《食品科学》：朱秀清教授、王颖教授：植物蛋白-纤维素稳定乳液制备、性质及应用研究进展

乳液是通过乳化过程形成，由两种无法相互混溶的液体构成的混合物，由于重力分离、絮凝、聚结、奥斯特瓦尔德熟化以及相分离等物理化学作用的影响，传统乳液从热力学角度来看，普遍呈现出不稳定状态。为提升乳液稳定性，通常会向乳液内加入各种稳定剂，如蛋白质、多糖和多酚等（图1）。相比于合成表面活性剂，天然来源的生物聚合物具有可再生、可持续、低毒性和高生物利用度等优势。

植物蛋白作为一种天然的两亲性大分子，具有界面活性和胶体稳定特性，能够形成并稳定细小的液滴，借助静电和空间位阻效应，一方面有效阻止液滴聚集和聚结，另一方面可以吸附在油水界面上，使界面张力降低，形成致密界面膜结构，使乳液体系的稳定性提升。

纤维素，作为多糖类生物聚合物里最为丰富的一种，既广泛地存在于自然界，又能借助微生物合成途径获取，经酸水解、机械研磨或微生物途径改性，可以制备不同形状和大小的纤维素，如纳米纤维素和各种纤维素衍生物。

哈尔滨商业大学食品工程学院的朱秀清、宣希寰、黑龙江八一农垦大学食品学院的王颖*等结合国内外最新研究，以植物蛋白和纤维素的相互作用为切入点，对植物蛋白-纤维素稳定乳液的原料和制备、复合乳液的结构性质及其影响因素，以及蛋白质-纤维素稳定乳液的应用现状进行综述，以期为设计和开发高性能的蛋白-纤维素稳定乳液提供参考。

1 植物蛋白-纤维素稳定乳液的制备

1.1

原料

1.1.1 植物蛋白

植物蛋白通常来源于谷物、豆类、坚果和油籽等，谷物是植物蛋白丰富且相对便宜的来源。花生分离蛋白（PPI）是制备蛋白-纤维素乳液的常用原料，主要包含花生球蛋白和伴球蛋白。但单独使用PPI形成的乳液，因其较大的液滴尺寸，很难在实际生产中满足稳定性需求。大豆分离蛋白（SPI）是大豆蛋白产品中含量最丰富的蛋白质，据其沉降系数分为2S、7S、11S和15S，SPI由亲水和疏水基团组成，在水油界面分散时可以降低界面张力，然而天然SPI在加工期间会发生部分变性，导致溶解性和乳化性较差。相比于SPI，豌豆分离蛋白（PPIs）较低的半胱氨酸含量和表面电荷数量以及较高疏水表面结构使其在中性水溶液中表现出非常低的稳定性，溶解度差，凝胶性能更弱。鹰嘴豆是世界第三大豆科作物，从中提取的鹰嘴豆分离蛋白（CPI）具有显著的持水性、持油性和凝胶特性，由CPI稳定的乳液通常表现出较差的弹性和松散的结构。另外，玉米种子中玉米醇溶蛋白（Zein）是主要的储存蛋白，有一定的两亲性，同时具备生物降解性、良好成膜性以及黏附性等特性。然而，由于其表面亲水性和疏水性不平衡，单独玉米醇溶蛋白形成的乳液结构简单，稳定性较差。综上所述，表1列举了常用于乳液稳定剂的植物蛋白来源、优缺点及应用。

1.1.2 纤维素

纤维素是一种丰富的、可生物降解且可再生的生物聚合物，可从植物、植物性生物质以及细菌等来源中提取。不同类型纤维素或其衍生物具有独特的结构和性能，导致其对乳液的作用机制和效果也有所差异。纳米纤维素包含纤维素纳米纤维（CNF）、纤维素纳米晶（CNC）和细菌纤维素（BC）等多种类型，它是将纤维素经过机械、生物、化学或多种方法协同处理后得到的纤维状物质，其直径小于100 nm，长度处于几十纳米至微米之间。CNF是一种长半柔性纤维，通常通过机械方法生产。CNF因其高长径比和优异的网络形成能力，可显著增强乳液的结构稳定性和流变特性。CNC是一种通过酸水解或氧化分离的短棒状纤维素晶体。由于表面高负电荷，更有利于形成稳定的电荷屏蔽效应，在界面稳定方面具有独特优势。BC是一种比CNF更长的带状纳米原纤维，可以由不同的细菌通过生物技术合成；由于纳米原纤维网络的空间位阻，配合物通过自组装静电吸引表现出纤维网状结构，减少由于网络和桥接造成的液滴聚结。

而纤维素衍生物，指的是纤维素里的羟基与化学试剂进行酯化或醚化反应所生成的产物。通常，纤维素可以用主链游离羟基处的官能团进行修饰。分别用甲基、羧甲基和羟丙基甲基取代表面上的羟基可合成甲基纤维素（MC）、羧甲基纤维素（cCMC）和羟丙基甲基纤维素（HPMC）。如CMC带负电荷的性质和增稠作用有利于与蛋白质静电络合形成厚密层；HPMC和MC因存在相对疏水的羟丙基和甲基而具有降低界面张力和稳定乳液的能力。此外，微晶纤维素（MCC）是一种直径为几微米或几十微米的部分酸水解结晶纤维素，是食品中最常用的纤维素之一；再生纤维素（RC）可通过特定途径获取，即把纤维素溶解于如磷酸、离子溶液等特定溶剂当中，然后在反溶剂（如乙醇和水）的作用下沉淀再生。

1.2

相互作用

植物蛋白和纤维素通过相互作用形成复合物。该复合物通过蛋白质的疏水区域锚定到油水界面，纤维素则提供静电相互作用和空间位点阻断效应，以此增强乳液的空间稳定性。纤维素和植物蛋白的相互作用主要有两种：共价结合作用和非共价结合作用。

1.2.1 共价结合

共价结合作用指的是分子间通过共享电子对形成稳定的化学键。这种结合方式包括美拉德反应、酶促交联、化学修饰以及自由基交联等不同形式。基于美拉德反应的技术是较为常用的一种共价合成蛋白-纤维素复合物的方法，指的是糖分子和蛋白质分子在一定条件下，通过羰氨缩合作用，可以形成稳定的糖基化产物。如CMC和酪蛋白通过电合形成共价键稳定的CMC-酪蛋白复合物；CMC与SPI共混之后，经美拉德反应形成CMC/SPI共轭物。相比于美拉德反应，酶促交联反应具有高生物相容性、低毒性和高催化效率，因而成为蛋白质糖基化改性的研究热点。如Cai Xianqun等借助转谷氨酰胺酶催化交联CMC与胶原蛋白实现了具备优异生物相容性和生物降解性的复合膜的制备。然而目前尚无研究报道纤维素和植物蛋白通过酶促交联等方式形成复合物用于改善乳液的性质。

1.2.2 非共价结合

非共价结合作用主要包括氢键、静电相互作用、疏水相互作用和空间排斥效应等，这些作用力在适当条件下会促进形成凝聚物或可溶性复合物。蛋白质-纤维素聚集体可以以单相或两相系统的形式存在，当蛋白质和纤维素彼此静电吸引时相互缔合形成大分子复合凝聚物质或沉淀（缔合相分离），当两者彼此静电排斥时，则分别形成均匀分布的纤维素富集相和蛋白富集相（离散相分离）。

基于非共价作用力稳定蛋白质-纤维素复合乳液的方法主要包括“逐层法”和“混合法”。“逐层法”是指先制备蛋白乳液，再添加纤维素，形成双层膜包覆在液滴表面，从而保持其稳定性。如Shahbazi等首先制备大豆蛋白稳定的Pickering乳液，然后将改性的MCC掺加至乳液体系中，从而形成具有黏弹性和触变性的基于大豆的乳液凝胶。同样，将玉米醇溶蛋白胶体颗粒和棒状亲水性CNC逐步添加至乳液中，两者因静电吸引互相络合，通过形成颗粒-颗粒复合物界面，从而增强Pickering乳液的稳定性。但“逐层法”也存在一定的缺陷，在碳水化合物添加量处于较低水平的情况下，液滴的碰撞速率会高于碳水化合物与液滴表面蛋白质膜的形成速率，这种速率差致使液滴出现絮凝现象。与“逐层法”相比，“混合法”因操作简便、成本低、乳液稳定性高、适用性广泛且处理时间短等优点得到广泛关注。“混合法”是通过将预先制备的蛋白质-纤维素复合物添加至液滴中并进行均质化，从而实现乳液的稳定。

目前基于非共价作用制备植物蛋白-纤维素复合物的方法主要包括pH值驱动的共组装技术和抗溶剂沉淀组装法。pH值驱动的共组装技术指的是通过将pH值调节为酸或碱性改变蛋白质表面电荷，促进蛋白质和多糖的静电络合，形成蛋白多糖复合物。Lian Ziteng等利用pH值驱动的共组装技术成功制备SPI-CMC纳米复合物。具体来说，将SPI水溶液和不同浓度的CMC混合后，调节pH值，待pH值为7时分离上清液，最后冻干获得“链珠状”SPI-CMC纳米复合物。除此之外，扁豆分离蛋白和CMC、SPI和CMC、RPs和CMC等均由pH值驱动法相互作用形成植物蛋白-纤维素复合物。抗溶剂沉淀组装法指的是将蛋白质溶解在乙醇水溶液中，然后将其注入含有纤维素的水溶液中，经旋转蒸发挥发去除多余的乙醇和水分后得到蛋白纤维素复合颗粒。如Shen Rui等将细菌纤维素纳米纤维（BCNs）水溶液以2.5∶1的体积比加入SPI溶液中，通过高速剪切混合器搅拌4 min（6 000 r/min），经旋转蒸发获得2% BCNs/SPI胶体颗粒。除了固体复合物，也有一些研究选择直接制备可溶性蛋白-纤维素复合物溶液，以此为水相与油相混合制备复合乳液。例如，Sun Fuwei等将SPI水溶液和CMC水溶液按不同比例混合，通过调节pH值实现SPI/CMC的静电络合，然后将生成的SPI/CMC溶液与油混合成功制备高内相Pickering乳液（HIPPEs）。Lin Jieqiong等按照质量比30∶1混合CPI水溶液和CNF水溶液，水合过夜后得到CPI-CNF复合物水溶液，复合水溶液稀释后与葵花籽油以9∶1的体积比混合，成功制备稳定的CPI-CNF乳液凝胶。

1.3

植物蛋白-纤维素Pickering乳液与植物蛋白-纤维素乳液的稳定机制区别

基于植物蛋白-纤维素形成的传统乳液通常通过植物蛋白作为两亲性分子在油水界面定向排列形成界面膜并降低界面张力，同时纤维素通过增加连续相黏度稳定乳液。然而界面膜在极端条件下易受影响，可能被破坏，导致乳液发生相分离。而基于植物蛋白-纤维素形成的Pickering乳液依靠固体颗粒在油水界面的吸附作用实现稳定，植物蛋白和纤维素固体颗粒存在相互作用，能够自发地吸附在油水界面，形成更紧密堆积的颗粒层。与传统乳液相比，Pickering乳液的颗粒界面膜具有更高的机械强度和稳定性，能够有效抵抗外界环境变化的影响，并且展现出独特的结构特征。Gao Yin等研究发现，传统乳液主要依靠表面活性剂降低界面张力实现稳定，而Pickering乳液通过固体颗粒完全吸附于液-液界面，形成刚性保护壳；低油相Pickering乳液（5%～20%）呈现出油滴嵌入交联聚合物网络结构的特点，而高油相Pickering乳液（40%～75%）则形成了由絮凝油滴构成的网络结构。Liu Zhe等研究表明，BCNs和SPI通过静电相互作用、空间位阻等作用，在界面形成高能垒，显著提高Pickering乳液的热力学和动力学稳定性。Zhang Fengrui等研究进一步证实，这种稳定机制不仅抑制了液滴的聚并和破乳，还赋予了乳液更优异的长期稳定性和抗破乳能力。

2 植物蛋白-纤维素稳定乳液的性质及其影响因素

2.1

植物蛋白-纤维素稳定乳液的性质

由于纤维素具有较高的亲水性，未经疏水改性的纤维素其表面活性通常弱于蛋白质，主要通过影响连续水相的界面结构，以及增稠和胶凝作用稳定蛋白质乳液。纤维素能够为乳液构建具有高机械强度的网络结构，同时增加油滴周围界面层的厚度，实现乳液的长期物理稳定性的提升。例如，CNF和CPI形成的稳定乳液中，CNF促使CPI的二级结构从α-螺旋向β-折叠转变，使CPI乳液结构变得更加均匀致密。另一项研究同样发现CNF的加入降低了PPI乳液中α-螺旋含量，增强了CNF和PPI之间的氢键、二硫键、静电相互作用和疏水相互作用等。进一步研究发现加入CNF之后，PPI乳液的结构更加均匀和致密，形成了丝状蛋白质网络。

另一方面，纤维素通过增加界面张力和接触角，形成更细小均匀的乳液滴，增强乳液黏度，进而提高植物蛋白的乳化性能。Martins等发现BC和SPI形成的稳定乳液在添加0.1% BC的条件下乳化性能比纯蛋白乳液对照组提高1.5 倍。CNF的高纵横比形态促使纤维素分子内及分子间发生纠缠，再结合水合作用和静电相互作用，有助于在低CNF浓度下与蛋白质形成乳液及乳液凝胶，纤维素在蛋白质乳液中形成的静电复合层也有助于提升乳液的稳定性。

此外，纤维素和植物蛋白的相互作用也有助于提升乳液的流变特性、热稳定性、凝胶特性、消化特性等。林洁琼利用柑橘皮来源的CNF成功构建了豆类蛋白-CNF稳定乳液。进一步分析发现，与单独的豆类蛋白相比，CNF可通过静电相互作用和氢键改善豆类蛋白质的界面特性，通过促进3 种豆类蛋白（PPIs、CPI和SPI）乳液凝胶结构的转变，从粗糙多孔到均匀致密，显著改善了乳液凝胶的流变特性、凝胶特性、热稳定性和消化特性。另外，Zhong Mingming等发现，添加HPMC可以提高大豆亲脂蛋白（LP）乳液在酸性条件下的稳定性。LP-HPMC复合物的结合受到氢键、疏水相互作用和二硫键的影响，并且在pH 3时静电相互作用起显著作用，通过调整油水界面上的分子排列，可以提高乳液的酸稳定性。依据上述原理，将植物蛋白-纤维素形成高酸性稳定性乳液的机制图总结为图2。

2.2

植物蛋白-纤维素稳定乳液性质的影响因素

相比于单独的植物蛋白乳液，植物蛋白-纤维素稳定乳液表现出更均匀致密的乳液结构和更加稳定的乳液特性。即便如此，植物蛋白与纤维素的结合主要依赖于静电相互作用、疏水相互作用以及氢键这些非共价相互作用，但是这些作用力缺乏特异性，且稳定性欠佳，极易受pH值、离子强度、温度等环境因素的干扰。同时，不同配比的蛋白/纤维素乳液也表现出不尽相同的微观结构和乳液性质。深入了解这些因素对植物-蛋白纤维素乳液结构和特性的调节机制有助于进一步优化乳液制备流程，开发出具有更好性能和更广泛应用的乳液产品。

2.2.1 PH值

pH值变化会影响蛋白质的电荷状态，使蛋白质分子基团暴露或折叠并发生膨胀或收缩，这些变化会影响蛋白质与纤维素之间的相互作用。已有研究表明，不同pH值条件下，蛋白质与纤维素之间的相互作用的变化导致乳液表现出不一样的结构特性。Zhang Fengrui等用BCNs与SPI混合制备BCNs/SPI混合颗粒后形成乳液，发现pH值通过诱导SPI分子结构的变化影响了BCNs/SPI的自组装行为。在pH值为5时（接近SPI的等电点），SPI的表面电荷减少，减弱分子间排斥力，疏水基团暴露在外，使得BCNs形成不规则互连的3D纤维结构，并覆盖在SPI表面。然而在pH值为1、3、7、9时（远离SPI等电点），SPI分子静电排斥力增强，其带电极性基团的侧链和亚基逐渐展开，亲水基团暴露在外，覆盖到BCNs的表面形成BCNs/SPI层状结构。进一步研究发现，在pH值为1～5时BCNs/SPI的形成主要由静电相互作用驱动，而在pH值为5～9时BCNs/SPI的形成是由弱分子相互作用驱动，包括氢键和空间位阻效应。Zhang Xingzhong等在研究SPI和TOBC形成的稳定Pickering乳液时发现，当pH值为7.0时，乳液表现出较低的界面张力和较高的扩散速率，此时液滴尺寸较小，乳状液的形状可调性较好，同时带负电荷的SPI使得TOBC分子缠结，形成具有良好变形性的网状结构。另一项研究发现，在pH值为4.0时，由豆渣蛋白和CMC稳定的乳液随着CMC浓度的增加絮凝作用减小，带负电荷的CMC在界面处与蛋白质相互作用，形成延伸网络，从而阻碍液滴运动，增强排斥力，使乳液在酸性环境下具有强静电斥力和絮凝结构。

由pH值诱导的蛋白质构象变化也会导致蛋白-纤维素稳定乳液的性质发生变化，据报道，Gliadin和疏水EC复合颗粒稳定的Pickering油包水乳液稳定性可受到pH值的调控，溶液pH值为3.0和4.0时，乳液粒径为200 nm，带电超过20 mV，颗粒间产生较强的静电斥力，使其稳定地分散在水溶液中；当pH值大于5时，乳液粒径增大和带电减少均导致颗粒聚集，导致乳液稳定性大幅下降。Feng Xumei等将CMC和SPI结合形成乳液，发现在pH 4.0时静电相互作用和氢键起重要作用，CMC在SPI表面连续吸附，而在pH 5.0时，乳液结合高度依赖于CMC的高黏度以及空间位阻，并且分别在0.4%和0.5% CMC时的乳化活性和乳化稳定性最高。Li Xueying等发现在pH值为3.0和7.0时，蛋白通过静电作用被吸附在CNCs表面，纤维素与蛋白结合有助于改善乳液的乳化性能。Wan Ying等通过简单的pH值循环方法将疏水RPs与CMC结合，可以获得具有优异润湿性稳定乳液，CMC将RPs/CMC复合物的润湿性快速从0.7调至1.2。综上所述，将植物蛋白-纤维素在pH 4.0和pH 5.0时结合的形成机制归纳为图3。

2.2.2 蛋白质和纤维素的比例

纤维素和植物蛋白的比例是成功制备纤维素-蛋白乳液的关键因素之一。Zhao Yinyu等研究表明，适量的RC加入有助于提高蛋白乳液的黏度，并形成可长期稳定储存的乳液状态，当添加0.8%的RC时，乳液呈现出稳定的三维网状结构。He Yang等将CNC和CNF分别添加到SPI-魔芋葡甘露聚糖复合体系中，发现添加适当的纤维素（1.0%的CNC，0.75%的CNF）均延缓了乳液体系中的SPI变性，使更隐藏的官能团暴露在外，改善分子相互作用，促进魔芋葡甘露聚糖中稳定蜂窝状结构骨架的形成。

适当比例植物蛋白和纤维素形成的乳液体系也表现出更优良的乳液特性。Sun Fuwei等考察由不同配比的SPI/CMC形成的高内相乳液，发现在2∶1的比例条件时，乳液具有更优越的乳化特性。植物蛋白乳液的流变特性也会受到纤维素浓度的影响。随着体系中MCC浓度比例的增加，大豆水解蛋白稳定乳液的弹性指数和宏观黏度指数显著增大，当MCC-SPIH浓度比例为4∶3时，弹性指数和宏观黏度指数最大。这可能是由于较高的液滴间阻力，浓度比例的增加促进密集的凝胶网络的形成和液滴的空间重排，乳液稳定性的提升源于水相黏度的提高以及液滴间相互作用特性的改变。另一项探究CNC对豌豆蛋白微凝胶（PPM）乳液特性影响的研究也表明随着CNC添加量的增加（1%～3%），CNC逐渐吸附在PPM稳定的乳液液滴表面，液滴之间的相互作用增强，稠度指数显著增加，乳液流动性降低。

适当比例纤维素和植物蛋白稳定的乳液具备更优的环境稳定性和流动性，这有利于降低其活性成分在胃肠道消化中的损耗。CNC-PPM稳定的Pickering乳液比单独用PPM稳定的Pickering乳液在胃消化稳定性方面表现更优。高添加量CNC（3%）在乳液中形成的强凝胶状结构能够结合或捕获负责消化的胃蛋白酶，使PPM中可用底物位点得到保护，增强乳液的胃稳定性。Wang Wenjuan等将不同取代度和重均分子质量的PPI和CMC制备了PPI/CMC复杂颗粒，以此稳定HIPPEs。PPI/CMC复合颗粒稳定的乳液，在触变性、热稳定性以及冻融稳定性方面均表现很好。更进一步的研究表明，在负载姜黄素后，该乳液在体外消化过程中依旧能够维持稳定状态。结果表明，用取代度为0.9和分子质量250 kDa的CMC与PPI制备的复合颗粒稳定的HIPPEs表现出最佳的胃和肠稳定性。

2.2.3 盐离子

溶液中的盐离子浓度会影响到植物蛋白的结构特性。例如，大豆蛋白在不同离子强度下会表现出解离-缔合行为，在离子强度0.5 mol/L时，大豆蛋白主要以11S的形态存在，当离子强度降低到0.01 mol/L时，其主要存在形式转变为7S，而对于大豆蛋白β-伴大豆球蛋白，在离子强度0.5 mol/L时，主要以7S形式存在，而当离子强度降至0.1 mol/L时，则主要以9S形式存在。在不同浓度的盐离子环境下，植物蛋白本身结构发生改变，由此影响乳液整体的颗粒结构和乳液特性。Taha等使用高强度超声制备具有不同离子强度（NaCl）的蛋白稳定乳液，发现SPI乳液在高盐浓度（＞50 mmol/L NaCl）条件下形成稳定的凝胶状结构，同时表现出更大的粒径、更高的吸附蛋白含量和较低的乳化稳定性。

适当的离子强度可以改变蛋白质和纤维素之间的相互作用，促进稳定网络结构的形成。例如，加入5～15 mmol/L Ca2+能够增强CNC和PPI的交联，形成稳定的网络结构，Ca2+一方面通过减弱静电斥力并诱导“钙离子桥”的形成，促进蛋白分子间的相互作用，另一方面促使CNC有序积累并均匀分布，进而推动CNC与PPI分子间借助氢键和疏水相互作用实现连接和相互影响，最终，在Ca2+诱导下，形成了致密、有序且均匀的三维网络结构。与此类似的是，另一项研究也巧妙地利用钙离子桥优化燕麦多肽和羧化微晶纤维素的相互作用，提升了Pickering乳液的稳定性、流动特性和体外消化特性。钙离子桥通过氢键作用力分别连接燕麦多肽和纤维素形成复合物，其在乳液中分散形成稳定的三维网状结构，随着液滴数量增多，粒径相应地变小，并且液滴的分布状态变得比之前更为均匀。Zhong Mingming等发现在Na+和Ca2+存在条件下，LP和HPMC颗粒间的相互作用增强，当盐离子浓度从50 mmol/L增加到200 mmol/L时，盐离子发生解离，这种解离对弱电解质的解离起到抑制作用，使蛋白质表面电荷下降，蛋白质分子在液滴表面的吸附量减少，最终使液滴产生聚集。当添加100 mmol/L的盐离子时，乳液的冻融稳定性最好，并且Na+比Ca2+对提升乳液性能更有利。同时适当添加盐离子有效延缓了LP-HPMC稳定乳液中游离脂肪酸（free fatty acid，FFA）的释放，降低乳液的消化率，延长饱腹感。结合上述机理，图4为植物蛋白-纤维素稳定乳液受离子调控消化过程示意图。

2.2.4 温度

通常来说，蛋白基乳液在热力学上不稳定，在一定温度范围内，温度的变化显著影响蛋白质本身的结构，进而破坏乳液的稳定性和结构特性。例如，SPI的结构会受到不同冷冻温度的影响。在-5 ℃和-20 ℃冷冻后，SPI荧光强度红移，结构变得疏松，暴露的Phe、Tyr、Trp比例增加，进而降低其乳化性能。植物蛋白的热稳定性会因类型的不同而有所差异。以花生球蛋白为例，其碱性亚基的耐热性极差，当在100 ℃的条件下处理10 min后，碱性亚基会彻底分解，而花生伴球蛋白的各个亚基容易形成二硫键，次级结构的稳定性更强，即使在高温环境下也能保持整体结构的稳定性。

相比于单独的蛋白基乳液，蛋白质-纤维素稳定的乳液表现出更加优良的热稳定性。明胶（GLT）是多肽和蛋白质的混合物。由GLT制备的乳液经热处理后（60 ℃升至90 ℃），GLT疏水性氨基酸暴露，GLT在油水界面处发生吸附重排，导致液滴粒径由65.3 μm下降至53.1 μm。而GLT和0.5% CNF相互作用形成的质量分数为0.5%的乳液在同等温度变化下保持相对稳定。由于纤维素诱导的液滴之间的三维网络结构限制了液滴的运动和GLT解吸的重排，乳液液滴大小变化不大。尽管纤维素的引入能够提高蛋白质乳液的热稳定性，植物蛋白-纤维素乳液结构在极端温度下也会发生改变。例如，在不同pH值条件下，添加0.4% CMC的MBPI乳液在60～80 ℃的热处理条件下，未出现明显分层现象。然而，当温度升高至100 ℃时，乳液会明显发生微观相分离现象，粒径显著增大，体系稳定性下降。由此可见，植物蛋白-纤维素乳液在不同温度下表现出不同的稳定性特征。适当的温度控制有助于维持乳液的稳定性和功能性。

2.2.5 其他因素

蛋白质-纤维素稳定乳液的形成是一个复杂的过程。内在因素如蛋白的结构和亲疏水性、纤维素的尺度和形貌，其他因素如蛋白/纤维素原料的添加顺序、油/水相比例、复合颗粒的尺寸和浓度等也会影响乳液的性质。

不同蛋白因其结构和疏水性差异，在油水界面的吸附能力和方式不同，进而影响乳液稳定性。如SPI、PPI和CPI等豆科植物蛋白，分子结构及亲疏水性不同导致乳化性能有差异，其中SPI因较小的界面张力和较大的疏水性，在油水界面吸附效果好，乳液颗粒尺寸小，乳化性能相对较好；具有合适亲疏水性的蛋白如pH值小于6.2时玉米醇溶蛋白纳米颗粒（ZNPs）具有一定疏水性，有利于和亲水性极强的CNC在油水界面发生静电吸附，形成稳定的Pickering乳液。纤维素的尺度对乳液性质影响明显，较小尺度的纤维素，如纳米级的CNC和CNF，能与植物蛋白相互作用，减小乳液颗粒尺寸并使其分布更均匀，同时由于比表面积大、吸附能力强，可在油水界面形成稳定界面膜，增强乳液稳定性，比如CNF能通过形成空间位阻层和三维凝胶网络结构提升稳定性。纤维素的形貌与乳液整体的稳定性也存在一定关联，球形颗粒可凭借良好的空间位阻效应构建致密界面膜，显著增强乳液的稳定性；棒状颗粒由于自身排列、重叠，伴随强烈碰撞与纠缠，会形成无序网络结构使乳液稳定；而片状颗粒在界面排列时会由于颗粒间相互作用从而影响界面膜的强度和稳定性。另外通过调节纤维素的表面修饰，可以显著改善其在界面的吸附行为，Wong等通过化学修饰赋予纤维素纳米颗粒更好的两亲性，进一步增强其作为Pickering乳液稳定剂的性能。

合理的原料添加顺序、油水比例以及复合颗粒的尺寸和浓度也会提高乳液的性能，Shang Xiaolan等以SPI和CNF为原料制备水包油乳液，使用0.5% SPI和0.5% CNF作为乳化剂可以达到更好的乳化效果，改变SPI和CNF的添加顺序会改变乳液中液滴大小、微观结构、凝胶结构形成能力和FFA的释放速率。Ma Qin等将PPI和CNC通过静电吸引和疏水相互作用形成具备良好乳化性能的复合物，使Pickering乳液流变特性和物理稳定性均有所提高。研究发现，当油水比从3∶7变为7∶3时，基于蛋白/纤维素复合物的Pickering乳液的平均液滴尺寸从5.0 μm增加到89.0 μm，液滴均匀性增加，凝胶强度也显著提升。在ZNPs和CNCs共同稳定的乳液中，ZNPs的尺寸会影响乳液的液滴大小和乳液内部液滴的排列，乳液的结构还受ZNPs的浓度调控，随着颗粒尺寸增大，复合乳液稳定性呈下降趋势；与此同时，当颗粒浓度增加，更多粒子吸附于界面，这促使液滴尺寸减小，液滴数量也随之减少。

3 植物蛋白-纤维素稳定乳液的应用

3.1

3D打印

3D打印作为一种增材制造技术在食品工业中引起了广泛关注，例如人造肉和固体或蛋糕、冰淇淋和巧克力等半固体食品，由于乳液系统具有可调节的假塑性、黏弹性和触变性行为，是3D打印中理想且有前途的材料。然而，蛋白质基乳液在3D打印过程中保持物理稳定性仍然是一个挑战。

已有研究表明，引入纤维素可以改善在3D打印过程中蛋白质的乳液对物理变形的稳定性。Wan Ying等在研究中发现，RPs-CMC复合物稳定的HIPPEs可以用作3D打印的食品油墨。通过控制CMC的取代度（0.7～1.2），可以很容易地调整HIPPEs的流变性、注射性和印刷性行为。较高取代度的CMC促进了自支撑刚性网络的形成，从而提升了HIPPEs的3D打印性能。Shahbazi等通过没食子酸和月桂酸精氨酸酯的双重接枝引入改性MCC，成功制备基于MCC-SPI的Pickering乳液凝胶。该乳液凝胶可以作为一种多功能油墨，具有黏弹性、触变性和突出的生物活性。由于机械强度的提高，基于该乳化凝胶系统的3D打印具有更高的层分辨率和几何精度。同年，该研究团队又通过茶多酚和ε-聚赖氨酸的双重接枝制备了另一种表面活性MCC偶联物，协同稳定基于SPI的Pickering乳液凝胶用于3D打印，接枝的MCC促进了黏弹性和触变性乳液凝胶的形成，具有减小的液滴尺寸和长期的抗絮凝稳定性，显示出具有高分辨率和永久变形的明确3D打印结构。

3.2

薄膜材料

为实现食品的有效保护与储存，借助多糖、蛋白质及其复合物等生物聚合物研制食用薄膜和涂层，开拓了全新的路径。研究发现，相较于单一蛋白质膜，蛋白质与多糖复合而成的膜在诸多性能上更胜一筹。例如在水蒸气阻隔性、吸水性、表面疏水性以及机械强度方面优势显著，还能维持出色的生物降解特性。Fu Menghan等选择CNC修饰SPI、WGP和Zein脂蛋白膜，发现添加CNC后，Zein基膜的硬度和不透明度分别降低了16.61%和54.12%。基于SPI的膜展现出较低的硬度和更高的拉伸强度，而基于WGP的膜厚度和不透明度都有提升。Qin Qingyu等以辣椒叶蛋白和CNF为原料，成功制备新型蛋白质基生物纳米复合薄膜，薄膜的机械性能和疏水性得到增强；还以辣椒叶蛋白和CNC为原料制备复合薄膜，发现抑菌圈直径增加且都具有阻挡紫外线的特性。

由天然聚合物制备的可食用复合涂层以及可降解薄膜，一方面具备可安全食用的特性，另一方面能切实有效地延长新鲜农产品的保存期限。例如，Qi Weijie等制备了SPI-壳聚糖-CNF复合可食用薄膜。当SPI添加量为1%时，薄膜属性显著增强，拉伸强度和断裂伸长率提高，水蒸气渗透率降低，接触角升高。在此条件下，膜对2,2’-联氮双(3-乙基苯并噻唑啉-6-磺酸)（ABTS）阳离子自由基和1,1-二苯基-2-三硝基苯肼（DPPH）自由基的清除能力有不同程度提高，并且薄膜无毒、可食用。此外，Chen Yi’an等采用木质纤维素纳米纤维与小麦面筋混合涂层和包装，可以有效延长水果的保鲜期，该混合涂层和包装具有优异的氧气和水蒸气阻隔性能，以及出色的防紫外线、防水、可重复使用和可回收性能。

3.3

脂肪替代物

长期摄入过量的饱和脂肪会显著提高患肥胖、心血管疾病和代谢综合征等慢性疾病的风险，随着饮食健康意识的不断提高，使用脂肪替代物制备低脂食品已成为趋势。乳液作为液态植物油的新型结构形式，可以将液态油的形式转化为固体/半固体油的形式，展现出作为脂肪替代物的巨大潜力。

纤维素具有高保水、界面/网络稳定和增稠作用，以及作为膳食纤维的营养价值，可以改善蛋白基乳液脂肪替代品的营养、质地和感官特性。例如，在CNFs和PPI制备的乳液体系中，PPI镶嵌于CNF网络结构中，从而包裹油滴，形成具有更高黏度的高内相乳液。进一步研究发现，由CNF-PPI高内相乳液替代猪肉脂肪制备的脂肪替代型熟制肉饼，具有良好的蒸煮得率、保水保油性和体外蛋白消化率。Gao Yin等利用BCNs/SPI复合颗粒制备的低油相Pickering乳液具有良好的抗融性和质构特性，可作为冰淇淋中脂肪替代品。同样，Guo Yan等制备的SPI/BC复合物具有很高的乳化能力，改善了冰淇淋的质地、流变及感官性能，是冰淇淋模型中潜在的脂肪替代品。

3.4

封装递送系统

许多天然生物活性成分，如姜黄素、类胡萝卜素和多酚，在食物、药物系统中以及胃肠道内的稳定性、溶解性和生物利用度较低，制约了其实际应用，基于乳液的封装和递送系统可以用于保护生物活性成分免于降解，提高生物可及度。纤维素可以改变界面或网络结构，提高蛋白质乳液的稳定性，从而促进蛋白质乳液基包封和递送系统的利用。

Sun Fuwei等通过糖基化加入CMC，改善SPI凝胶的流变学特性和核黄素的传递能力，理化性质的改变显著提高了SPI-CMC偶联凝胶的核黄素包封效率和核黄素递送能力。Wei Yang等发现相比于单一蛋白稳定的乳液，用玉米醇溶蛋白胶体颗粒和CNC共同稳定的乳液负载

3.5

其他应用

除了在3D打印、薄膜材料、脂肪替代物和封装递送系统中的应用，植物蛋白-纤维素稳定乳液在其他方面也展现出巨大潜力。例如：在生物材料方面，Fan Xin等利用CNF/Zein稳定的Pickering乳液制备了分层结构的全生物材料空气过滤器，通过将CNF/Zein乳液与木浆（WP）超细纤维混合，成功开发出能净化颗粒物和CO等化学气体的CNF/Zein@WP材料；在油性食品应用方面，基于蛋白质-纤维素稳定乳液的创新产品：SPI和CNF制成的油粉及BCNs和SPI制成的食用泡沫；另外，蛋白质-纤维素稳定乳液在益生菌递送系统中也呈现出巨大的潜力。

结 论

植物蛋白属于天然的两亲性生物聚合物，其表面活性良好，可高效发挥对乳液的稳定作用，纤维素具有良好的生物相容性、机械性能、高长径比和羟基丰度等优点，是蛋白质乳液理想的结构改性剂和增强剂。得益于蛋白和纤维素间的相互作用，植物蛋白-纤维素复合乳液表现出稳定的结构特点和良好的乳液性能。然而，蛋白质和纤维素之间的相互作用会受到pH值、纤维素浓度、离子强度、温度等因素的影响。理解这些因素对植物-蛋白纤维素乳液结构和特性的调节机制有助于进一步优化乳液制备流程，促进其在3D打印、新型材料制备、脂肪替代物和封装递送等方面的应用。然而，植物蛋白-纤维素复合乳液的研究仍面临诸多挑战：1）需深入解析纤维素内部结构的可变性，精准调控其与蛋白质的界面相互作用；2）通过化学修饰优化乳液界面性质，提升环境适应性；3）系统研究复合乳液在不同诱导条件下的性能变化机制；4）重点关注复杂体系的长期稳定性和安全性，特别是作为药物及活性物质载体的潜在风险。未来研究将重点关注深化蛋白质-纤维素界面调控机理，开发更稳定的界面修饰策略，并拓展复合乳液在生物医药和功能材料领域的应用可能性。

本文《植物蛋白-纤维素稳定乳液制备、性质及应用研究进展》来源于《食品科学》2025年46卷第17期412-423页，作者：朱秀清，宣希寰，郭汝杞，刘思淼，朱颖，王颖*，赵自力。DOI:10.7506/spkx1002-6630-20250316-120。点击下方阅读原文即可查看文章相关信息。

实习编辑：王小云；责任编辑：张睿梅。点击下方阅读原文即可查看全文。图片来源于文章原文及摄图网