水包水(W/W)乳液由两种不相容的水性聚合物相组成。由于其优异的生物相容性、环保性和温和的制备条件,W/W乳液近年来受到了广泛关注(Esquena, 2016)。多糖作为食品级、可再生且可生物降解的大分子,被越来越多地用于构建W/W乳液(Lei et al., 2022; Machado et al., 2022)。普鲁兰(PUL)和羟丙基甲基纤维素(HPMC)是具有优良性能的水溶性多糖:PUL由Aureobasidium pullulans产生,具有高水溶性、适当的溶液粘度和灵活的链结构(Machado et al., 2022; Singh et al., 2008);HPMC是纤维素的醚化衍生物,能够调节溶液粘度并影响聚合物间的相互作用(Bajwa et al., 2009)。由于分子不相容性和粘度差异可能导致水-水相自发分离,PUL和HPMC成为构建W/W乳液的理想选择。通过调节PUL和HPMC的浓度,可以调控体系的粘度和聚合物扩散行为,从而影响乳液的形态和稳定性。
W/W乳液在将亲水性物质(如亲水性生物活性化合物、益生菌、酶及其他水溶性成分)封装在纯水体系中方面具有独特优势(Beldengrun et al., 2018; Bu et al., 2025; Zhou et al., 2023)。因此,W/W乳液在食品、制药和生物医学领域具有广泛的应用前景。然而,极低的界面张力和较大的界面厚度会导致乳液液滴快速聚并和相分离(Keal et al., 2018)。提高W/W乳液的稳定性对于拓展其实际应用至关重要。
近年来,向W/W乳液中添加固体颗粒以制备W/W Pickering乳液被证明是一种有效的稳定策略,这些颗粒在液-液界面形成空间屏障层,防止液滴聚并(Yan et al., 2023)。由于这两种大分子的界面张力极低,吸附在界面上的颗粒需具备适宜的润湿性和界面亲和力,例如基于多糖的纳米颗粒(如纳米纤维素)、基于蛋白质的微凝胶以及经过表面改性的无机胶体(Machado et al., 2021; Peddireddy et al., 2016; Zhang et al., 2019)。与其他Pickering稳定剂相比,纳米纤维素作为胶体颗粒,对外部环境变化具有更好的抵抗力,并能更好地分布在水-水界面,从而增强乳液稳定性(Zhang et al., 2025)。此外,由于其可再生性、生物相容性和可调的表面性质,纳米纤维素成为构建食品级W/W Pickering乳液的理想选择(Lei et al., 2022; Zhou et al., 2023)。
不同形态的纳米纤维素具有不同的物理化学性质和界面行为(Capron et al., 2017)。纤维素纳米晶体(CNCs)具有高结晶度、高硬度和均匀的粒径分布;而纤维素纳米纤维(CNFs)则具有柔性的纤维结构、较低的结晶度和较高的长径比。这些结构差异显著影响其在水相中的表面性质、分散性和润湿性,对其在胶体和界面系统中的应用至关重要(Mikulcova et al., 2023)。固体颗粒在W/W Pickering乳液中的界面行为和稳定能力受其形态的强烈影响(Luo et al., 2025)。因此,研究纳米纤维素形态对W/W Pickering乳液稳定机制和储存稳定性的影响具有重要意义。
本研究使用PUL和HPMC构建了W/W乳液体系,并通过Zetasizer Nano、TEM和接触角仪对CNCs和CNFs进行了表征。以CNCs和CNFs作为稳定剂制备了PUL/HPMC Pickering乳液,并研究了不同分散相、连续相及稳定剂浓度下乳液的稳定性,同时分析了其稳定机制。此外,还检测了CNCs稳定的PUL/HPMC乳液的离心稳定性和热稳定性,以评估其环境稳定性。本研究旨在阐明不同形态纳米纤维素在PUL/HPMC Pickering乳液中的稳定机制,并为构建长期稳定的基于多糖的W/W Pickering乳液提供理论基础。