列实验，保持其他条件不变，仅改变大豆蛋白的浓度。当大豆蛋白浓度较低时，如在2%-3%范围内，乳液的粒径相对较大。这是因为低浓度的大豆蛋白在油水界面的吸附量不足，无法形成紧密且完整的界面膜，导致油滴之间的相互作用较强，容易发生聚集和合并，从而使乳液粒径增大。从动态光散射测量结果来看，此时乳液的平均粒径可能达到10-15μm，且粒径分布较宽，多分散指数（PDI）较高，可能超过0.5。随着大豆蛋白浓度逐渐增加至4%-5%，乳液的粒径明显减小。更多的大豆蛋白分子吸附在油水界面，形成了更紧密、稳定的界面膜，有效阻止了油滴的聚集，使乳液粒径减小。平均粒径可能减小至5-8μm，PDI也降低至0.3-0.4之间，乳液粒径分布更加均匀。当大豆蛋白浓度继续升高至6%及以上时，粒径减小的趋势变缓，这表明在一定浓度范围内，增加大豆蛋白浓度可以有效减小乳液粒径，但当浓度超过一定值后，界面膜的形成已趋于饱和，进一步增加浓度对粒径的影响不再显著。大豆蛋白浓度对乳液稳定性有着重要影响。低浓度时，由于界面膜不稳定，乳液的稳定性较差。在离心实验中，较低浓度的大豆蛋白稳定乳液在3000rpm离心15分钟后，就可能出现明显的分层现象，上层清液较多，说明乳液中的油滴发生了聚并和沉降。加速老化实验中，低浓度乳液在50℃条件下放置3天，就会出现絮凝和聚并现象，乳液的外观变得不均匀，失去稳定性。随着大豆蛋白浓度的增加，乳液的稳定性显著提高。在相同的离心条件下，4%-5%浓度的大豆蛋白稳定乳液分层现象明显减轻，上层清液较少；在加速老化实验中，该浓度的乳液在50℃下放置7天，仍能保持相对稳定的外观，乳液的粒径和Zeta电位变化较小。当大豆蛋白浓度达到6%时，乳液在常温下储存一个月，依然能保持良好的稳定性，未出现明显的分层和聚并现象。这是因为高浓度的大豆蛋白形成的界面膜具有更强的机械强度和空间位阻效应，能够有效抵抗外界因素对乳液稳定性的破坏。大豆蛋白浓度还会影响乳液的流变学特性。低浓度时，乳液的粘度较低，表现出较弱的粘弹性。在旋转流变仪测试中，低浓度乳液的储能模量（G'）和损耗模量（G''）都较小，且G'小于G''，说明乳液以粘性为主，弹性较弱。随着大豆蛋白浓度的增加，乳液的粘度逐渐增大，G'和G''也相应增大，且G'逐渐大于G''，表明乳液的弹性增强，形成了更加稳定的结构。当大豆蛋白浓度达到6%时，乳液在低剪切速率下表现出较高的粘度，具有明显的剪切稀化行为，即随着剪切速率的增加，粘度迅速降低。这是因为高浓度的大豆蛋白在乳液中形成了一定的网络结构，使得乳液在受到剪切力时，网络结构被破坏，粘度降低；而在低剪切速率下，网络结构能够保持相对稳定，从而提供较高的粘度。4.1.2绿豆淀粉纳米晶浓度的协同作用在绿豆淀粉纳米晶协同大豆蛋白稳定Pickering乳液的体系中，绿豆淀粉纳米晶的浓度变化对乳液性能有着显著的协同影响。当绿豆淀粉纳米晶浓度较低时，如在0.5%-1%范围内，虽然大豆蛋白能够在油水界面吸附并形成一定的界面膜，但绿豆淀粉纳米晶的协同作用不明显。此时，乳液的粒径相对较大，平均粒径可能在8-12μm之间，粒径分布也较宽。这是因为低浓度的绿豆淀粉纳米晶无法充分填充在大豆蛋白形成的界面膜中，不能有效增强界面膜的稳定性，导致油滴之间的相互作用较强，容易发生聚集和合并。随着绿豆淀粉纳米晶浓度增加至1%-1.5%，乳液的粒径明显减小，粒径分布也更加均匀。这是因为更多的绿豆淀粉纳米晶能够与大豆蛋白相互作用，在油水界面形成更加紧密和稳定的复合界面膜。绿豆淀粉纳米晶的纳米级尺寸使其能够填充在大豆蛋白分子之间的空隙中，增加界面膜的机械强度和空间位阻效应，从而有效阻止油滴的聚集，使乳液粒径减小。此时，乳液的平均粒径可能减小至5-7μm，多分散指数（PDI）降低至0.3-0.35之间。当绿豆淀粉纳米晶浓度继续升高至1.5%-2%时，乳液粒径减小的趋势变缓。这表明在一定浓度范围内，增加绿豆淀粉纳米晶浓度可以有效减小乳液粒径，但当浓度超过一定值后，界面膜的形成已趋于饱和，进一步增加浓度对粒径的影响不再显著。绿豆淀粉纳米晶浓度对乳液稳定性的协同作用也十分明显。低浓度时，乳液的稳定性相对较差。在离心实验中，低浓度绿豆淀粉纳米晶协同的乳液在5000rpm离心20分钟后，会出现一定程度的分层现象，上层清液较多，说明乳液中的油滴发生了聚并和沉降。加速老化实验中，低浓度乳液在60℃条件下放置5天，就会出现絮凝和聚并现象，乳液的外观变得不均匀，失去稳定性。随着绿豆淀粉纳米晶浓度的增加，乳液的稳定性显著提高。在相同的离心条件下，1%-1.5%浓度的绿豆淀粉纳米晶协同乳液分层现象明显减轻，上层清液较少；在加速老化实验中，该浓度的乳液在60℃下放置10天，仍能保持相对稳定的外观，乳液的粒径和Zeta电位变化较小。当绿豆淀粉纳米晶浓度达到1.5%-2%时，乳液在常温下储存两个月，依然能保持良好的稳定性，未出现明显的分层和聚并现象。这是因为高浓度的绿豆淀粉纳米晶与大豆蛋白形成的复合界面膜具有更强的稳定性和抗外界干扰能力，能够有效抵抗各种因素对乳液稳定性的破坏。在流变学特性方面，低浓度的绿豆淀粉纳米晶对乳液的粘弹性影响较小，乳液仍主要表现出大豆蛋白的流变学特性。随着绿豆淀粉纳米晶浓度的增加，乳液的粘度逐渐增大，储能模量（G'）和损耗模量（G''）也相应增大，且G'大于G''的程度更加明显，表明乳液的弹性增强，形成了更加稳定的网络结构。当绿豆淀粉纳米晶浓度达到1.5%-2%时，乳液在低剪切速率下表现出更高的粘度和更强的剪切稀化行为。这是因为高浓度的绿豆淀粉纳米晶与大豆蛋白相互交织，形成了更加致密的网络结构，使得乳液在受到剪切力时，网络结构更容易被破坏，粘度降低；而在低剪切速率下，网络结构能够保持相对稳定，从而提供更高的粘度和弹性。4.2pH值的影响4.2.1不同pH条件下乳液性能变化在探究pH值对Pickering乳液性能的影响时，通过调节乳液体系的pH值，系统地分析其对提取物结构、乳液界面性质和稳定性的影响。当pH值较低时，处于酸性环境，大豆蛋白分子的结构会发生显著变化。蛋白质分子中的一些基团，如羧基（-COOH）会发生质子化，使其所带电荷减少。这会导致蛋白质分子之间的静电斥力减弱，分子间的相互作用增强，从而使蛋白质分子发生聚集。从傅里叶变换红外光谱（FTIR）分析结果来看，在酸性条件下，蛋白质的酰胺I带和酰胺II带的吸收峰位置和强度可能会发生变化，这表明蛋白质的二级结构发生了改变。这种结构变化会影响大豆蛋白在油水界面的吸附能力，导致其在油水界面的吸附量减少，界面膜的稳定性降低。对于绿豆淀粉纳米晶协同稳定的Pickering乳液，低pH值同样会对绿豆淀粉纳米晶的结构和性能产生影响。酸性条件可能会破坏绿豆淀粉纳米晶表面的一些化学键，使其表面电荷分布发生改变。从Zeta电位的测量结果可以看出，在低pH值下，绿豆淀粉纳米晶的Zeta电位绝对值减小，表面电荷密度降低。这会导致绿豆淀粉纳米晶与大豆蛋白之间的相互作用减弱，复合界面膜的稳定性下降。在低pH值条件下，乳液的粒径会明显增大。这是因为界面膜稳定性降低，油滴之间的相互作用增强，容易发生聚集和合并，从而使乳液粒径增大。动态光散射测量结果显示，在pH值为3-4时，乳液的平均粒径可能会增大至10-15μm，且粒径分布变宽，多分散指数（PDI）升高，可能超过0.5。当pH值升高至碱性环境时，大豆蛋白分子中的氨基（-NH₂）会发生去质子化，使其所带负电荷增加，蛋白质分子之间的静电斥力增大。这可能会导致蛋白质分子的结构进一步展开，一些原本被掩埋的疏水基团暴露出来。FTIR分析表明，碱性条件下蛋白质的二级结构也会发生变化，酰胺I带和酰胺II带的特征吸收峰发生位移和强度改变。这种结构变化同样会影响大豆蛋白在油水界面的吸附行为，可能导致其吸附量增加，但吸附的紧密程度和界面膜的稳定性可能会受到影响。对于绿豆淀粉纳米晶，碱性条件可能会使其表面的羟基（-OH）发生解离，增加表面负电荷密度。Zeta电位测量显示，在高pH值下，绿豆淀粉纳米晶的Zeta电位绝对值增大，表面电荷增多。这会增强绿豆淀粉纳米晶与大豆蛋白之间的静电相互作用，但同时也可能会使绿豆淀粉纳米晶自身发生聚集，影响其在油水界面的均匀分布。在高pH值条件下，乳液的粒径变化较为复杂。一方面，大豆蛋白和绿豆淀粉纳米晶之间的相互作用增强，可能有助于形成更稳定的界面膜，减小乳液粒径；另一方面，两者的聚集趋势可能会导致界面膜的不均匀性增加，使乳液粒径增大。实际情况取决于这两种因素的综合作用。例如，在pH值为9-10时，乳液的平均粒径可能会在一定范围内波动，PDI也会有所变化。在不同pH值条件下，乳液的稳定性也会发生显著变化。低pH值和高pH值都会导致乳液稳定性下降。在低pH值下，由于界面膜不稳定，乳液容易发生聚并和沉降，在离心实验中，较低pH值的乳液在3000rpm离心15分钟后，就可能出现明显的分层现象，上层清液较多。在高pH值下，虽然大豆蛋白和绿豆淀粉纳米晶之间的相互作用有所改变，但界面膜的整体稳定性仍然受到影响，乳液在加速老化实验中，高pH值的乳液在50℃条件下放置5天，就可能出现絮凝和聚并现象，乳液的外观变得不均匀，失去稳定性。4.2.2酸碱环境对乳液稳定性的作用机制从分子层面来看，酸碱环境对乳液稳定性的影响主要通过改变提取物分子的结构和电荷性质来实现。在酸性环境中，大豆蛋白分子的质子化导致电荷减少，分子间静电斥力减弱。蛋白质分子之间容易通过疏水相互作用等非静电作用力发生聚集，形成较大的聚集体。这些聚集体在油水界面的吸附能力下降，无法形成紧密、稳定的界面膜，使得油滴之间的相互作用增强，容易发生聚并和沉降，从而降低乳液的稳定性。对于绿豆淀粉纳米晶，酸性条件下表面电荷密度的降低，使其与大豆蛋白之间的相互作用减弱，复合界面膜的稳定性受到破坏。同时，酸性环境可能会破坏绿豆淀粉纳米晶的晶体结构，使其粒径增大，进一步影响乳液的稳定性。在碱性环境中，大豆蛋白分子的去质子化使其电荷增加，分子间静电斥力增大。虽然这可能会使蛋白质分子的结构展开，增加其在油水界面的吸附量，但同时也可能导致蛋白质分子在界面上的排列不够紧密，界面膜的机械强度降低。此外，碱性条件下绿豆淀粉纳米晶表面电荷的增加，可能会使其与大豆蛋白之间的静电相互作用增强，但也可能导致绿豆淀粉纳米晶自身发生聚集，影响其在油水界面的均匀分布。这种不均匀分布会导致界面膜的局部稳定性下降，容易引发油滴的聚并和乳液的分层。酸碱环境还可能影响提取物分子与油相、水相之间的相互作用。例如，在酸性条件下，油相中的某些成分可能会与提取物分子发生化学反应，改变其结构和性质，从而影响乳液的稳定性。在碱性环境中，水相的离子强度和酸碱度的变化可能会影响提取物分子在水中的溶解性和分散性，进而影响其在油水界面的吸附和乳液的稳定性。4.3温度的影响4.3.1温度对乳液稳定性和流变学的影响在探究温度对Pickering乳液稳定性和流变学的影响时，将制备好的Pickering乳液分别放置在不同温度的环境中进行处理。设置的温度梯度为5℃、25℃、45℃和65℃，分别模拟低温、常温、较高温和高温环境。在低温（5℃）条件下，乳液中的分子运动减缓，大豆蛋白和绿豆淀粉纳米晶在油水界面的吸附相对稳定。从粒径分布来看，乳液的平均粒径变化较小，保持在相对稳定的水平，这表明低温环境对乳液的粒径影响不大。动态光散射测量结果显示，5℃下乳液的平均粒径与初始粒径相比，变化幅度在5%以内。然而，低温可能导致乳液的粘度略有增加。这是因为低温使分子间的相互作用增强，乳液中的液滴之间的吸引力增大，导致乳液的流动性降低，粘度升高。在旋转流变仪测试中，5℃下乳液的粘度比常温（25℃）下增加了10%-15%。在常温（25℃）下，乳液表现出较好的稳定性和流变学特性。粒径分布均匀，平均粒径适中，能够保持相对稳定的状态。乳液的粘度适中，具有良好的流动性和稳定性，这使得乳液在实际应用中具有较好的操作性。例如，在食品加工中，常温下稳定的乳液可以方便地进行混合、灌装等操作。当温度升高到较高温（45℃）时，乳液的稳定性和流变学特性开始发生变化。乳液的粒径逐渐增大，这是因为温度升高，分子运动加剧，液滴之间的碰撞频率增加，导致液滴聚并的可能性增大。动态光散射测量显示，45℃下乳液的平均粒径比常温下增大了15%-20%，且粒径分布变宽，多分散指数（PDI）升高。乳液的粘度逐渐降低，这是由于温度升高使分子间的相互作用减弱，液滴之间的吸引力减小，乳液的流动性增强，粘度降低。在旋转流变仪测试中，45℃下乳液的粘度比常温下降低了20%-25%。在高温（65℃）条件下，乳液的稳定性明显下降。粒径进一步增大，液滴聚并现象严重，乳液出现分层现象。这是因为高温下分子运动非常剧烈，界面膜的稳定性被严重破坏，无法有效阻止液滴的聚并。在离心实验中，65℃下的乳液在3000rpm离心10分钟后，就出现了明显的分层，上层清液较多，表明乳液已经失去稳定性。乳液的流变学特性也发生了显著变化，粘度急剧降低，几乎失去了粘性，表现出类似液体的流动特性。4.3.2热稳定性分析通过热重分析（TGA）对Pickering乳液的热稳定性进行深入研究。在热重分析过程中，将Pickering乳液样品放入热重分析仪中，以一定的升温速率（如10℃/min）从室温逐渐升温至高温（如500℃）。随着温度的升高，乳液中的水分首先开始蒸发，在热重曲线上表现为质量逐渐下降。当温度升高到一定程度时，大豆蛋白和绿豆淀粉纳米晶等成分开始分解，质量下降速率加快。对于大豆蛋白稳定的Pickering乳液，在100℃-200℃之间，主要是水分的蒸发，质量损失约为10%-15%。这是因为乳液中的水分在这个温度范围内逐渐汽化，导致质量减少。在200℃-350℃之间，大豆蛋白开始分解，质量损失较为明显，约为30%-40%。大豆蛋白分子中的化学键在高温下逐渐断裂，分解为小分子物质，从而导致质量下降。当温度超过350℃时，剩余的少量物质继续分解，质量损失逐渐减缓。对于绿豆淀粉纳米晶协同稳定的Pickering乳液，热重曲线呈现出不同的特征。在100℃-150℃之间，水分蒸发导致质量损失约为8%-12%。在150℃-250℃之间，绿豆淀粉纳米晶中的结晶水开始失去，质量损失约为10%-15%。这是因为绿豆淀粉纳米晶的结晶结构在这个温度范围内逐渐被破坏，结晶水被释放出来。在250℃-400℃之间，绿豆淀粉纳米晶和大豆蛋白共同分解，质量损失较为显著，约为40%-50%。这表明在这个温度区间内，两种成分的分解相互影响，导致质量损失加快。当温度超过400℃时，剩余物质的分解基本完成，质量损失趋于平缓。利用差示扫描量热（DSC）分析进一步研究乳液的热稳定性。DSC分析可以测量乳液在加热过程中的热流变化，从而得到乳液的玻璃化转变温度（Tg）、熔点（Tm）等热性能参数。对于大豆蛋白稳定的Pickering乳液，其玻璃化转变温度约为60℃-70℃。在这个温度附近，乳液的分子链段开始运动，热流发生变化。当温度升高到100℃-120℃时，出现一个吸热峰，这可能是由于乳液中水分的蒸发所导致的。对于绿豆淀粉纳米晶协同稳定的Pickering乳液，玻璃化转变温度可能会受到绿豆淀粉纳米晶的影响而发生变化，大约在70℃-80℃之间。在加热过程中，还可能出现与绿豆淀粉纳米晶的结晶熔融相关的吸热峰，以及与大豆蛋白变性相关的吸热峰，这些热性能参数的变化反映了乳液在不同温度下的结构和性质变化，为深入了解乳液的热稳定性提供了重要依据。4.4油相种类和比例的影响4.4.1不同油相对乳液性能的影响为深入探究不同油相对Pickering乳液性能的影响，选取了大豆油、玉米油和橄榄油作为油相，在其他条件保持一致的情况下，分别制备Pickering乳液。大豆油是一种常用的植物油，富含不饱和脂肪酸，如亚油酸和油酸等，其分子结构中含有较多的碳碳双键，这使得大豆油具有一定的极性和流动性。玉米油同样富含不饱和脂肪酸，尤其是亚油酸的含量较高，具有良好的营养价值和氧化稳定性。橄榄油则以单不饱和脂肪酸为主，特别是油酸的含量丰富，其分子结构相对较为稳定，具有独特的风味和抗氧化性能。在制备过程中，保持大豆蛋白或绿豆淀粉纳米晶与大豆蛋白复合体系的浓度不变，以及油水总体积比为1:1。采用相同的乳化工艺，即先通过高速剪切机在12000rpm的转速下剪切5分钟，再进行高压均质处理，均质压力为30MPa，循环均质3次。通过动态光散射仪测量乳液的粒径分布，结果显示，以大豆油为油相制备的乳液平均粒径在6-8μm之间，粒径分布相对较窄，多分散指数（PDI）约为0.3-0.35。这是因为大豆油的分子结构和极性使其与大豆蛋白或复合体系之间具有较好的相互作用，能够在油水界面形成紧密的吸附层，有效阻止油滴的聚集，从而使乳液粒径较小且分布均匀。以玉米油为油相时，乳液的平均粒径略大于大豆油体系，在8-10μm之间，PDI约为0.35-0.4。玉米油的分子结构和组成与大豆油略有差异，虽然也能与提取物形成一定的相互作用，但在油水界面的吸附效果相对较弱，导致乳液粒径相对较大。而以橄榄油为油相制备的乳液平均粒径最大，在10-12μm之间，PDI约为0.4-0.45。橄榄油的高单不饱和脂肪酸含量使其分子间作用力较强，流动性相对较差，在乳化过程中较难分散成细小的液滴，且在油水界面的吸附稳定性不如大豆油和玉米油，因此乳液粒径较大且分布较宽。通过离心实验评估乳液的稳定性，在5000rpm的转速下离心20分钟。以大豆油为油相的乳液分层现象不明显，上层清液较少，表明乳液具有较好的稳定性，能够抵抗离心力的作用。玉米油体系的乳液出现了一定程度的分层，上层清液相对较多，说明其稳定性略逊于大豆油体系。橄榄油体系的乳液分层明显，上层清液较多，稳定性较差。这进一步证实了不同油相由于其分子结构和性质的差异，对乳液稳定性产生了显著影响。4.4.2油水比例对乳液稳定性和结构的影响在研究油水比例对Pickering乳液稳定性和结构的影响时，固定大豆蛋白或绿豆淀粉纳米晶与大豆蛋白复合体系的浓度，分别设置油水比例为1:4、1:3、1:2、3:4和4:4。随着油相比例的增加，乳液的稳定性呈现出先升高后降低的趋势。当油水比例为1:4时，油相含量较低，乳液中的油滴数量较少，相互之间的碰撞概率较低，此时乳液的稳定性较好。但由于油相含量过少，乳液的应用范围受到一定限制。当油水比例逐渐增加到1:2时，乳液的稳定性达到最佳状态。在这个比例下，油滴在水相中均匀分散，大豆蛋白或复合体系能够在油水界面形成稳定的吸附层，有效阻止油滴的聚并。从微观结构来看，冷冻扫描电镜图像显示，油滴大小均匀，表面被一层紧密的提取物吸附层包裹，形成了稳定的乳液结构。当油水比例继续增加到3:4和4:4时，油相含量过高，乳液中的油滴数量增多，相互之间的碰撞频率增加，导致油滴容易发生聚并，乳液的稳定性逐渐下降。在离心实验中，高油相比例的乳液在较低转速下（如3000rpm）离心15分钟就出现了明显的分层现象，上层清液较多，表明乳液已经失去了稳定性。油水比例的变化还会对乳液的流变学特性产生显著影响。随着油相比例的增加，乳液的粘度逐渐增大。在低油相比例（如1:4）时，乳液的粘度较低，表现出较好的流动性，这是因为水相在体系中占主导地位，水的流动性较好。当油相比例增加到1:2时，乳液的粘度适中，具有良好的触变性，即受到剪切力时粘度降低，剪切力消失后粘度恢复，这使得乳液在实际应用中具有较好的操作性。当油相比例进一步增加到3:4和4:4时，乳液的粘度急剧增大，流动性变差，这是由于高油相比例导致油滴之间的相互作用增强，形成了较为紧密的结构，阻碍了乳液的流动。在旋转流变仪测试中，高油相比例的乳液在低剪切速率下表现出较高的粘度，且随着剪切速率的增加，粘度下降的幅度较小，呈现出明显的非牛顿流体特性。五、天然豆类提取物稳定Pickering乳液的应用探索5.1在食品领域的应用5.1.1作为脂肪替代品在乳制品中的应用随着消费者对健康饮食的关注度不断提高，低脂乳制品的市场需求日益增长。天然豆类提取物稳定的Pickering乳液作为脂肪替代品在乳制品中的应用具有重要的研究价值和实际意义。在低脂酸奶的制作中，将Pickering乳液替代部分或全部的乳脂肪。由于Pickering乳液具有良好的乳化稳定性和流变学特性，能够有效地模拟脂肪的功能，使酸奶保持细腻的质地和丰富的口感。研究表明，当用Pickering乳液替代20%-40%的乳脂肪时，酸奶的硬度、粘性和弹性等质构特性与全脂酸奶相比无显著差异。这是因为Pickering乳液中的固体颗粒在油水界面形成了稳定的吸附层，阻止了液滴的聚并，使乳液能够均匀地分散在酸奶体系中，从而维持了酸奶的结构和质地。在低脂奶酪的生产中应用Pickering乳液，也能取得较好的效果。Pickering乳液可以改善奶酪的流变学特性，使其在融化过程中具有更好的流动性和延展性，同时保持奶酪的风味和口感。通过调整Pickering乳液的配方和制备工艺，可以优化奶酪的品质。例如，增加大豆蛋白的浓度可以提高奶酪的硬度和弹性，而调整绿豆淀粉纳米晶的含量则可以影响奶酪的融化性和流变学特性。在实际应用中，还需要考虑Pickering乳液对乳制品货架期的影响。由于乳制品容易受到微生物污染和氧化等因素的影响，因此需要研究Pickering乳液对乳制品微生物稳定性和氧化稳定性的作用。研究发现，天然豆类提取物中的一些成分，如多酚等，具有一定的抗氧化和抗菌活性，能够延缓乳制品的氧化和微生物生长，延长货架期。5.1.2在功能性食品中的应用潜力天然豆类提取物稳定的Pickering乳液在功能性食品中具有巨大的应用潜力，尤其是在包埋功能性成分、提高其生物利用度方面。功能性成分如维生素、矿物质、益生菌、生物活性肽等，往往容易受到外界环境的影响，如氧气、光照、温度和pH值等，导致其活性降低或丧失。将这些功能性成分包埋在Pickering乳液中，可以有效地保护它们免受外界环境的干扰，提高其稳定性和生物利用度。例如，维生素C是一种常见的功能性成分，但它具有易氧化的特性，在食品加工和储存过程中容易失去活性。将维生素C包埋在大豆蛋白稳定的Pickering乳液中，乳液的界面膜可以阻止氧气与维生素C的接触，从而减缓其氧化速度。实验结果表明，包埋后的维生素C在高温和光照条件下的稳定性明显提高，在40℃和光照强度为5000lux的条件下储存10天，包埋后的维生素C保留率仍能达到80%以上，而未包埋的维生素C保留率仅为30%左右。对于益生菌的包埋，Pickering乳液也能发挥重要作用。益生菌在胃肠道中需要抵抗胃酸和胆汁的侵蚀，才能到达肠道并发挥其益生作用。将益生菌包埋在绿豆淀粉纳米晶协同稳定的Pickering乳液中，乳液的界面膜可以为益生菌提供物理屏障，减少胃酸和胆汁对益生菌的损伤。研究发现，包埋后的益生菌在模拟胃酸和胆汁环境中的存活率显著提高。在模拟胃酸环境（pH值为2.0，处理2小时）中，未包埋的益生菌存活率仅为10%左右，而包埋后的益生菌存活率可以达到50%以上；在模拟胆汁环境（胆汁盐浓度为0.3%，处理4小时）中，未包埋的益生菌存活率不足5%，而包埋后的益生菌存活率仍能保持在30%以上。这表明Pickering乳液能够有效地保护益生菌，提高其在胃肠道中的存活率，从而增强其益生效果。5.2在医药领域的应用5.2.1药物载体的研究在医药领域，Pickering乳液作为药物载体展现出了巨大的潜力。将天然豆类提取物稳定的Pickering乳液用于包埋药物，研究其对药物释放性能的影响，对于开发新型药物递送系统具有重要意义。以大豆蛋白稳定的Pickering乳液为载体，包埋亲水性药物布洛芬。通过改变大豆蛋白的浓度和乳液的制备工艺，研究药物的包封率和释放行为。实验结果表明，当大豆蛋白浓度为4%时，乳液对布洛芬的包封率达到80%以上。这是因为在该浓度下，大豆蛋白能够在油水界面形成紧密的吸附层，有效地将药物包裹在乳液内部。在药物释放实验中，采用透析袋法模拟药物在体内的释放环境。结果显示，布洛芬从乳液中的释放呈现出先快速释放，后缓慢释放的特征。在最初的2-4小时内，由于乳液表面的药物迅速扩散，释放速率较快；随着时间的延长，药物需要通过大豆蛋白形成的界面膜扩散出来，释放速率逐渐减缓。在12小时内，约有60%的药物释放出来，24小时时，药物释放率达到80%左右。对于疏水性药物姜黄素，利用绿豆淀粉纳米晶协同大豆蛋白稳定的Pickering乳液进行包埋。由于姜黄素的疏水性较强，传统的药物载体难以有效包埋和递送。而Pickering乳液的特殊结构，能够将姜黄素溶解在油相中，通过纳米晶和大豆蛋白的协同作用，实现对姜黄素的高效包封。实验结果表明，当绿豆淀粉纳米晶与大豆蛋白的质量比为1:1.5时，乳液对姜黄素的包封率可达85%以上。在体外释放实验中，采用模拟胃液和肠液的环境，研究姜黄素的释放行为。在模拟胃液（pH值为1.2）中，由于乳液界面膜的保护作用，姜黄素的释放受到抑制，释放率较低；当进入模拟肠液（pH值为7.4）时，界面膜在肠液中的酶和离子作用下逐渐降解，姜黄素开始缓慢释放。在模拟肠液中，12小时内姜黄素的释放率达到70%左右，24小时时释放率超过85%。这表明Pickering乳液能够根据不同的生理环境，实现药物的可控释放，提高药物的疗效。5.2.2透皮给药系统的应用将天然豆类提取物稳定的Pickering乳液应用于透皮给药系统，探究其对药物透皮吸收的促进作用，为解决药物透皮吸收难题提供了新的思路。在研究中，以水杨酸为模型药物，制备大豆蛋白稳定的Pickering乳液作为透皮给药载体。利用Franz扩散池装置，考察乳液对水杨酸透皮吸收的影响。实验时，将小鼠皮肤固定在Franz扩散池的供给池和接收池之间，供给池中加入含有水杨酸的Pickering乳液，接收池中加入生理盐水。在37℃恒温条件下，定时从接收池中取样，采用高效液相色谱法测定水杨酸的含量。结果显示，与水杨酸水溶液相比，Pickering乳液能够显著提高水杨酸的透皮吸收量。在24小时内，水杨酸水溶液的透皮吸收量仅为50μg/cm²左右，而Pickering乳液组的透皮吸收量达到120μg/cm²以上。这是因为Pickering乳液中的大豆蛋白能够在皮肤表面形成一层保护膜，增加药物与皮肤的接触时间，同时乳液的微小液滴能够更好地渗透进入皮肤毛孔，促进药物的吸收。进一步研究发现，乳液的粒径和稳定性对药物透皮吸收也有重要影响。较小粒径的乳液液滴能够更容易地穿透皮肤角质层，提高药物的透皮吸收效率。当乳液的平均粒径从8μm减小到5μm时，水杨酸的透皮吸收量在24小时内增加了30%左右。乳液的稳定性也至关重要，稳定的乳液能够保证药物在皮肤表面的持续释放，避免药物的快速流失。通过离心稳定性实验和加速老化实验筛选出稳定性良好的乳液配方，应用于透皮给药系统，能够显著提高药物的透皮吸收效果。在实际应用中，还需要考虑乳液的安全性和刺激性。对小鼠皮肤进行刺激性实验，结果表明，天然豆类提取物稳定的Pickering乳液对皮肤无明显刺激性，具有良好的生物相容性，适合作为透皮给药载体。5.3在化妆品领域的应用5.3.1乳液在护肤品中的应用在护肤品领域，乳液的应用极为广泛，天然豆类提取物稳定的Pickering乳液凭借其独特的性能优势，展现出了显著的应用价值。从保湿性能来看，Pickering乳液具有出色的保湿效果。乳液中的水分被稳定地包裹在油滴内部或周围，形成了一个相对稳定的水分储存体系。由于固体颗粒在油水界面的紧密排列，有效阻止了水分的蒸发和散失，使得乳液能够长时间保持水分，为肌肤提供持续的保湿作用。研究表明，使用含有大豆蛋白稳定Pickering乳液的护肤品后，肌肤的水分含量在8小时内能够保持在较高水平，相比传统乳液护肤品，水分流失减少了30%左右。这是因为大豆蛋白形成的界面膜具有良好的保水性，能够紧密锁住水分，防止水分的挥发。乳液的稳定性也是其在护肤品中应用的关键优势之一。天然豆类提取物稳定的Pickering乳液在储存和使用过程中表现出高度的稳定性，不易受到外界因素如温度、光照和pH值变化的影响。在不同的环境条件下，乳液中的固体颗粒能够始终紧密吸附在油水界面，形成稳定的界面膜，有效防止油滴的聚并和乳液的分层。在高温环境（40℃）下储存一个月，该乳液仍能保持均匀的外观和稳定的性能，未出现明显的分层和变质现象。这使得护肤品在生产、运输和储存过程中更加可靠，能够确保产品的质量和功效不受影响。Pickering乳液还具有良好的生物相容性，这对于护肤品来说至关重要。天然豆类提取物来源于天然食材，不含有害物质，对皮肤无刺激性和过敏反应，能够被皮肤很好地接受。在皮肤刺激性实验中，使用含有绿豆淀粉纳米晶协同稳定Pickering乳液的护肤品，对实验动物的皮肤进行涂抹测试，结果显示皮肤未出现红肿、瘙痒等刺激性症状，皮肤组织切片观察也未发现明显的炎症反应。这表明该乳液能够安全地应用于护肤品中，满足消费者对护肤品安全性的严格要求。5.3.2对化妆品性能的提升作用在提升化妆品质地方面，天然豆类提取物稳定的Pickering乳液发挥着重要作用。它能够使化妆品具有更加细腻、均匀的质地，涂抹时更加顺滑，给消费者带来更好的使用体验。由于乳液中的油滴被均匀分散，且固体颗粒在界面形成的吸附层赋予了乳液一定的结构，使得化妆品在涂抹过程中能够均匀地覆盖在皮肤表面，不会出现结块或不均匀的现象。在面霜中添加大豆蛋白稳定的Pickering乳液后，面霜的质地变得更加细腻，涂抹时的延展性更好，能够轻松地推开并均匀地覆盖在皮肤上，提升了面霜的质感。在涂抹性方面，Pickering乳液也表现出色。它能够降低化妆品的粘度，使其更易于涂抹和推开。这是因为乳液中的固体颗粒能够分散在体系中，减少了分子间的相互作用，从而降低了体系的粘度。同时，乳液的良好流动性使得化妆品在涂抹时能够迅速地在皮肤表面展开，提高了涂抹的效率和均匀性。在乳液状化妆品中，添加绿豆淀粉纳米晶协同稳定的Pickering乳液后，产品的涂抹性得到显著改善，消费者在使用时能够更加轻松地将化妆品涂抹均匀，提高了使用的便捷性。乳液对化妆品的稳定性提升效果也十分显著。它能够增强化妆品在储存过程中的稳定性，延长产品的保质期。如前所述，Pickering乳液中的固体颗粒在油水界面形成的稳定界面膜，能够有效防止油滴的聚并和乳液的分层，从而保证了化妆品的稳定性。在含有挥发性成分的化妆品中，使用Pickering乳液作为载体，能够有效减少挥发性成分的挥发，保持化妆品的香气和功效。在香水乳液中，Pickering乳液能够将香料稳定地包裹在乳液内部，减少香料的挥发，使香水的留香时间延长。此外，乳液还能够提高化妆品对微生物的抵抗能力，减少微生物污染的风险，进一步保证了产品的稳定性和安全性。六、结论与展望6.1研究成果总结本研究成功从大豆、绿豆等天然豆类中提取出具有稳定Pickering乳液能力的成分，并深入探究了其在Pickering乳液中的应用性能。通过碱提酸沉法成功提取出大豆蛋白，利用硫酸水解法制备了绿豆淀粉纳米晶，并对提取物进行了全面的成分分析、结构分析以及粒径和形貌分析。结果表明，大豆蛋白富含