近日，中國水產科學研究院南海水產研究所院級水產品精深加工與高值化利用創新團隊在殼聚糖-二氧化鈦復合顆粒穩定的精油Pickering乳液的緩釋抑菌機制：聚焦油水界面行為研究方面取得新進展。相關研究成果以“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”為題發表在Top期刊《Carbohydrate Polymers》（Q1, IF=10.7，聯合培養碩士研究生王恒恒為第一作者，王悅齊研究員和吳燕燕研究員為通訊作者）。

紫蘇精油（PLEO）因其在食品保鮮和醫療保健領域的潛在益處而受到重視，但其化學不穩定性限制了其廣泛應用。本研究采用殼聚糖（CS）和二氧化鈦（TiO₂）制備了復合納米顆粒，通過月桂酸鈉（SL）對TiO₂進行表面改性，成功實現了0.1%至3%的TiO₂在CS基質中的均勻分散。CS-SL-TiO₂復合顆粒通過分子間和分子內的相互作用，在油水界面形成了穩定且具有良好粘彈性的界面膜。該顆粒穩定的Pickering乳液表現出非牛頓假塑性流體特性，即在剪切力作用下粘度降低，同時具備緩釋和抗菌的多重功能。特別是，含有0.5%和1% CS-SL-TiO₂復合顆粒的Pickering乳液對大腸桿菌和金黃色葡萄球菌展現出顯著的抗菌效果。此外，Ritger-Peppas模型被證實為描述乳液中PLEO緩釋特性的最佳模型。研究進一步發現，乳液的緩釋行為與界面壓力、接觸角、復合顆粒的粒徑和電位呈正相關，而與擴散速率、滲透速率、釋放動力學和釋放率呈負相關。該研究為開發具有緩釋功能的多糖基質抗菌乳液提供了科學依據，也為開發新型抗菌食品包裝材料提供新思路。

圖形摘要

圖1 含有固定濃度CS（1%, W/W）和不同濃度TiO₂（0%-3%, W/W）的復合顆粒的傅立葉變換紅外光譜（A）、粒度（B）、體積分布（C）、Zeta電位(D)、原子力顯微鏡圖像(E)、掃描電子顯微鏡圖像(F)和三相接觸角(G)

圖2 界面張力(A)、界面壓力(B)、時間平方根(t^1/2)與界面壓力的關系(C)、ln[( π₁₀₈₀₀ - π_t )/( π₁₀₈₀₀ - π₀ )]與時間的關系(D)、界面粘彈性模量與界面壓力的關系(E)、復合顆粒的界面彈性模量 (F)、界面粘模量 (G)和隨時間變化的tanφ值(H)

圖3 界面粘彈性模量 (A) 或 tanφ (B) 與頻率的函數關系，以及界面粘彈性模量 (C) 或 tanφ (D) 與振幅時間的函數關系

圖4 由殼聚糖 (CS) (1%,W/W)和二氧化鈦 (TiO₂) (0-3%, W/W)組成的復合顆粒在振幅掃描（ΔA/A = 5%-30%）期間穩定的油水界面的利薩如圖

圖5 通過振幅掃描(ΔA/A = 5%-30%)測定的不同濃度復合顆粒穩定的油水界面拉伸（A）和壓縮（B）過程中的S因子

圖6. 復合顆粒穩定的乳液的液滴大小(A)、Zeta電位(B)和激光共聚焦顯微鏡圖像(C)

圖7.復合顆粒的存儲模 (G′) (A)或損耗模量(G″) (B)與頻率的函數關系、存儲模量(G′)與應力的函數關系(C)以及乳液粘度與剪切速率的函數關系(D)

圖8. 不同濃度的復合顆粒穩定乳液中環氧乙烷的緩釋曲線(A)、緩釋百分比 (B)以及對大腸桿菌和金黃色葡萄球菌的抗菌效果(C)

圖9 不同指標之間的相關性分析(A)，復合顆粒穩定的精油皮克林乳液緩釋抑菌機制（B）