图形摘要

近日，中国水产科学研究院南海水产研究所院级水产品精深加工与高值化利用创新团队在壳聚糖-二氧化钛复合颗粒稳定的精油Pickering乳液的缓释抑菌机制：聚焦油水界面行为研究方面取得新进展。相关研究成果以“Mechanisms underlying the slow-release and antibacterial characteristics of Perilla essential oil Pickering emulsions stabilized by chitosan-titanium dioxide composite particles: A study focusing on oil-water interfacial behaviors”为题发表在Top期刊《Carbohydrate Polymers》（Q1, IF=10.7，联合培养硕士研究生王恒恒为第一作者，王悦齐研究员和吴燕燕研究员为通讯作者）。

紫苏精油（PLEO）因其在食品保鲜和医疗保健领域的潜在益处而受到重视，但其化学不稳定性限制了其广泛应用。本研究采用壳聚糖（CS）和二氧化钛（TiO2）制备了复合纳米颗粒，通过月桂酸钠（SL）对TiO2进行表面改性，成功实现了0.1%至3%的TiO2在CS基质中的均匀分散。CS-SL-TiO2复合颗粒通过分子间和分子内的相互作用，在油水界面形成了稳定且具有良好粘弹性的界面膜。该颗粒稳定的Pickering乳液表现出非牛顿假塑性流体特性，即在剪切力作用下粘度降低，同时具备缓释和抗菌的多重功能。特别是，含有0.5%和1% CS-SL-TiO2复合颗粒的Pickering乳液对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌展现出显著的抗菌效果。此外，Ritger-Peppas模型被证实为描述乳液中PLEO缓释特性的最佳模型。研究进一步发现，乳液的缓释行为与界面压力、接触角、复合颗粒的粒径和电位呈正相关，而与扩散速率、渗透速率、释放动力学和释放率呈负相关。该研究为开发具有缓释功能的多糖基质抗菌乳液提供了科学依据，也为开发新型抗菌食品包装材料提供新思路。

图1 含有固定浓度CS（1%, W/W）和不同浓度TiO₂（0%-3%, W/W）的复合颗粒的傅立叶变换红外光谱（A）、粒度（B）、体积分布（C）、Zeta电位(D)、原子力显微镜图像(E)、扫描电子显微镜图像(F)和三相接触角(G)。

图2 界面张力(A)、界面压力(B)、时间平方根(t^1/2)与界面压力的关系(C)、ln[( π₁₀₈₀₀ - π_t )/( π₁₀₈₀₀ - π₀ )]与时间的关系(D)、界面粘弹性模量与界面压力的关系(E)、复合颗粒的界面弹性模量 (F)、界面粘模量 (G)和随时间变化的tanφ值(H)。

图3 界面粘弹性模量 (A) 或 tanφ (B) 与频率的函数关系，以及界面粘弹性模量 (C) 或 tanφ (D) 与振幅时间的函数关系。

图4 由壳聚糖 (CS) (1%,W/W)和二氧化钛 (TiO₂) (0-3%, W/W)组成的复合颗粒在振幅扫描（ΔA/A = 5%-30%）期间稳定的油水界面的利萨如图。

图5 通过振幅扫描(ΔA/A = 5%-30%)测定的不同浓度复合颗粒稳定的油水界面拉伸（A）和压缩（B）过程中的S因子。

图6. 复合颗粒稳定的乳液的液滴大小(A)、Zeta电位(B)和激光共聚焦显微镜图像(C)。

图7.复合颗粒的存储模 (G′) (A)或损耗模量(G″) (B)与频率的函数关系、存储模量(G′)与应力的函数关系(C)以及乳液粘度与剪切速率的函数关系(D)。

图8. 不同浓度的复合颗粒稳定乳液中环氧乙烷的缓释曲线(A)、缓释百分比 (B)以及对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抗菌效果(C)。

图9 不同指标之间的相关性分析(A)，复合颗粒稳定的精油皮克林乳液缓释抑菌机制（B）