木质素纳米颗粒与乳清蛋白的优化结合显著增强了高内相乳液的稳定性，使其具备多种环境抗性

通过构建木质素纳米颗粒（LNPs）与乳清蛋白（WP）复合系统，形成具有粘弹性膜的油水界面层，有效稳定了高内相Pickering乳液（HIPPEs）。优化比例（8:8）的纳米复合物表现出<20μm超小油滴、90天长期稳定性、90℃热耐受性和1000mM NaCl离子耐受性，同时UV辐照下curcumin保留率达78%。该研究为利用天然生物材料设计可持续Pickering乳液提供了新策略，适用于功能食品、制药及化妆品等领域。

赵桂林|张倩|王永泰|高晓杰|黄飞|刘家乐|彭浩|傅春香|王彦婷|彭良才

发酵工程国家重点实验室（教育部）、国家“111”细胞调控与分子药理学中心、工业发酵协同创新中心（教育部与湖北省共建）、湖北省工业微生物学重点实验室、生物质与生物能源研究中心，湖北工业大学生命与健康科学学院，武汉430068，中国

摘要

高内相皮克林乳液（HIPPEs）在可持续食品工业中越来越受到关注，但它们依赖于先进的固体颗粒稳定剂。在本研究中，我们构建了一种最佳的木质素纳米颗粒-乳清蛋白（LNPs-WP）复合体系，通过静电吸引在油水界面形成粘弹性膜来稳定皮克林乳液。在高比例（6:8–8:8）下，由LNPs-WP稳定的HIPPEs表现出更小的油滴尺寸（d_{4,3 < 20 μm）、更高的粘度、更强的弹性模量以及更好的触变恢复能力。值得注意的是，最佳的LNPs-WP（8:8）纳米复合物使乳液在储存90天后仍保持优异的稳定性，具有高达90°C的高耐热性，并且在1000 mM NaCl存在下仍具有强抗离子性。此外，经过96小时紫外线照射后，含最佳LNPs-WP的HIPPEs仍能保留78%的姜黄素。因此，本研究展示了一种通过天然生物颗粒的最佳整合来开发理想皮克林乳液稳定性的强大且环保的策略，为功能性食品、制药、化妆品等领域提供了广泛的应用前景。}

引言

与传统表面活性剂相比，由固体颗粒稳定的皮克林乳液因其独特的优势而受到广泛关注。与表面活性剂稳定的乳液不同，皮克林乳液在抗凝聚、奥斯特瓦尔德熟化和环境变化（如温度、pH值和离子强度）方面表现出更强的稳定性（Jiang, Sheng, & Ngai, 2020; Zhao et al., 2025）。由于固体颗粒在油水界面形成致密的不可逆屏障，它们降低了加工和储存过程中乳液破裂的风险，从而有效封装了姜黄素、维生素和酚类等敏感的生物活性化合物。因此，环境友好的生物聚合物颗粒越来越多地被用于乳液稳定（Calabrese, Courtenay, Edler, & Scott, 2018）。

由于天然固体生物聚合物具有生物相容性和可降解性（Burgos-Díaz et al., 2023; Naji-Tabasi, Mahdian, Arianfar, & Naji-Tabasi, 2021; Peng et al., 2022; Wang et al., 2024），它们越来越多地被考虑用于稳定皮克林乳液，特别是用于制备高内相皮克林乳液（HIPPEs）（Zhao, Wang, Li, Yang, & Song, 2023）。HIPPEs的定义是分散相的体积分数超过74%的系统，以最大化封装效率（Kim et al., 2017）。由于油相浓度高和内部结构复杂，HIPPEs具有独特的流变特性（Chen et al., 2021），因此在食品加工（Li, Fan, & Li, 2023）、多孔材料模板（Mikkonen, 2020）和制药（Moreno & Sipponen, 2020; Zhou et al., 2023）等领域具有极其广泛的应用。

在天然生物聚合物中，乳清蛋白（WP）由于其优异的表面活性、营养价值和生物相容性而被用作活性乳化剂（Davtalab et al., 2024）。特别是，WP可以在油水界面吸附，降低界面张力，并通过空间位阻和静电排斥作用稳定乳液（Zhu, 2024）。然而，WP稳定的乳液对高温和高盐离子浓度等环境因素敏感，这可能导致乳液絮凝或凝聚（Chevallier et al., 2016）。此外，单独使用WP通常无法形成油相分数超过74%的稳定HIPPEs，限制了其在高粘度产品中的应用。为此，人们考虑对乳清蛋白进行改性，以通过增加吸附层的厚度、降低界面张力、实现排斥力和吸引力之间的平衡以及提高界面层的粘弹性来改善其乳化性能（Li, Guo, Dong, & Yang, 2023; Shomali & Fatehi, 2022; Wan et al., 2024）。然而，改性乳清蛋白（包括糖基化乳清蛋白分离物及相关产品）的安全性是一个重要问题（Hellwig et al., 2019）。一些物理改性方法如酶改性和超声波处理在实际应用中很少使用，因为成本较高（Sarabandi et al., 2022）。为了解决安全性和成本问题，我们在这里报告了一种协同稳定HIPPEs的策略。

作为植物细胞壁的第二大成分，木质素具有由苯丙基（S）、桂酰基（G）和

-羟基苯基（H）单元通过醚键和碳-碳键连接而成的三维空间结构（Bai et al., 2019; Yu et al., 2025; Zhang et al., 2020）。由于其复杂的结构和多样的功能，木质素已成为稳定乳液的理想候选材料（Gan et al., 2025）。重要的是，通过将木质素缩小到纳米级别制备的LNPs具有可控的粒径和均匀的结构。LNPs的两亲性质归因于其亲水性的羟基和疏水性的芳香环，这使它们能够有效地在油水界面吸附并平衡乳液的润湿性（Mikkonen, 2020）。此外，LNPs还具有抗氧化和紫外线屏蔽性能，可以保护封装的生物活性化合物免受氧化降解和光解（Zhang, Yue, Hu, Qi, & Lu, 2023）。尽管将蛋白质与生物颗粒结合是克服单一成分乳化剂局限性的有效策略，但关于WP和LNPs整合的协同效应的研究仍较少。值得注意的是，LNPs具有天然的疏水性和机械刚性，这些特性完美补充了WP的亲水性和营养价值，同时解决了其对热和盐的敏感性。因此，我们提出了一种协同稳定策略，通过结合亲水性乳清蛋白和疏水性木质素纳米颗粒（LNPs）来构建多功能界面层。

在本研究中，我们旨在开发由LNPs和WP共同稳定的皮克林乳液，并评估了它们的微观结构、流变特性和稳定能力。我们还检测了在不同内相分数、储存时间和温度以及盐离子浓度条件下乳液稳定性的动态变化。此外，本研究评估了封装水溶性差且光稳定性低的姜黄素作为生物活性化合物的能力，并扩展了其在功能性食品和营养保健品中的应用。最后，我们提出了一个模型，突出了皮克林乳液在五个不同特性（超高内相、储存稳定性、热稳定性、离子稳定性、紫外线下的姜黄素保留）方面的改进，从而为利用天然生物聚合物和纳米颗粒设计高性能的可持续皮克林乳液提供了见解。

材料与化学品

脱碱后的碱性木质素购自Macklin Chemical Reagent Co., Ltd.（上海，中国）。乳清蛋白和大豆油分别购自上海Yuanye Biotechnology Co., Ltd.（上海，中国）和Jinlongyu Grain and Oil Industry Group Co., Ltd.（上海，中国）。丙酮和其他试剂购自China National Pharmaceutical Group Chemical Reagent Co., Ltd.（上海，中国）。所有其他化学品均为分析级。

LNPs和WP相互作用体系的制备

LNPs分散液

木质素纳米颗粒与乳清蛋白的有效整合

在本研究中，首先使用先前建立的方法（Moreno & Sipponen, 2020）提取木质素纳米颗粒（LNPs），然后以不同的质量比与乳清蛋白（WP）结合，构建LNPs-WP复合生物颗粒（图1）。结果表明，这些生物颗粒呈现双峰分布模式，且随着LNPs浓度的增加，其尺寸逐渐增大（图1A）。在LNPs-WP的高比例（6:8–8:8）下，生物颗粒的尺寸

结论

通过优化木质素纳米颗粒（LNPs）与乳清蛋白（WP）的整合，本研究通过LNPs-WP纳米复合物全面改善了皮克林乳液的性能。最佳比例（8:8）的LNPs-WP通过静电吸引实现了有效的相互作用，三相接触角接近90°，使它们能够在油/水界面锚定并形成稳定的界面膜，显著提高了乳液的稳定性

CRediT作者贡献声明

赵桂林：撰写——原始草稿、方法学、实验、数据分析。张倩：撰写——原始草稿、实验、数据分析。王永泰：验证、方法学、数据分析。高晓杰：撰写——审稿与编辑、方法学。黄飞：方法学、数据分析。刘家乐：方法学、数据分析。彭浩：可视化、方法学、实验。傅春香：监督、方法学。王彦婷：撰写——审稿与编辑、监督，

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文报告的工作。

致谢

本研究部分得到了国家自然科学基金（32470273、32570317、32170268、32101701）、湖北省优秀青年科学家自然科学基金（2024AFA100）、教育部国家“111项目（D17009）以及湖北工业大学高层次人才计划（GCC20230001）的支持。