Pickering乳液具有长期的物理稳定性，可有效抑制生物活性物质的降解，在功能性食品体系中表现出良好的应用前景。但由于Pickering乳液常用无机颗粒或化学合成颗粒作为稳定剂，这些材料的潜在安全性问题限制了Pickering乳液在食品工业中的应用。因此，构建来源天然、可食用且安全的Pickering乳液颗粒稳定剂，仍是当前食品胶体与功能递送领域的重要研究方向。
目前较多研究以多糖作为稳定剂，如淀粉、纤维素和甲壳质/壳聚糖等。淀粉作为人类饮食中最丰富的碳水化合物，具有来源广泛、无毒、生物相容性好和可生物降解等优点。天然淀粉颗粒亲水性强且粒径较大，无法很好地吸附在油-水界面稳定Pickering乳液，可采用物理或化学方法进行适当改性。辛烯基琥珀酸淀粉酯是通过酯化反应由辛烯基琥珀酸酐（OSA）中疏水基团取代淀粉中部分亲水基团形成的一种疏水改性淀粉，具有两亲性，常被用作乳化剂，但用传统水相法制备的OSA淀粉取代度（DS）和取代效率（RE）较低。为提升其性能，球磨、超声等物理预处理手段被引入改性过程，例如，超声预处理可显著提高OSA改性小米淀粉的DS及RE。在玉米淀粉的羧甲基化过程中，碱化步骤前的超声处理使玉米淀粉的DS提高了38.7%。
与其他谷物淀粉相比，小米淀粉除了具备可再生、环境友好、可生物降解等特性外，还表现出颗粒小且均一、支链淀粉含量高等优势，在乳液输送生物活性成分等应用领域具有巨大的应用潜力。姜黄素具有抗氧化、抗肿瘤、降血脂和预防老年痴呆等多种生理功能，还可以用作天然着色剂、食品防腐剂、抗氧化剂等；然而水溶性差、不稳定、代谢速度快、生物利用率低等缺陷限制了其在食品领域中的应用。而Pickering乳液体系可作为负载姜黄素的有效包埋和控释系统，延缓姜黄素活性的释放分解，保护其化学稳定性。例如，壳聚糖/大豆蛋白纳米颗粒已被用于制造包埋姜黄素的Pickering乳液，其具有较高的包埋效率，并且能够在模拟小肠条件下控制姜黄素的释放。
尽管对小米淀粉的基础性质与改性已不乏系统研究，且疏水改性淀粉在稳定Pickering乳液方面展现出良好效果，但利用超声预处理结合OSA改性小米淀粉构建乳液体系并用于负载姜黄素的研究仍较为欠缺。因此，山东农业大学食品科学与工程学院的刘佳佳、张艺檬、孙圣麟*等采用超声预处理制备OSA改性小米淀粉稳定Pickering乳液，并系统研究淀粉颗粒质量浓度与油水比对乳液稳定性的影响，进一步将乳液用于包埋姜黄素，并通过体外模拟消化模型评估其在生物活性成分递送中的应用潜力，旨在拓展小米淀粉的高值化应用，为疏水性活性成分的递送体系构建提供新策略。
1 淀粉颗粒结构分析
不同超声功率处理下OSA小米淀粉的三相接触角如图1A所示。天然小米淀粉（NMS）的接触角为35.07°，而经过OSA改性后，OMS及超声处理样品（UOMS-150W、UOMS-300W、UOMS-450W、UOMS-600W）的接触角显著增加，分别达到50.18°、54.71°、52.50°、57.87°和59.01°，表明OSA改性明显提升了小米淀粉的疏水性，有利于形成稳定的Pickering乳液。这一方面归因于OSA引入的疏水烯基长链，另一方面随超声功率增大DS提高，进一步增强了疏水性能。如图1B所示，天然小米淀粉颗粒呈不规则多面体、表面光滑完整；OSA改性后颗粒尺寸与晶体结构未发生显著变化，但表面出现突起，可能是OSA与溶出的直链淀粉形成的聚集体。颗粒形态的变化主要源于超声处理，其空化剪切作用破坏了淀粉结构，促进直链淀粉溶出，从而提升与OSA的酯化反应效率。如图1C所示，红外光谱进一步证实了酯化反应的发生，在1 741 cm—1和1 574 cm—1处出现的新峰分别对应羰基（C＝O）和羧酸盐（RCOO—）的振动，且未检测到残留OSA的特征峰。由图1D可知，所有样品均保持A型结晶结构，OSA改性仅使结晶度略有下降，且超声功率增大使结晶度总体降低；值得注意的是，300 W超声处理后结晶度有所升高（32.06%），可能与超声聚集阶段中淀粉重排形成更有序晶体有关，而相同功率下OSA改性与未改性淀粉结晶度差异不大，说明取代反应主要发生在无定形区。
如表1所示，与传统水相法相比，450 W和600 W超声处理能够明显提升OSA小米淀粉的DS和RE。在OSA添加量为3%时，OMS的DS为0.016 5、RE为71.31%，经过150 W和300 W超声处理之后样品的DS分别为0.017 3和0.016 9，RE分别为74.76%、73.03%，可见较低的超声功率虽然提高了DS和RE，但提升作用不明显，原因可能是较低的超声功率处理对淀粉晶体结构的破坏有限，而酯化作用主要在小米淀粉颗粒的表层；并且由于OSA难溶于水，通过搅拌作用很难将OSA与淀粉浆相互混合，阻碍了OSA与小米淀粉的酯化作用。小米淀粉经过高强度超声（450 W和600 W）处理之后，DS分别为0.018 1、0.018 4，RE分别为78.22%、79.52%。在高功率下其DS和RE有显著提高，这是因为高功率的超声处理破坏了小米淀粉内部的无定形区甚至部分结晶区，OSA的取代作用不仅局限在小米淀粉的表层，还与小米淀粉内部的活性位点发生作用，提高了DS和RE。综上，根据UOMS-600W与UOMS-450W DS无显著差异的结果，选取UOMS-450W作为颗粒稳定剂制备乳液。
2 超声辅助OSA改性小米淀粉稳定的Pickering乳液微观结构
如图2所示，不同颗粒质量浓度及油水比对Pickering乳液微观结构具有显著影响。随着淀粉颗粒质量浓度的增加，乳液的液滴尺寸明显减小，其分布更趋均匀致密，尤其在颗粒质量浓度大于5 g/100 mL时，可在界面形成完整致密的吸附层，增强界面膜强度，从而提高乳液稳定性；相反，在颗粒质量浓度较低时，因界面覆盖不足，液滴易发生絮凝和聚集，形成不规则的大液滴。另一方面，随油相比例的提高，乳液液滴尺寸逐渐增大且分布不均，表明乳液的稳定性下降。当油水比增至1∶3及以上时，颗粒覆盖率下降，出现大尺寸液滴，油水比为1∶2和1∶1时更易发生液滴融合形成大油滴。
3 超声辅助OSA改性小米淀粉稳定的Pickering乳液粒径
如图3所示，随淀粉颗粒质量浓度增加，乳液粒径分布向左移动，平均粒径显著减小。当质量浓度为1 g/100 mL时，平均粒径为2 034 nm，颗粒覆盖不足导致界面膜强度低，发生液滴絮凝和油析；当质量浓度增至3 g/100 mL和5 g/100 mL时，平均粒径分别降至1 655.5、869.8 nm，表面淀粉颗粒的增多致使比表面积增大，导致乳液粒径减小，界面膜增强，液滴均匀稳定分散。当质量浓度超过5 g/100 mL后，界面吸附趋于饱和，粒径下降趋缓。随油水比提高，粒径分布右移，D[4,3]显著增大，当油水比为1∶5时D[4,3]为638 nm，而油水比为1∶1时D[4,3]增至3 148 nm。油水比不高于1∶3时，粒径维持在1 000 nm以下，颗粒覆盖率较高；当油水比升至1∶2和1∶1时，颗粒质量浓度能够维持体系的稳定性，体系不发生破乳，此时油相比例的增加使单位油-水界面的颗粒覆盖率降低，此时乳液乳化过程中通过增大液滴的体积维持体系的稳定性，造成其液滴尺寸的增大。
4 贮藏过程中Pickering乳液的乳化指数变化
如图4A所示，不同颗粒质量浓度对乳液稳定性具有显著影响，乳化指数随颗粒质量浓度增加而上升，稳定性增强。当颗粒质量浓度从1 g/100 mL增至5 g/100 mL时，新鲜乳液的乳化指数由92.96%提高至98.11%；经28 d贮藏后，乳化指数仍分别保持在48.03%（1 g/100 mL）和90.77%（5 g/100 mL），表明提高颗粒浓度可显著改善乳液稳定性。继续增加质量浓度至9 g/100 mL，新鲜乳液乳化指数达99.81%，贮藏28 d后为96.23%，增长幅度趋缓，说明颗粒吸附趋于饱和。如图4B所示，所有新鲜乳液的乳化指数均高于90%，表现出良好稳定性。随油相比例增加，乳化指数增大，当油水比为1∶1和1∶2时样品在贮藏28 d后仍分别保持在94.38%和92.31%，而当油水比为1∶4和1∶5时则分别降至70.72%和53.34%，稳定性明显下降，表明较高油相比例有助于颗粒在界面的吸附与利用，从而提升乳化稳定性，与陆兰芳等得到的研究结果类似。
5 贮藏过程中Pickering乳液的粒径变化
Pickering乳液的稳定性与其液滴尺寸及均匀性密切相关，通常液滴越小、分布越均匀，乳化剂的乳化能力越强，乳液的稳定性也越高。如图5所示，不同颗粒质量浓度和油水比对乳液在贮藏期间粒径变化具有显著影响。随着淀粉颗粒质量浓度的增加，乳液粒径在贮藏过程中的变化幅度减小，稳定性增强。当颗粒质量浓度为1 g/100 mL时，贮藏28 d后粒径从2 051.67 nm增大至4 027.05 nm；而当颗粒质量浓度分别提高至5 g/100 mL和9 g/100 mL时，贮藏28 d后粒径分别由869.81、720.83 nm增至1 033.14、748.30 nm，表明较高颗粒质量浓度有效抑制了液滴聚集。另一方面，油水比也显著影响乳液的贮藏稳定性。当油水比范围在1∶3～1∶5时，新鲜乳液粒径介于638.11～869.81 nm，贮藏28 d后仍维持在1 000 nm左右，变化幅度较小；而油水比分别增至1∶2和1∶1时，新鲜乳液粒径显著增大（1 440.57 nm和2 967.35 nm），贮藏28 d后分别增至2 048.52 nm和3 939.27 nm，表明高油相比例导致界面颗粒覆盖率下降，从而引起液滴聚集和稳定性降低。
6 超声辅助OSA改性小米淀粉稳定的Pickering乳液表观黏度
乳液的稳定性与其流变特性密切相关。如图6所示，不同颗粒质量浓度和油水比对乳液静态流变行为均具有显著影响。所有乳液均表现出表观黏度随剪切速率增加而降低的剪切稀化现象，属于典型的假塑性流体。随着淀粉颗粒质量浓度增加乳液表观黏度上升，这是在高淀粉质量浓度条件下乳液粒径减小、液滴间界面接触面积增大所致；OSA改性淀粉的两亲性使其能够紧密吸附于油-水界面，通过空间排斥作用稳定体系。在低剪切速率下，流体动力较弱，不足以破坏液滴间的界面力，因此乳液表现出较高黏度；随着剪切速率提高，由流体动力主导并破坏絮凝结构，导致黏度下降。另一方面，随油相比例提高，乳液表观黏度也显著增大，表明液滴数量增多、界面接触面积扩大，乳化程度提高，与姜晓丽的研究结果一致。乳液的剪切行为可归因于絮凝结构尺寸与形态的变化：黏度降低可能与油滴间相互作用减弱有关，而轻微上升可能源于剪切诱导的淀粉构象变化。
7 NMS与UOMS-450W稳定的Pickering乳液递送特性
7.1 Pickering乳液的姜黄素负载率
如表2所示，UOMS-450W稳定Pickering乳液对姜黄素的负载率为90.38%，NMS组的负载率为43.86%，UOMS-450W稳定Pickering乳液对姜黄素负载率显著高于NMS组，主要原因是经过OSA改性小米淀粉乳化性能较好，能够形成致密的界面膜，其乳液稳定性较好，能有效地包埋姜黄素，阻止姜黄素的游离析出和暴露分解。
7.2 体外模拟消化过程中乳液粒径的变化
体外模拟消化过程中乳液粒径的变化如图7所示。体外模拟消化前，NMS组和UOMS-450W组的乳液粒径均在1 000 nm左右，液滴分布均匀，这应该是由乳液制备过程中的均质化引起。经口腔模拟消化后，两种Pickering乳液的粒径均略微增大。这是由模拟口腔液中存在的脂滴与黏蛋白相互作用引起，也可能是乳液滴表面的淀粉被口腔液中的α-淀粉酶水解，使液滴发生聚结和絮凝。但口腔消化只有3 min，时间较短，所以液滴粒径的变化不明显。UOMS-450W稳定的Pickering乳液运载体系在口腔阶段能够基本维持稳定。
经胃部消化后，NMS和UOMS-450W组乳液的粒径均显著增大，这是因为在模拟胃消化液中没有酶对淀粉产生水解作用，乳液pH值和离子强度的变化会在一定程度上削弱脂滴之间的静电排斥力，导致两种乳液粒径增大。对比两种乳液运载体系的粒径变化程度，发现NMS组的粒径变化程度比UOMS-450W组大，NMS组粒径从1 491.33 nm增至5 013.67 nm，增大2.36 倍；而UOMS-450W组粒径从1 379.67 nm增至3 098.67 nm，增大1.25 倍，这说明UOMS-450W制备的Pickering乳液在胃部消化阶段更稳定。这可能是由于小米淀粉经OSA改性后表面有较多的羧基，乳液液滴表面能够形成紧密的乳化层，可有效抑制油滴之间的聚合。
经模拟小肠消化120 min后，乳液粒径急剧下降，NMS组的粒径下降至1 288 nm，UOMS-450W组的粒径下降至1 055 nm，可能是因为经过小肠消化后，脂质被小肠消化，油滴数量减少，液滴粒径减小。脂质消化产生的复杂混合物如囊泡、胶束等能够减小液滴粒径。
7.3 体外模拟消化过程中负载姜黄素乳液FFA的释放
通常通过检测FFA在肠道消化中的释放率表征脂肪分解速率。油脂的消化反应是胰脂肪酶在油脂界面发生酶解等界面生化反应的过程，乳液中油脂的消化速率与油脂的界面面积具有密切的相关性。如图8所示，在消化前20 min内，FFA释放率迅速增加。这是由于在肠道消化开始时液滴和消化液之间的接触面积很大，有利于脂肪酶分子在脂滴表面的快速吸附，促进乳液界面处的脂肪分解。随着消化时间的延长，2 个乳液体系的FFA释放率逐渐增大，60 min后增大趋势逐渐减缓。最终NMS组及UOMS-450W组的FFA释放率分别为39.65%和52.93%。UOMS-450W组的FFA释放率显著高于NMS组，原因可能是UOMS-450W稳定的Pickering乳液液滴尺寸较小，与胰脂肪酶的接触面积较大，从而促进液滴中油脂的水解。
7.4 Pickering乳液中姜黄素的生物可及性
姜黄素的低水溶性和较差的肠道通透性导致其生物利用度较低。递送系统可增加姜黄素在体内的吸收。生物可及性是体外模拟消化阶段的重要指标。当脂溶性功能因子从乳液运载体系中释放并进入到混合胶束或囊泡中才能被小肠上皮细胞吸收转运。通过分析胶束中姜黄素的含量评价NMS及UOMS-450W稳定Pickering乳液的输送效率。如表2所示，姜黄素在NMS稳定Pickering乳液体系中的生物可及性较低，仅为9.52%，而UOMS-450W稳定Pickering乳液体系中姜黄素的生物可及性为23.49%，可见姜黄素的生物可及性得到显著提高。这与体系中FFA释放速率结果相印证，原因可能是UOMS-450W稳定Pickering乳液中油脂水解的程度较高，释放了更多的姜黄素，同时油脂水解产生的FFA进入到胶束中，提高了姜黄素的溶解度。可见NMS与UOMS-450W稳定Pickering乳液运载体系的姜黄素生物可及性与其油脂的消化程度呈正相关。
8 Pickering乳液负载姜黄素的贮藏稳定性
由图9A可知，随着贮藏时间的延长，两种乳液运载体系中姜黄素保留率均呈现下降的趋势。NMS组姜黄素的保留率下降更为明显，显著快于UOMS-450W组，在贮藏30 d后，其姜黄素保留率从90.46%降至21.13%。而UOMS-450W组的姜黄素保留率从95.12%降低至65.85%，表现出较高的保留率和较好的稳定性。这表明UOMS-450W稳定Pickering乳液对姜黄素具有较好的保护作用，其形成的致密界面层为姜黄素提供了屏障作用，延缓了姜黄素的降解和氧化。NMS和UOMS-450W稳定Pickering乳液在贮藏期间的外观如图9B所示。NMS稳定Pickering乳液在贮藏过程中逐渐出现分层现象，表明其体系稳定性较差，而UOMS-450W稳定Pickering乳液体系更加稳定。这一观察结果与姜黄素保留率相印证，进一步证明了UOMS-450W稳定Pickering乳液在保护功能性成分方面的优势。
结 论
以OSA改性小米淀粉稳定Pickering乳液，随着淀粉颗粒质量浓度的增大，乳液粒径减小、乳化指数上升、体系趋于均匀稳定；随着油水比的提高，乳液粒径增大、乳化指数增加、稳定性增强。与小米淀粉相比，OSA改性小米淀粉稳定的Pickering乳液可显著提高姜黄素的负载率与生物可及性，在模拟消化过程中表现出更强的稳定性，具体表现为更高的FFA释放量、更小的粒径变化及更高的姜黄素保留率。本研究可为开发基于天然谷物、兼具高稳定性及高生物可及性的功能性成分递送体系提供理论依据。
作者简介
通信作者：
孙圣麟 副教授
山东农业大学食品科学与工程学院
孙圣麟，中共党员，工学博士，副教授，硕士研究生导师，博士毕业于江南大学食品学院。主要从事淀粉质资源开发与利用、功能性谷物食品开发与品质改良、粮油作物精深加工、淀粉基功能性食品包装材料开发与应用等方面的研究工作。主持参与“十四五”国家重点研发计划、国家科技支撑计划、国家自然科学基金、中国博士后科学基金面上项目、山东省重点研发计划等项目10余项。以第一或通信作者在国际重要学术刊物上发表SCI论文10余篇，以主要发明人申请国家发明专利10余项，参与制修订国家标准2 项，参编教材1 部 。
第一作者：
刘佳佳 硕士研究生
山东农业大学食品科学与工程学院
刘佳佳，山东农业大学食品科学与工程学院硕士研究生，研究方向为粮油食品加工 。
引文格式：
刘佳佳, 张艺檬, 闫倩倩, 等. 超声辅助辛烯基琥珀酸酐改性小米淀粉稳定Pickering乳液及其负载姜黄素的分析[J]. 食品科学, 2026, 47(10): 75-84. DOI:10.7506/spkx1002-6630-20251028-220.
LIU Jiajia, ZHANG Yimeng, YAN Qianqian, et al. Stabilization and curcumin-loading capacity of Pickering emulsions using ultrasonic-assisted octenyl succinic anhydride-modified millet starch[J]. Food Science, 2026, 47(10): 75-84. (in Chinese with English abstract) DOI:10.7506/spkx1002-6630-20251028-220.
实习编辑：彤禾；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
为对标农业农村部2035年科技规划及“十四五”“十五五”发展方向，推动农产品加工与储运的工程化、智能化、绿色化升级，由湖南省农业科学院、湖南欧美同学会、湖南农业大学、北京食品科学研究院、国际食品科技联盟（IUFoST）、中国农业大学、岳麓山工业创新中心主办，湖南大学、中南林业科技大学、长沙理工大学、湖南中医药大学、湘潭大学、岳麓山实验室、木本油料资源利用全国重点实验室协办，中国食品杂志社、洞庭实验室、湖南省食品科学技术学会、湖南省农产品加工与质量安全研究所、湖南农业大学食品科学技术学院、Springer Nature-《Agricultural Products Processing and Storage》杂志承办的“第二届农产品加工与食品制造国际学术研讨会—创新引领绿色智造，AI赋能科技进步”，将于2026年9月19-20日（9月18日会议报到）在中国 湖南 长沙召开。
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