受捕食者-猎物相互作用启发制备食品级Janus液滴-北京永康乐业科技发展有限公司

导读：

Janus液滴因不对称结构而具有自驱动、分区反应与定向封装等独特功能，在食品工业中应用前景广阔，但其食品级制备仍面临效率低、产率不足的挑战。近期，中国海洋大学食品科学与工程学院魏子淏教授提出一种新颖的仿生制备策略：利用玉米醇溶蛋白与海藻酸钠液滴间固有的界面张力差异，在涡旋外场驱动下，诱发类似“捕食者-猎物”的非对称相互作用，从而自主组装形成Janus液滴。该研究进一步阐明，通过调控海藻酸钠液滴的数量、尺寸及分子量等关键参数，可系统优化这一相互作用过程，将Janus液滴的产率显著提升至85.43%。相关研究以“Predator-prey interactions mediate the formation of Janus droplets: The role of sodium alginate droplets”为题目，发表于期刊《Food Hydrocolloids》。

本文要点：

1、该研究受自然界捕食者-猎物关系启发，提出一种仿生策略，利用玉米醇溶蛋白（捕食者）与海藻酸钠（猎物）液滴的相互作用构建食品级Janus液滴，并通过调控液滴物理参数优化其产率。

2、其核心机制在于两种液滴存在界面张力梯度，在外力驱动下，马兰戈尼效应促使玉米醇溶蛋白液滴捕获海藻酸钠液滴，系统向自由能最小化发展，最终形成不对称Janus液滴。

3、实验发现，Janus液滴产率受三个关键因素影响：一是数量比，玉米醇溶蛋白与海藻酸钠液滴按1:1配比时，产率达44.38%，明显高于其他比例；二是尺寸比，当捕食者液滴与猎物液滴尺寸比为2:1时，捕获效率更高，产率达50.30%；三是分子质量，海藻酸钠分子质量越高，液滴刚性越强、流动阻力越小，液滴碰撞概率增加，其中高分子质量组的Janus液滴产率最高，达到85.43%。

4、通过界面张力测试、共聚焦显微镜观察、低场核磁共振等技术，验证了液滴相互作用及Janus结构的形成，为食品级Janus液滴的高效制备提供了新方法，助力其在食品工业中的应用。

图1. a) 悬滴法测定界面张力的示意图；b) 玉米醇溶蛋白液滴与海藻酸钠液滴的界面张力变化；c) 玉米醇溶蛋白液滴与海藻酸钠液滴间捕食者-猎物相互作用的示意图。

图2. 不同剪切速率下海藻酸钠液滴的光学显微镜图像：a) 3000 转/分钟、b) 5000 转/分钟、c) 7000 转/分钟、d) 9000 转/分钟、e) 11000 转/分钟（比例尺 = 10 μm）；f) 海藻酸钠液滴的粒径统计。

图3. 不同剪切速率下玉米醇溶蛋白液滴的光学显微镜图像：a) 3000 转/分钟、b) 5000 转/分钟、c) 7000 转/分钟、d) 9000 转/分钟、e) 11000 转/分钟（比例尺 = 10 μm）；f) 玉米醇溶蛋白液滴的粒径统计。

图4. 不同混合处理后玉米醇溶蛋白液滴与海藻酸钠液滴的共聚焦荧光显微镜图像（比例尺 = 20 μm）。

图5. 不同混合方式对海藻酸钠液滴与玉米醇溶蛋白液滴状态的影响：a) 磁力搅拌、b) 高速剪切、c) 涡旋混合（比例尺 = 5 μm）；d–f) 图中箭头所示路径的荧光强度变化（玉米醇溶蛋白液滴染色为红色，海藻酸钠液滴染色为绿色）。

图6. 低场核磁共振之T₁-T₂二维图谱分析：a) 1.5 wt% 海藻酸钠溶液、b) 含 2.0 wt% 聚甘油蓖麻醇酸酯（PGPR）的中链甘油三酯（MCT）、c) 10.0 wt% 玉米醇溶蛋白溶液、d) 海藻酸钠液滴、e) 玉米醇溶蛋白液滴、f) 海藻酸钠与玉米醇溶蛋白液滴混合物、g) 海藻酸钠-玉米醇溶蛋白复合 Janus 液滴；h) 海藻酸钠液滴与玉米醇溶蛋白液滴碰撞形成 Janus 液滴过程中的水分子迁移示意图。

图7. 低场核磁共振一维图谱分析：a、c) 纵向弛豫时间（T₁）曲线；b、d) 横向弛豫时间（T₂）曲线（涉及样品：10.0 wt% 玉米醇溶蛋白溶液、玉米醇溶蛋白液滴、1.5 wt% 海藻酸钠溶液、海藻酸钠液滴、含 2.0 wt% PGPR 的 MCT、海藻酸钠与玉米醇溶蛋白液滴混合物、海藻酸钠-玉米醇溶蛋白复合 Janus 液滴）。