食品化学：X 21 （2024） 101066
可在线获取 2023 年 12 月 13 日 2590-1575/ © 2024 作者。由以下开发商制作：Elsevier Ltd.这是一篇在 CC BY-NC-ND 许可 （http://creativecommons.org/licenses/bync-nd/4.0/） 下的开放获取文章。
植物蛋白Pickering颗粒的研究进展：稳定机理、制备方法及在食品工业中的应用前景
田亚超 ， 孙福伟 ， 王竹英 ， 袁超 ， 王忠江 ， 郭增旺 ， 周临义
a
北京工商大学食品与健康学院，北京100048，中国
b
齐鲁理工大学食品科学与工程学院， 中国 山东省济南市， 250353
c
东北农业大学 食品科学学院， 黑龙江 哈尔滨 150030
A R D C C L L I N F O
关键字：
植物蛋白
Pickering颗粒
Pickering乳液稳定机理
A B S T R A C T
目前，已经有许多研究文章报道了不同来源的植物蛋白Pickering颗粒用于稳定Pickering乳液，但相应综述文章的报道还远远不够。本研究重点介绍了近五年来植物蛋白Pickering颗粒的研究热点和相关进展。首先，本文描述了Pickering乳液被不同类型的植物蛋白Pickering颗粒稳定下来的机制。然后，重点介绍了各种植物蛋白Pickering颗粒的提取、制备和改性方法，为开发更绿色、更高效的植物蛋白Pickering颗粒提供参考。本文还介绍了由植物蛋白Pickering颗粒稳定的Pickering乳液在食品领域的一些最有前途的应用。最后，本文还讨论了植物蛋白Pickering颗粒在食品工业中的潜在应用和挑战。
1.
介绍
乳液是由两种或多种不混溶液体组成的复合体系（Wang等人，2022）。通常，稳定剂、连续相和分散相是该系统的组成部分（Yan 等人，2020 年）。通过掺入具有小分子结构的表面活性剂，可以提高传统乳液的稳定性（Tian等人，2022）。通过降低油和水之间的界面张力，这些表面活性剂保证了乳液的持久稳定性（Song等人，2020;Wei 等人，2020 年）。这有助于保持所需的一致性，同时防止相分离（Keramat 等人，2022 年）。然而，表面活性剂在乳液食品中的利用受到其细胞毒性和排放到自然生态系统后的环境污染的阻碍（Shi 等人，2020 年）。因此，表面活性剂在乳化食品中的应用受到很大限制。消费者对更健康、更环保的乳液的偏好需要重新评估传统乳液，并确定更高效、更健康、更环保的乳化剂。20世纪初
Ramsden和Pickering通过证明胶体颗粒表现出界面行为并具有有效稳定乳液的能力，实现了革命性的突破（Pickering，1907;拉姆斯登，1904 年）。为了纪念这些开拓者在各自学科中取得的显著成就，通过吸附胶体颗粒在油和水界面处而稳定的乳液被命名为皮克林乳液。与由表面活性剂稳定的乳液相比，Pickering乳液表现出显着的抗聚结和奥斯特瓦尔德成熟性（Sarkar&Dickinson，2020）。因此，它们在各个领域都找到了效用，包括食品和制药行业，在这些领域中，长期稳定性至关重要（Albert 等人，2019 年;Chen 等人，2020 年;de CarvalhoGuimar ̃aes 等人，2022 年;Xia 等人，2021 年）。因此，Pickering乳液在这些行业的受欢迎程度显着增加。
可以稳定皮克林乳液的皮克林颗粒包括无机和有机颗粒。最近的研究表明，无机颗粒，如粘土、氧化铁、碳酸钙和二氧化硅，具有形成稳定的皮克林乳液的能力（Huang等人，2019;Sun 等人，2020 年;Yu 等人，2021a;Zhang et al.，
* 通讯作者。
电子邮件地址：dorisneau@126.com（L.周）。
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食品化学：X
期刊主页： www.sciencedirect.com/journal/food-chemistry-x
https://doi.org/10.1016/j.fochx.2023.101066 2023-09-11 收到;2023年12月8日收到修订本;录用日期： 2023年12月11日
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2022）. 由于其优异的稳定性、保湿性和携带活性成分的能力，由这些无机颗粒制备的皮克林乳液已广泛应用于化工、制药和化妆品行业。然而，无机颗粒的生物降解性、生物相容性、生物可利用性和食用安全性均较低，这极大地限制了无机颗粒在食品领域的应用（Wang et al.， 2022）。因此，食品行业致力于寻找更环保、更安全的食品级皮克林颗粒。目前，首要目标是推进和实施有机颗粒，特别是来自生物质的有机颗粒，作为乳液稳定剂。事实上，许多由天然生物质组成的有机颗粒具有皮克林稳定作用。值得注意的是，多糖颗粒（例如，淀粉颗粒、纤维素、壳聚糖）、蛋白质颗粒（例如，大豆蛋白、玉米醇溶蛋白、小麦蛋白、豌豆蛋白、花生蛋白、
β
-乳球蛋白）和脂肪颗粒（例如脂蛋白、二酰基甘油晶体）是这方面的有效材料之一（Fan et al.， 2022; G. Li et al.， 2021b; Z. Li et al.， 2023c; Y. Liu et al.， 2023;Ning 等人，2020 年;Su 等人，2020 年;Tang 等人，2023 年;B. Yu 等人，2023 年;Y. Zhang 等人，2022 年;Z. Zhao 等人，2020 年;Zhong 等人，2023 年）。其中，蛋白质被认为是理想的Pickering乳液稳定剂（Yan等人，2020）。蛋白质颗粒具有显着的好处，包括表面行为、低毒性、与生物体的相容性、自然分解的能力、易于从天然来源提取、营养价值以及在食品领域的认可（Yan 等人，2020 年）。此外，蛋白质颗粒的独特功能特性使皮克林乳液特性的操纵成为可能。例如，通过改变pH值，超声波强度，温度等因素，可以调整蛋白质的结构和性质，从而促进蛋白质稳定的Pickering乳液的操纵（Qin等人，2018;任 等人，2021 年;X. Zhang 等人，2020 年）。这对食品特别有益，因为它可以创造出具有所需质地和风味特征的稳定产品。此外，使用Pickering乳液还可以减少对添加防腐剂和其他添加剂的需求。
为了获得理想的乳化特性，天然蛋白质经常需要加工和修饰以将其转化为皮克林颗粒。经过简单的加工或修饰，来自动物和植物来源的蛋白质可以表现出特殊的皮克林颗粒特性。然而，值得一提的是，植物性蛋白质比动物性蛋白质更环保，并且符合清洁标签的要求（Sarkar 等人，2020 年）。植物性蛋白质也是一种有效的营养来源，含有高水平的必需氨基酸、维生素、矿物质和膳食纤维（Sha & Xiong，2020 年）。此外，植物蛋白比动物蛋白更广泛、更便宜（Raja 等人，2022 年）。此外，植物性蛋白质的来源广泛，是一种有效的营养来源。此外，使用植物来源的蛋白质来制造皮克林颗粒以稳定皮克林乳液是一种具有成本效益和生态无害的策略（Ribeiro 等人，2021 年）。此外，植物蛋白Pickering乳液广泛用于食品工业，包括作为活性物质载体，抑制脂质氧化，替代氢化植物油，以及作为仿生界面催化反应器（Ge等人，2022;Ni 等人，2022 年;Shen 等人，2021 年;C. Wang 等人，2023a）。因此，目前的学术研究主要集中在植物蛋白Pickering颗粒的制备技术和稳定机制的开发上，以及稳定Pickering乳液在食品工业中的应用（Sarkar等人，2020）。 植物蛋白Pickering颗粒的复杂稳定机制最初是通过先前的努力阐明的。此外，目前的研究重点是探索环保、经济高效的加工和改性技术，用于制备植物蛋白Pickering颗粒，以及植物蛋白Pickering乳液在食品工业中的高价值应用。
已经对这些技术和
皮克林颗粒的应用来自植物，包括大豆、花生、玉米、豌豆、藜麦、小麦等。然而，现有的文献中缺乏对由植物来源的蛋白质Pickering颗粒稳定的Pickering乳液的全面评估。因此，本文旨在对源自植物蛋白的Pickering颗粒的稳定机制、制备技术和各种应用进行深入探讨。最初，对植物蛋白Pickering颗粒的各种稳定机制进行了仔细研究。随后，全面概述了获取和修饰源自植物性蛋白质的Pickering颗粒的基本方法。最后，总结了植物蛋白Pickering乳液在食品工业中的重要应用。综上所述，本文为读者提供了对植物蛋白Pickering乳液稳定机制和研究进展的全面理解。此外，它还为环境友好、安全、可持续的植物蛋白乳液的探索和开发提供了理论方向。
2. 植物蛋白Pickering颗粒的稳定机理
植物来源的蛋白质Pickering颗粒稳定的主要手段是通过吸附油和水界面处的颗粒，在连续相内创建网络结构以及耗尽稳定（Yan等人，2020）。Pickering乳液是复杂的系统。在稳定的Pickering乳液体系中，Pickering颗粒稳定的乳液通常通过各种不同的稳定机制完成。因此，本节将分别介绍三种不同的稳定机制。
2.1.
油和水界面处的颗粒吸附
产生乳液的主要障碍是在油和水的界面处发生的界面张力。当不混溶的油相和水相在两亲性Pickering颗粒的作用下分散在一起形成乳液时，不仅会产生界面，而且界面张力也会发生变化（Wang等，2022）。当油-水界面处的液体分子被两亲性皮克林颗粒取代时，界面张力和创建新界面所需的能量会降低。吸附在油水界面的Pickering颗粒可以形成空间或静电屏障层，防止乳液液滴聚结（Rayner等人，2012）。皮克林乳液的稳定性取决于皮克林颗粒所拥有的自由能（ΔG）量，这些自由能在油和水的界面上被吸收。对于半径为 r 的单个各向同性球体粒子，ΔG值可以用公式 （1） 表示：
ΔG= ΔE = πrγ（1 ± 余音）
(1)
Δ
E 表示球形皮克林粒子从公式中的油水界面分离所需的能量。球形皮克林粒子的半径表示为 r，而 γ 表示界面处油和水之间的张力。此外
θ
表示皮克林粒子的三相接触角。式（1）表明半径r对乳液的稳定性有显著影响。ΔG的值与r成正比。表面活性剂分子通常比球形皮克林颗粒小。这就是为什么Pickering乳液比用表面活性剂形成的传统乳液更稳定的主要原因。Binks等人（Binks，2002）的研究发现，当Pickering颗粒被减少到小于0.5nm（相当于表面活性剂分子）时，它们将很容易从油水界面中解吸。此外，从公式（1）不难发现，ΔG值也与大小密切相关
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不难发现，ΔG值也与三相接触角θ的大小密切相关。
θ
是量化球形Pickering颗粒对油相和水相的润湿性的重要参数，可由式（2）提供：
余音 = γ γ/γ
(2)
该公式包括γ和γ，前者表示皮克林颗粒与油之间的界面张力，后者表示皮克林颗粒与水之间的界面张力。考虑到油水界面的两相被皮克林颗粒润湿，皮克林颗粒的润湿性是决定皮克林乳液稳定性的另一个关键因素。式（2）表明，当
θ
小于 90。
此时，油水界面处的皮克林颗粒倾向于向油相弯曲，从而产生水包油（O/W）皮克林乳液。什么时候
θ
大于90时，颗粒优先被油相润湿。油-水界面处的皮克林颗粒倾向于向水相弯曲，形成油包水 （W/O） 皮克林乳液。什么时候
θ =
90、Pickering颗粒的ΔG值最大，形成的Pickering乳液稳定性最高。图1是Pickering颗粒三相接触角为<90时Pickering乳液的类型示意图
◦
和 >90。此外，需要指出的是，这些结论是基于皮克林粒子是刚性均匀球体的假设（Wang et al.， 2022）。当具有表面电荷和变形性的植物来源的蛋白质软胶束被用作Pickering颗粒时，Pickering乳液的稳定机制无法用上诉公式准确描述（Shi等人，2020）。然而，要理解植物蛋白颗粒的Pickering稳定机理，掌握经典刚性球形颗粒的Pickering稳定机理至关重要。因此，有必要开发一种新的模型来解释植物蛋白颗粒的Pickering稳定机制。通过这种方式，可以更好地理解皮克林稳定机理和更高效的皮克林乳液。
当使用均质化或高速剪切制造Pickering乳液时，来自植物的颗粒将表现出软颗粒的特征，并在Pickering乳液形成过程中在油水界面处吸附时发生变形（D. Wang等人，2020a）。在这种情况下，植物蛋白颗粒比传统的刚性球形皮克林颗粒覆盖更大的油水界面面积。需要注意的是，等式（1）目前不再适用。为了计算可变形植物蛋白颗粒的界面解吸能，可以使用公式（3）。如图2所示，植物蛋白未变形时的半径为R，a为植物蛋白因吸附在油水界面而变形后的半径。在公式中，A和A分别是粒子-水和粒子-油界面区域。
ΔE = 4πrRγ+ pag Ag Ag
(3)
在这种情况下，由于变形颗粒的接触半径增大，脱离油水界面所需的解吸能高于相同体积的刚性颗粒。此外，根据方程计算。（1）和（2）中，乳液体系的界面自由能也随界面面积的减小而减小。从理论上讲，可变形的植物蛋白颗粒是皮克林乳液的有前途且有效的稳定剂。一些植物蛋白（如大豆蛋白、豌豆蛋白、花生蛋白、玉米蛋白等）已被用于制备可变形颗粒以稳定Pickering乳液（Ning等人，2020;Tan 等人，2021 年;Tang 等人，2023 年;D. Wang 等人，2020a）。值得注意的是，考虑到植物蛋白结构和性质的复杂性，这些机制和相关方法可能只适用于或适用于某些特定的蛋白质，不应被视为普遍规则。因此，在设计和制备Pickering乳液时，考虑不同植物蛋白的特性是很重要的。不同的蛋白质可能需要不同的技术和方法来成功稳定乳液。此外，稳定过程的有效性可能因不同的蛋白质而异。
2.2.
形成立体网络结构
毋庸置疑，Pickering乳液体系中蛋白质颗粒的存在通过吸附油和水界面的颗粒来提高乳液的稳定性。 此外，某些颗粒通过在连续相内形成三维网络结构来促进乳液的稳定性（Berton-Carabin 等人，2021 年）。通过防止油滴合并，这种网络布置增强了乳液的稳定性。当植物蛋白过量存在时，Pickering乳液也具有三维网络结构。Pickering乳液中过量的植物蛋白Pickering颗粒形成的三维网络结构示意图如图3所示。根据Dickinson等人（Dickinson，2010）的说法，这种三维网络结构可以减少Pickering乳液系统内液滴的运动。此外，它还可以抑制水颗粒的下降和油颗粒的浮力，从而提高乳液的稳定性。通过提高乳液的稳定性，可以长时间储存，而不会改变其特性。此外，这种排列有可能改变Pickering乳液的特性，包括其稠度、界面张力和液滴尺寸。Zhang等人（X. Zhang等人，2020）使用不同的浓度（1%
3%，w/v）的大豆分离蛋白-羧甲基纤维素复合颗粒乳化74.05%的油相，形成高内相Pickering乳液。随着复合颗粒浓度的增加，高内相乳液的液滴尺寸减小，导致稳定性增加。利用扫描电子显微镜，可以观察由以下因素形成的三维网络结构：
图 1.Pickering颗粒三相接触角为<90时Pickering乳液类型示意图
◦
和 >90。
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复合颗粒，这被发现是增强乳液稳定性的关键决定因素。粘度还受到网络排列的影响，因为更多的颗粒会导致粘度增加。通过控制颗粒浓度，提高了乳液的稳定性和粘度。
另一份报告使用花生蛋白分离物微凝胶乳化超过85%的油相来制备Pickering乳液（Jiao等人，2018）。通过扫描电子显微镜和光学显微镜观察，他们发现油滴表面形成的蛋白质层和蛋白质微凝胶在水相中形成的三维网络结构共同稳定了Pickering乳液。蛋白质层增加了乳液的硬度，三维网络结构抑制了油滴的运动。该报告还表明，改变水相的pH值可以调节三维网络的结构和刚度。水相pH值的变化也会影响油滴的大小，进而影响乳液的粘度。这可能导致最终产品出现不同的质地。Yan等人（Yan et al.， 2020）发现，连续相中蛋白质颗粒的初始浓度是决定Pickering乳液中三维网络结构形成的关键因素之一。如果蛋白质颗粒的浓度太低，则不可能在连续相中形成三维网络结构。如果蛋白质颗粒的浓度过高，乳液将变得难以均质化。因此，应筛选适当浓度的蛋白质颗粒，以制备稳定的Pickering乳液。蛋白质颗粒的浓度应根据乳液的所需性质和应用仔细调整。
2.3.
损耗稳定机制
消耗稳定的机制涉及消耗Pickering乳液系统中的蛋白质颗粒，这些蛋白质颗粒在油和水之间的界面上没有被吸收，以稳定Pickering乳液。不同类型的植物蛋白在结构和性质上有很大差异。当过量的蛋白质存在于连续的
图 2.植物蛋白Pickering颗粒在油水界面的吸附和变形示意图。
图 3.Pickering乳液中过量植物蛋白Pickering颗粒形成的三维网络结构示意图。
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当过量的蛋白质存在于乳液的连续相中时，某些类型的蛋白质不会形成网络结构。相反，它们以非吸收性聚合物的形式存在。当乳液体系中存在足够高浓度的不可吸收聚合物分子时，它们通过产生渗透应力促进Pickering乳液中乳液滴和胶体颗粒的絮凝（Bai等人，2018）。根据研究，通过掺入蛋白质纤维可以增强水包油乳液中的乳液稳定性，这导致系统内颗粒之间的消耗吸引力增加（Peng等人，2016）。图4是Pickering乳液中蛋白质原纤维的消耗稳定机理示意图。目前，关于Pickering乳液稳定性的研究有限，这些乳液通过植物来源的蛋白质使用耗尽机制进行改善。然而，在某些特殊情况下，这种机制的重要性不容忽视。因此，在今后的研究中，应更加关注植物蛋白的消耗稳定机制。这些研究最终可以提供一种更可持续和更环保的乳液稳定方法。这可以为产品提供更好的性能和性能，同时减少其生产对环境的影响。
3.植物蛋白Pickering颗粒的制备方法
植物蛋白通常需要进行修饰，以使植物蛋白Pickering乳液满足食品工业的要求。本节介绍了几种植物蛋白Pickering颗粒的制备方法和相关应用，包括热诱导聚集法、机械处理法、pH循环法、反溶剂沉淀法、化学交联法和酶处理（表1）。这些方法可以改变植物蛋白的结构，提高其乳化能力。因此，这些改良的植物蛋白可用于创造动物性产品的可持续替代品。
3.1.
热诱导聚集法
皮克林颗粒的制备可以通过简单、环保、有效的热处理方法实现。它已被广泛研究和应用于提高植物蛋白的两亲性。蛋白质的两亲性特性可以不同程度地修饰，这种修饰可以通过与热处理相关的参数进行调节。改善蛋白质的乳化和发泡性能，这是关键的功能，也可以通过热处理来实现。蛋白质的热诱导聚集是指通过热处理改变未聚集蛋白质的分子构象，从而改变蛋白质的功能。热处理过程修改了暴露的蛋白质疏水基团的数量，从而制备了Pickering颗粒。这是因为热处理可以改变植物性蛋白质的结构，导致蛋白质部分展开、折叠、
或聚合。热处理技术已被证明适用于植物蛋白，如大豆蛋白（B. Cui et al.， 2022a）、菜豆蛋白（C. Li et al.， 2023a）、玉米蛋白（T. Song et al.， 2021）和花生蛋白（Ning et al.， 2020）。在 C. Li 及其同事于 2023 年进行的一项研究（C. Li 等人，2023a）中，表明热处理可以暴露菜豆 L. 蛋白疏水基团。此外，热处理的菜豆L.蛋白比未经热处理的原料表现出更好的乳化能力。它们对水包油皮克林乳液具有更好的稳定能力。此外，有研究表明，通过热处理和不同浓度的氯化钠离子双重诱导富硒花生蛋白，皮克林纳米颗粒的发展（Ning等人，2020）。花生蛋白纳米颗粒具有较高的表面电荷和优异的油水两相润湿性，通过提高纳米颗粒浓度可以制备出液滴分布更均匀、尺寸更小的O/W Pickering乳液。热处理制备的皮克林颗粒操作简单，成本低，适合工业规模，并具有其他显著优势（J.-X.Liu 等人，2021 年）。因此，在植物蛋白纳米颗粒的制备和Pickering乳液的稳定化方面具有显著的应用潜力。Pickering 颗粒的潜力在各个领域都很重要，包括输送药物、保存食物和处理废水（Kouhi 等人，2020 年）。此外，它们有可能产生具有多种特性的创造性物质。
3.2.
机械处理方法
植物蛋白Pickering颗粒的机械制备原理是通过外力和能量将大尺寸的蛋白质制备成小尺寸的颗粒。Pickering乳液的液滴尺寸大多是微米级的，一般认为Pickering颗粒的尺寸必须比乳液液滴的尺寸小一个数量级。为了制备皮克林颗粒，必须将大的蛋白质分解成较小的蛋白质。目前常用的机械方法有微流化、高压均质、高强度超声、高静水压等。
根据Qin等人（Qin等人，2018），在100W的功率水平下对藜麦蛋白进行20分钟的超声处理导致藜麦蛋白的疏水特性和乳化能力增强。此外，作者进行的研究还揭示了盐浓度与藜麦蛋白Pickering乳液的冻融稳定性之间存在正相关关系。这归因于抑制冰晶形成的盐析效应。高静水压力方法通过提供恒定、均匀的压力来处理蛋白质。高静水压力可增强蛋白质
’
功能和营养特性，包括它们在体外乳化、溶解、消化和降低过敏性的能力（Sui 等人，2021 年）。此外，采用高静水压力可以有效降低
图 4.蛋白质原纤维的耗竭稳定机制。经许可转载（改编） （J. Peng et al.， 2016）。版权所有 ©2016，美国化学学会。
Y. Tian 等人
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物品中微生物的数量，从而增强加工产品中食品成分的功能和营养价值的保存，并提高食品质量参数。Tan 等人（Tan 等人，2021 年）用高静水压力和 pH 值变化处理大豆分离蛋白。通过对圆二色谱、远紫外光谱、表面疏水性等各种数据的分析，观察到大豆分离蛋白的结构发生了部分去折叠和解离。这导致表面电荷和溶解度显着增加，粒径减小。此外，还发现增加压力会增强pH值变化效应。高静水压力和pH值变化的协同作用可以显著展开蛋白质结构，进一步提高SPI乳化活性和稳定性。这样可以提高产品质量和保质期。乳液的封装效率也得到了提高。总体而言，这种方法是改善乳化的有效方法。微流化是一种先进的技术，可有效利用各种因素的协同影响，包括高压、瞬时压降、强剪切和气蚀（Sui et al.， 2021）。根据 N. Wang 等人在 2023 年进行的一项研究（N. Wang et al.， 2023b），发现通过非共价络合结合大豆分离蛋白和单宁酸，以及微流化处理的应用，可以大大提高 Pickering 乳液的稳定性。 此外，微流化处理后，乳液油水界面吸收的蛋白质浓度、乳液粘度和氧化稳定性均显著提高。这表明微流态化是增强乳液特性的成功方法。与其他方法相比，微流化也易于控制且具有成本效益。
3.3.
pH循环法
多种植物性蛋白质在结构和性质上存在很大差异，因此它们通常具有不同的等电点（McClements&Grossmann，2021）。在不同的pH值下，蛋白质的结构、溶解度和疏水性都会发生不同程度的变化。这将导致其乳化能力、发泡、胶凝和其他功能性能的变化。pH循环技术被证明是生产源自植物蛋白的疏水性Pickering颗粒的一种非常有效的方法（Rahman&Lamsal，2021）。为了部分扩展或展开蛋白质结构，pH循环技术最初将蛋白质暴露于高酸性或碱性条件下（Xiong等人，2023）。接下来，它们改变pH值以达到中性状态，这导致蛋白质分子的折叠并产生影响其功能特征的新结构。通过pH循环可以显着改善银杏籽蛋白特性（W. Zhang等人，2021b）。其溶解度提高141%，疏水性提高一倍以上，乳化能力也大大提高。此外，Xiong 等人最近进行的一项调查（Xiong et al.， 2023）显示，当 pH 循环和热处理相结合时，在温度不超过 80 C 的条件下，小麦面筋溶解度几乎增加了 10 倍。该研究还发现，加工小麦麸质的乳化能力显著提高。pH循环方法具有明显的优势，例如操作程序简单、经济实惠以及在工业环境中的适用性。 因此，pH循环技术在合成源自植物蛋白的纳米颗粒和稳定Pickering乳液方面显示出广阔的潜力。此外，该方法还可用于生产食品配料和其他功能性食品材料。
3.4.
一种反溶剂沉淀法
采用反溶剂沉淀法可制备各种尺寸、形状和表面性质的植物蛋白Pickering颗粒，并可控制颗粒之间的相互作用
表1
植物蛋白Pickering颗粒制备方法的比较。
方法
蛋白质类型
影响
引用
热诱导
集合体
菜豆
vulgaris L.
蛋白
增加表面
疏水性和
乳化能力
（C. Li 等人，
2023a）
花生
蛋白
增加表面
疏水性和
两亲性
（等人，
2020)
大豆蛋白
隔离
增强乳化能力
（B. Cui et al.，
2022a）
超声
治疗
藜麥
蛋白
增强蛋白质 提高乳化能力
（Qin et al.，
2018)
高静水力压
压力
大豆蛋白
隔离
减小尺寸，提高乳化能力
（Tan 等人，
2021)
微
流 态 化
大豆蛋白
隔离
提高吸附能力和两亲性
（王婷婷
等人，2023b）
pH循环
银杏籽
蛋白
溶解度、疏水性和乳化能力显著提高
（张伟文
等人，2021b）
小麦面筋
蛋白
提高溶解度和乳化能力
（Xiong et al.，
2023)
抗溶剂
降水
Hemp
蛋白
无规卷材和β片数量增加，乳化能力增强
（Y. Sun 等人，
2023)
Zein
在碱性和中性条件下具有增强的乳化能力
（王婷婷
等人，2020a）
化学交叉
连接
大豆蛋白
隔离
与Genipin交联后乳化能力增强
（Xiao et al.，
2023)
大麻籽
蛋白
与Genipin交联后总巯基和表面疏水性降低
（王玲玲
等人，2019 年）
银杏籽
蛋白
表面溶解度
与Genipin交联后疏水性和荧光强度降低
（等人，
2023)
多 酚
修改
大豆蛋白
隔离
通过疏水相互作用和氢键形成非共价键，增强乳化作用
（陈彦
等人，2019 年）
黑
黄豆
蛋白
隔离
增强乳化能力
（X. Cui et al.，
2022b）
糖基化
修改
大豆蛋白
隔离
减少颗粒聚集，提高溶解度和乳化性能
（王彦
等人，2020b）
酶
治疗
大豆蛋白
隔离
增强乳化性能
（Luo et al.，
2019)
大麻籽
蛋白
增强的乳化和持水能力
（周等人，
2022)
豌豆蛋白
增强的乳化、胶凝和持水能力
（Yi et al.，
2024)
Y. Tian 等人
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并且可以控制粒子之间的相互作用（Truong-Dinh Tran等人，2016）。在植物性蛋白质Pickering颗粒的反溶剂沉淀过程中，蛋白质必须首先完全溶解在溶剂相（如酒精或酒精溶液）中（F.Li等人，2021a）。然后，在不同的混合条件下，将反溶剂（如水溶液）以远离等电点的pH值注入溶剂中，诱导溶质过饱和，为沉淀提供驱动力。最后，通过一定的方法除去分散液中的溶剂相。溶剂相和反溶剂的相互溶解性是采用该方法制备Pickering颗粒的前提条件。Pickering颗粒的形成原理包括氢键，静电相互作用和疏水相互作用（Wang等，2022）。通过利用通过反溶剂沉淀技术生产的植物蛋白纳米颗粒，可以有效地稳定Pickering乳液。
通过在一项研究中利用抗溶剂沉淀方法调整乳液性能，优化了用大麻蛋白纳米颗粒稳定的Pickering乳液的性能（Y. Sun等人，2023）。与高饱和度和低饱和度制备的纳米颗粒相比，中等过饱和度制备的纳米颗粒粒径更小，表面电荷更高，更易润性和乳化性。根据Wang等人在2020年进行的研究（D. Wang等人，2020a），发现玉米醇溶蛋白二元水溶液（80%乙醇）的pH值可用于改变通过反溶剂沉淀产生的球形玉米醇溶蛋白纳米颗粒的尺寸和疏水性能。在碱性条件下，玉米醇溶蛋白颗粒表现出减小的粒径并具有亲水性表面，从而增强了它们对水的亲和力。玉米醇溶蛋白纳米颗粒一旦获得，就有可能在中性环境中充当Pickering稳定剂，促进持久Pickering乳液的形成。所得玉米醇溶蛋白纳米颗粒可在中性条件下用作Pickering稳定剂，形成稳定的Pickering乳液。Li等人（D. Li et al.， 2023b）通过反溶剂沉淀法成功制备了荞麦蛋白/大豆多糖复合颗粒和荞麦蛋白/大豆多糖/紫檀二烯三元纳米颗粒。根据研究结果，发现纳米配合物具有高水平的物理稳定性和发泡能力。紫檀二苯乙烯在三元纳米颗粒中的抗氧化能力比游离形式高得多。 反溶剂沉淀法操作简单、成本低、适用于多种食品配料，是一种很有前途的植物蛋白Pickering颗粒制备方法。此外，该工艺易于放大，可用于定制颗粒的大小，在食品工程和输送系统中具有潜在的应用。
3.5.
蛋白质交联法
蛋白质交联方法可以改变植物蛋白的结构和性质，赋予它们更好的乳化能力。 蛋白质交联方法主要包括蛋白质分子之间的自交联和其他物质诱导的复合交联。蛋白质分子间交联主要通过化学交联实现，复合交联主要包括多酚修饰诱导、糖基化和化学交联剂诱导（Nooshkam等，2023;Qi 等人，2023 年;Sui 等人，2021 年）。
3.5.1.
化学交联法
化学交联是改善和调整植物蛋白颗粒溶解度、润湿性和乳化能力的有效方法（T. Zhang等人，2021a）。用化学交联处理的植物蛋白可以形成新的离子键和共价键。戊二醛、邻苯二甲酸和芹芷是经常使用的主要化学交联剂（Gao 等人，2022 年; Y. Yu 等人，2021b）。用化学交联剂处理的植物蛋白可以提高其两亲性和乳化能力
戊二醛和邻苯二甲酸交联蛋白因其生物相容性低和口服毒性高而在食品工业中受到限制。因此，本文专门介绍了使用genipin交联的植物蛋白的介绍，genipin是一种天然交联剂，其特点是低毒性和高生物相容性。一些学者通过在亚麻籽油上涂上genipin交联的大豆蛋白分离物纳米颗粒来制备稳定的O/W Pickering乳液（Xiao等人，2023）。接下来，将Pickering乳液引入由聚丙烯酸和瓜尔豆胶制成的自修复水凝胶中。Pickering乳液的加入增强了水凝胶卓越的自修复能力（在91 h内实现6.10%的自愈效率）和机械特性（抗拉强度为0.89 MPa，应变为853.2%）。在另一项研究中，发现使用不同浓度的genipin修饰大麻籽分离蛋白导致蛋白质的总巯基含量和游离氨基含量降低，表面疏水性降低约30%（Q. Wang等人，2019）。采用genipin交联蛋白制备Pickering乳液和水凝胶，观察到当乳液掺入凝胶中时，胶凝能力显著增强。银杏种子分离蛋白（GSPI）的修饰由He等人（He等人，2023）使用genipin进行。修饰的银杏籽蛋白的溶解度、表面疏水性和荧光强度均有所下降。本研究还比较了用改性和未改性GSPI制备的凝胶特性。 该研究发现，在修饰GSPI后，凝胶的硬度和保水能力显着提高。研究人员越来越青睐genipin，因为它是交联蛋白质的天然试剂，有效增强了植物蛋白的乳化能力。未来有必要进一步研究由genipin交联的植物蛋白形成的Pickering乳液。
3.5.2.
一种多酚改性方法
酚类化合物与植物蛋白的相互作用可以改善植物蛋白
’
理化性质，包括氧化安定性、热稳定性、乳化等（X. Cui et al.， 2022b）。研究发现，茶多酚和大豆蛋白可以通过疏水相互作用和氢键形成非共价键来增强大豆蛋白乳化（G. Chen et al.， 2019）。其他非共价相互作用，如离子键，在多酚与蛋白质的相互作用中是次要的，但它们仍可用于改变蛋白质的功能特性。在另一项研究中，通过使用矢车菊素-3-O-葡萄糖苷诱导黑大豆分离蛋白来制备黑大豆分离蛋白/矢氨酸-3-O-葡萄糖苷复合物颗粒（X. Cui等人，2022b）。用不同浓度的复合颗粒得到的高内相Pickering乳液都具有较高的储存和氧化稳定性。随着复合颗粒浓度的增加，Pickering乳液的液滴尺寸减小，液滴分布变得更加均匀。Chen等人（H.-H.Chen等人，2022）在碱性条件下通过糖基化和共价反应制备了豌豆蛋白分离物-麦芽糊精-表没食子儿茶素-3-没食子酸酯（PPI-MD-EGCG）三元偶联物。他们使用PPI-MD-EGCG制备了含有姜黄素的Pickering乳液。该研究得出的结论是，PPI-MD-EGCG 因其高稳定性和负载效率而成为姜黄素的有效递送系统。根据研究，蛋白质、糖和多酚的结合导致豌豆分离蛋白的二次形成被破坏。因此，表面的疏水性降低，同时形成乳液和清除DPPH自由基的能力增强。 此外，它还有可能用于创造具有增强稳定性和保质期的创新食品。这种输送系统在食品工业中的潜在应用可能意义重大。
3.5.3.
糖基化法
糖基化反应，也称为美拉德反应，是糖和蛋白质之间的一系列复杂的非酶促反应
Y. Tian 等人
食品化学：X 21 （2024） 101066
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用化学交联剂处理的植物性蛋白质可以提高其两亲性和乳化能力（Rabbani等人，2020）。大多数蛋白质都存在溶解度低、亲水性差等缺点。通过蛋白质和多糖之间的糖基化反应，可以同时保持蛋白质的表面活性和糖的亲水性（Kutzli等人，2021）。大量研究表明，经历美拉德反应的植物蛋白表现出增强的乳化、溶解度、抗菌和抗氧化作用（Sui 等人，2021 年）。Wang等人（Y. Wang et al.， 2020b）发现，通过麦芽糖和大豆分离蛋白之间的糖基化反应，可以显着改善大豆分离蛋白的功能特性。改性后大豆分离蛋白颗粒更松散、尺寸均匀，分子聚集明显减少，溶解度和乳化性能得到改善。此外，由糖基化大豆分离卵制备的Pickering乳液的冻融稳定性更强。一些研究还发现，由阿拉伯树胶和美拉德反应修饰的豌豆蛋白浓缩物制备的皮克林乳液在72°C和高离子强度（500mM）下处理后仍能表现出优异的物理稳定性（Zha等人，2019）。本研究还发现，美拉德反应后，乳液的恶臭（豆腥味等）得到有效改善。这表明美拉德反应可以增强植物蛋白的乳化性能和风味。在美拉德反应的中后期，一些有害的中间体和副产物（如类黑素、丙烯酰胺等）。）会形成，可能对食品营养价值和安全构成隐患（Sui et al.， 2021）。因此，未来的研究将集中在控制美拉德反应副产物的产生上，以确保食品安全，同时形成优良的植物蛋白Pickering颗粒。为此，应制定策略，通过控制反应条件（如温度、pH值和催化剂的存在）来减少副产物的形成。此外，应探索新的方法，以进一步提高植物基Pickering颗粒的稳定性和安全性。
3.6.
酶处理
植物蛋白中酶的优点是特异性、低污染水平和毒性。目前，用于修饰植物性蛋白质的常用酶主要包括漆酶、转移谷氨酰胺酶（TGase）、酪氨酸酶等（Nasrabadi等人，2021）。TGase和漆酶是提高蛋白质稳定性和功能的主要酶。Luo等人于2019年研究了TGase对盐诱导的大豆蛋白分离乳液胶凝行为的影响（Luo等人，2019）。结果发现，在胶凝前将大豆蛋白分离乳液与TGase预交联可提高凝胶抗变形性和持水能力。周等人（周等人，2022）发现TGase可以催化酪蛋白和大麻籽蛋白的交联形成复合物。交联配合物具有更好的乳化活性和水容量。此外，豌豆蛋白功能可以通过绿原酸介导的漆酶催化得到改善（Yi等人，2024）。利用漆酶与绿原酸交联，可以大大提高豌豆蛋白的乳化活性、乳化能力、凝胶强度和持水能力。食品工业越来越青睐酶处理技术来增强植物蛋白，因为它们效率高、污染最小且有益。
4、植物蛋白Pickering乳液在食品领域的应用
植物蛋白颗粒安全、无毒、可降解、生物可利用性强，其稳定的皮克林乳液在食品领域具有巨大的应用潜力。作为活性物质载体，抑制脂质氧化，替代氢化植物油，用作仿生界面催化反应器（表2）是植物基蛋白质Pickering乳液最科学、最经济、最社会的应用方向（Chang等，2023;Kan 等人。
2023;习 等人，2021 年）。因此，本节将介绍植物蛋白Pickering乳液在这些方向上的应用发展。
4.1.
活性物质载体
植物基Pickering乳液为对环境条件敏感的活性成分提供了出色的载体。研究表明，使用细菌纤维素纳米纤维/大豆蛋白分离物复合颗粒制备的高内相Pickering乳液可用作姜黄素的封装载体（Shen等人，2021）。姜黄素在高内相乳液中的保留率高达
94.18
±
2.97%，其生物利用度也显著提高。
表2
植物蛋白Pickering乳液在食品领域的应用。
应用类型
稳定器类型
优势
引用
活性物质
载体
细菌纤维素
纳米纤维/大豆
蛋白质分离物
显著
提高姜黄素的保留和生物利用度
（Shen et al.，
2021)
水解大米谷蛋白纳米颗粒
改进
生物利用度和
转化率
姜黄素
（Z. Yang
等。
2023b）
大豆蛋白水解物微凝胶颗粒
改进
封装
槲皮素的效率和持续释放
（杨婷婷
等。
2023a）
豌豆蛋白和高甲氧基果胶胶颗粒
改良β-胡萝卜素
可用性
（Yi et al.，
2021)
抑制脂质
氧化
格列多糖/壳聚糖
杂化颗粒
减少脂质的初级氧化产物
（Zeng等人，
2017)
格列多糖-壳聚糖
纳米颗粒
增强抗氧化能力
（Li et al.，
2019)
玉米醇溶蛋白-红豆种皮多酚共价交联纳米颗粒
增强脂质
氧化安定性
（Ge et al.，
2022)
的替代品
加 氢
植物油
大豆分离蛋白
用细腻的味道代替植物黄油
（王婷婷
等。
2023a）
仿生
接口
催化
反应器
磷酸化玉米醇溶蛋白
纳米颗粒
催化收率
增加更多
超过两倍
（习等人，
2021)
酪蛋白酸钠
更高的反应
高效、快速
产品分离
和恢复，以及
回收酶
保持催化作用
活动
（习等人，
2022)
3D打印
大米蛋白和
羧甲基
纤维素
最佳的打印分辨率、硬度、附着力和咀嚼性
（Wan 等人，
2021)
和蛋白质果胶-
复杂的 EGCG
乳液基油墨
提供强大的
支持和平滑
挤压
特性
（Feng et al.，
2022)
茶渣蛋白/黄原胶颗粒
光滑的理想选择
挤出和
优秀的自我
支持能力
（An 等人，
2023)
Y. Tian 等人
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Yang等人（Z. Yang等人，2023b）通过用不同浓度的乙醇（25%-100%）水解大米谷蛋白来制备含有姜黄素的Pickering乳液。结果表明，在浓度为50%的乙醇水解大米谷蛋白纳米颗粒Pickering乳液中，姜黄素的生物利用度和转化率最高，这可能是由于其油水界面膜较厚所致。在另一项使用大豆蛋白水解微凝胶颗粒Pickering乳液携带槲皮素的研究中发现，当pH值为9时，槲皮素的包封效率最高（89.45%），槲皮素可以连续释放（J. Yang等，2023a）。体外模拟消化实验表明，乳液中脂肪酸释放率低（61 %），槲皮素生物利用度高（65 %）。在一项使用豌豆蛋白Pickering乳液携带的研究中
β
-胡萝卜素，发现调节乳液的油相分数可以调节乳液中β-胡萝卜素的肠道释放和稳定性（Yi等，2021）。总体而言，Pickering乳液是经过验证的输送活性物质的载体。它已被证明可以提高化合物的生物利用度并增强乳液的稳定性。这些特性使其成为改善活性物质递送的有前途的工具。
4.2.
抑制脂质氧化
食物中脂质的氧化会产生潜在的有毒成分，导致高脂肪食物的感官和营养质量下降（Kaderides 等人，2021 年）。乳液类食品中脂质氧化的主要原因是脂质过氧化物与液滴表面附近的过渡金属离子之间的相互作用（Villeneuve等人，2023）。植物蛋白Pickering乳液的油水界面层比表面活性剂乳液厚得多。可以更好地防止油滴中的脂质过氧化物与水相中的过渡金属离子接触，延缓氧化。此外，一些研究发现，许多植物性蛋白质还具有抗氧化能力。例如，具有抗氧化能力的醇溶蛋白侧链中氨基酸的存在可以通过清除自由基来减少乳液中脂质的氧化（Zeng等人，2017）。此外，研究表明，乳液中的脂质氧化速率也受到液滴表面电荷的影响。Li等人（Li et al.， 2019）发现，通过调节乳液的pH值，可以通过调节乳液的pH值来调节由麦醇溶蛋白/壳聚糖纳米颗粒稳定的Pickering乳液中脂肪的氧化稳定性。在麦醇溶蛋白等电点（PI
=
6.8）具有优良的氧化安定性。这是由于在这种情况下吸附的醇溶蛋白颗粒具有很强的正电荷。这可以排斥油滴表面的过渡金属离子。在Pickering乳液中，也可以通过使用多糖或多酚来改变吸附的蛋白质颗粒的性质来抑制脂质氧化。例如，通过大豆分离蛋白稳定剂与花青素以及玉米醇溶蛋白和红豆种皮多酚的相互作用，可以提高Pickering乳液对脂质氧化的抵抗力（Ge等人，2022;Ju 等人，2020 年）。这些研究表明，植物蛋白作为Pickering乳液稳定剂可以显著提高脂质氧化稳定性。反过来，这可以延长食品的保质期，使它们对消费者更具吸引力。此外，使用植物蛋白来稳定Pickering乳液是一种环保和可持续的解决方案。
4.3.
氢化植物油的替代品
在食品工业中，动物脂肪和植物氢化油具有细腻而浓郁的味道。它们深受消费者的喜爱，并广泛用于奶油、冰淇淋和黄油等食品中。动物脂肪价格昂贵，碳足迹高。植物氢化油氢化过程中形成的反式脂肪酸在被人体摄入时对心血管系统有负面影响。因此，使用植物蛋白和植物油开发Pickering乳液是一条潜在的发展道路
Wang等人（C. Wang et al.， 2023a）从大豆分离蛋白中制备了高内相Pickering乳液，发现高内相乳液可以替代氢化植物油。此外，醇溶蛋白稳定的高内相Pickering乳液也可以用作氢化植物油的替代品（胡等人，2016）。通过调节pH值，可以改变麦醇溶蛋白稳定的高内相Pickering乳液的性能。Klojdov'a等人（Klojdov'a & Stathopoulos，2022）综述了油包水（W/O/W）Pickering乳液在功能性冰淇淋中的应用前景。在冰淇淋中应用W/O/W皮克林乳液，不仅可以降低脂肪含量，保持产品的奶油味，还可以通过封装益生菌和活性物质来提供冰淇淋功能。除了封装香精、色素和其他成分外，Pickering 乳液还可以增加冰淇淋的稳定性。此外，Pickering 乳液可以为冰淇淋提供更长的保质期，使其保持更长时间的新鲜。高内相Pickering乳液可以将液态油转化为具有一定粘弹性的固体，以取代固体脂肪。这具有环保、健康、便宜的优点。基于此，用植物蛋白稳定的Pickering乳液替代氢化植物油是未来研究的重点。
4.4.
仿生界面催化反应器
Pickering乳液液滴具有较大的比表面积，将它们应用于仿生界面催化反应器可以大大提高催化效率（Ni等人，2022）。此外，Pickering乳液通常由油相，水相和吸附在油水界面的Pickering颗粒组成（H. Zhao等人，2022）。皮克林乳液可以通过调节pH值、加热、反复冻融等方式进行破乳，从而实现油相和水相的分离。因此，将Pickering乳液应用于仿生界面催化反应器也可以实现催化底物和催化产物的快速分离（Ni等人，2022）。研究发现，由固定在金纳米颗粒中的磷酸化玉米醇溶蛋白颗粒制备的皮克林乳液可用作油水界面级联反应的催化剂（习等人，2021）。该催化方法除了在各种油相中具有优异的催化活性和回收能力外，还具有较高的催化活性。特别是在油水界面处使用金属催化剂和生物催化剂，可实现级联反应，催化效率比单一金属高2倍以上。此外，另一项研究发现，仅由酪蛋白酸钠稳定的 CO2/N2 响应性水包油皮克林乳液可以作为一种高效且可持续的生物催化系统（习 等人，2022 年）。该系统可以很容易地分离和回收酪蛋白酸钠、酶和催化产物。回收的酶仍能保持较高的催化活性。然而，目前食品领域使用Pickering乳液作为仿生界面催化反应器的研究很少。 然而，Pickering乳液在仿生界面催化反应器领域具有不可替代的优势。因此，在食品催化领域具有广阔的应用前景。
4.5.
3D打印
3D打印技术是一种新兴的食品制造工艺，具有低浪费、省时、高精度、高效率等多重优点。3D打印遵循基于数字3D模型的逐层沉积的增材原理，构建在形状、味道、质地、颜色和营养方面满足消费者需求的定制成品。Wan 等人（Wan 等人，2021 年）使用由大米蛋白和羧甲基纤维素制备的高内相 Pickering 乳液作为食品级 3D 打印的油墨。通过改变羧甲基纤维素的取代程度，可以改变大米蛋白的疏水/亲水性质。这
Y. Tian 等人
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这使其能够在3D打印过程中实现可控的可注射性和可打印性。此外，Feng 等人（Feng 等人，2022 年）使用由蛋白质-果胶-EGCG 复合物制备的 Pickering 乳液进行 3D 打印。研究发现，在3DP加工过程中，肉桂醛作为风味成分的损失率分别降低了10.02±0.01%和11.29±0.01%。An et al. （An et al.， 2023） 发现，由茶渣蛋白/黄原胶颗粒稳定的 Pickering 乳液凝胶也可用于 3D 打印。他们发现，黄原胶含量超过1.5%的Pickering乳液凝胶显示出理想的平滑挤出和出色的自支撑能力，以保持设计的形状和结构。随着3D打印技术在食品领域的普及和推广，消费者对3D打印食品的偏好应充分考虑，提高其可接受度。安全也是必须考虑的重要方面。
5.
总结与展望
植物蛋白Pickering颗粒因其在绿色安全、乳化和改性方面的优势，在Pickering乳液中具有良好的应用前景。本文综述了植物蛋白Pickering颗粒的稳定机理和制备方法，并介绍了稳定Pickering乳液在食品领域应用的最新研究进展。鉴于植物蛋白Pickering颗粒的独特优势，我们相信会有更多的学者进行深入研究。今后可考虑在以下几个方面进行深入研究：（1）探究不同类型植物蛋白在Pickering颗粒中的稳定机制;（2）开发更多可用于稳定Pickering乳液的植物蛋白;（3）开发更环保、更安全、成本更低的植物蛋白Pickering颗粒制备和改性方法;（4）探索植物蛋白Pickering乳液更具价值的应用领域，提高植物蛋白Pickering颗粒附加值;（5）评价植物蛋白Pickering颗粒与其他食品配料和添加剂的相容性;（6）研究各种参数对植物蛋白Pickering颗粒稳定性的影响。
CRediT 作者贡献声明
Yachao Tian：概念化、数据管理、形式分析、方法论、写作
–
原稿， 写作
–
回顾
&
编辑。
孙福伟：形式分析、方法论、软件。王卓英：概念化、软件化、验证化、可视化。袁超：调查、监督、验证。王忠江：项目管理、资源、资金获取。 郭增旺：资金获取、项目管理、监理。Linyi 周：资金获取、方法论、项目管理、监督、验证、可视化。
利益争夺声明
作者声明，他们没有已知的相互竞争的经济利益或个人关系，这些利益或关系可能会影响本文所报告的工作。
数据可用性
文章中描述的研究没有使用任何数据。
资金
本研究由国家重点研发计划[2021YFD2100400]、黑龙江省“启示与引领”科技攻关项目[2023ZXJ08B02]、国家重点研发计划[2022YFF1100600]、黑龙江省“百上千”资助
”
工程
科学
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技术重大专项[2021ZX12B02].
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Y. Tian 等人