乳液的稳定性问题
乳剂是一种胶体混合物，由两种不相溶的液体（通常是油和水）混合而成，其中一种液体成为另一种液体的溶剂。乳剂包含两个相：分散相和连续相。分散相由微小的颗粒组成，而连续相则是包围这些颗粒的液体。下表根据油相和水相的物理化学性质、乳化剂的类型，以及它们的物理化学结构，总结了不同类型的乳剂。
- 油包水（W/O）
- 油包水（O/W）
- 微乳剂
- 大分子乳液
- 多重乳液
- 双层液滴
- 皮克林乳液（Pickering emulsions）
- 混合乳液
- 玻璃态乳液
在乳剂中，由于热力学不稳定性的原因，油和水表面会迅速分离。由于密度差异以及它们之间的不良接触，油和水分子无法有效接触。乳剂的稳定性指的是不同相能够保持各自的状态；也就是说，这些相能够保持混合并保持凝聚性。
乳液的稳定性受多种因素影响，包括颗粒大小及其分布、连续相与分散相之间的密度差异，以及分散组分的化学稳定性。
乳液的不稳定可以归因于多种过程，如图1所示。这些过程包括聚结、沉降、奥斯特瓦尔德熟化、乳化层分离（creaming）和相变（phase inversion）。絮凝（flocculation）的特征过程发生在液滴在界面相互吸引并形成絮状物时，而不会破坏稳定的层。液滴由于重力、离心力、布朗运动以及排斥力与范德华力之间的差异而发生絮凝。随后由于乳化层分离和浑浊度的降低，乳液会变得更加稳定。 较大颗粒尺寸由于液滴之间的接触更加紧密，这种现象是不希望出现的。
重力分离会导致物质向上移动（即分离）以及向下沉淀（即沉降）。当浮力足够强时，乳液中的液滴会合并成更大的液滴或上升到乳液表面。在重力作用下，分散相与连续相之间的密度差异通常很小。这会导致乳液分层：上层是含有大量液滴的“乳油层”，下层是含有较少液滴的“水相层”。乳液起霜指数（Creaming Index）可用于量化乳液在合并前后的起霜程度。该指数用于衡量液滴聚集的程度；数值越高，表示液滴聚集现象越明显。乳液起霜现象可以通过视觉观察或光学检测方法来识别。
当流体中的液滴相互接触时，它们会合并成更大的液滴。随着时间的推移，这会导致液滴尺寸减小，最终使乳液的稳定性降低。在奥斯特瓦尔德熟化（Ostwald ripening）过程中，较大的液滴会以较小的液滴为代价而膨胀，这一过程在某种程度上取决于分散相在连续相中的溶解度。
不稳定机制可能与稳定剂和乳化剂的类型及浓度、pH值、离子强度、温度、均质化参数以及连续相与分散相之间的相互作用有关。乳化剂、稳定剂、增稠剂、成熟抑制剂以及质地改良剂（如增稠剂和凝胶剂）的存在对于延长乳液系统的动态稳定性至关重要。
通过施加强烈的机械力，可以将大液滴破碎成更小的液滴，从而形成细腻的乳液。通常使用高速搅拌机、胶体磨或高压阀式均质机来制备食品乳液。从热力学的角度来看，乳化过程效率非常低，因为大部分能量都以热量的形式被浪费掉了。乳液中所形成液滴的大小主要取决于乳化剂覆盖液滴表面的时间。在乳化过程中，如果乳化速率较慢，形成的液滴数量较少，这些液滴容易发生聚集或絮凝现象。
化学不稳定性
在产品的有效期内，原料药（API）在推荐的储存和包装条件下，必须在制剂中保持化学稳定性，无论是从效力还是杂质的角度来看。为了确保制剂的安全性和有效性，原料药必须满足预定的效力要求，并且绝对不能含有任何杂质。 乳剂剂型 这种制剂表现出与其他基于溶液的剂型中的原料药（APIs）相同的反应动力学特性，例如官能团的反应性和反应速率。将反应物分离成水相和油相可以提高乳液的稳定性，并减少反应的发生。
微生物生长
在控制制剂中的微生物负荷时，必须符合法规和药典的要求。除了微生物生长带来的健康风险外，当存在微生物时，乳剂还可能发生物理分离。因此，必须使用适当浓度的防腐剂来防止微生物生长。由于细菌通常在水相中生长，所以防腐剂应主要集中在水相中。在计算水相中表面活性剂的浓度时，必须考虑防腐剂的油水分配系数，该系数必须高于抗菌剂的浓度。乳剂中常用的防腐剂有对羟基苯甲酸酯类（如甲基对羟基苯甲酸酯、丙基对羟基苯甲酸酯和丁基对羟基苯甲酸酯）。
克服稳定性问题的方法
使用生物聚合物作为乳液的稳定剂
为了提高乳液的动力学稳定性，人们经常使用稳定剂、增重剂和成熟抑制剂。稳定剂通过增稠乳液中的水相来稳定乳液；而乳化剂在均质化过程中附着在新形成的油水界面滴子上，形成一层防止聚集的膜。乳化剂能够改变每个滴子的表面特性，使其同时适应水相和连续相。在自然界中，乳化剂既具有亲水性也具有疏水性，这意味着它们可以同时与水相和脂质相相容。这些分子被称为分子表面改性剂，它们能够改变滴子与连续相之间的界面性质。油溶性或水溶性的乳化剂会在界面处形成一层具有低界面张力和流体特性的薄膜。乳液的滴子尺寸分布较小，这是由于吉布斯-马朗戈尼动力学效应或弱静电吸引力的作用结果。生物聚合物常被用作乳液系统中的功能性成分，例如多糖和蛋白质。虽然大多数生物聚合物能够稳定乳液，但只有少数几种同时具备乳化能力。例如，多糖在油水界面上的表面活性较低，而这种活性对于乳化过程至关重要。乳化用多糖主要应用于食品领域，以改善食品的质地和功能，常见的包括阿拉伯胶、改性淀粉、改性纤维素、果胶、半乳甘露聚糖和改性纤维素等。为了有效发挥乳化作用，生物聚合物需要同时具备吸附和浓缩乳滴的能力。然而，在低浓度下，这些生物聚合物包覆的乳滴可能会发生聚集，从而导致乳液的不稳定。
在所研究的多糖中，包括膳食纤维、淀粉、麦芽糊精、果胶、羧甲基纤维素（CMC）以及几种其他胶体。乳液通过改变流变性质或通过吸附作用，在连续相或水-油界面处得到稳定。这些机制要么作为空间障碍，要么作为电空间障碍（或两者的结合）。这些分子还能降低界面张力，从而减少形成新表面所需的能量，同时促进液滴的形成并降低其聚集速度。然而，蛋白质被认为可以通过在油滴表面形成粘弹性吸附膜来减少液滴的聚集和絮凝，这种物理屏障阻碍了液滴之间的接触，防止了它们的聚集。
乳液中的多糖-蛋白质结合物
近年来，人们越来越关注使用多糖-蛋白质结合物作为乳化剂和稳定剂，以同时利用蛋白质和多糖的多种优点。乳液中的蛋白质和多糖相互作用，形成一种复杂的体系。通过改变这些生物聚合物的凝胶网络特性，它们能够显著改善乳液的流变学性质，从而降低乳液的表面张力，并减缓乳液较稠相中液滴的运动速度。除了降低界面张力外，蛋白质还能通过吸附在液滴表面来增强界面的弹性。因此，多糖通过静电作用或疏水作用形成疏水-疏水相互作用，其中静电作用主要影响疏水相互作用。总体而言，某些多糖附着在液滴表面的作用，不如它们增加连续相的粘度、从而阻碍液滴运动这一效果重要；后者才是稳定乳液的最有效方法。
蛋白质-多糖复合物同时具备疏水性和亲水性，这使它们成为出色的乳化剂。这些生物聚合物通过将蛋白质和多糖吸附到乳液滴内部，从而提高了乳液的稳定性。如表2所示，某些蛋白质-聚甘油缀合物已被用作乳液的稳定剂。
**单独的聚合物都无法达到这种复杂多糖蛋白的特性。** **由于生物聚合物与蛋白质结合，这种复合物的表面活性得到了增强，从而能够在更低的浓度下实现表面层的饱和。** **此外，共价结合的多糖能够保护嵌入在界面层中的蛋白质，使其免受不利条件的影响而发生结构不稳定。**
在惰性或低剪切条件下，低浓度的黄原胶会减缓伪塑性流体的流动速度；剪切条件虽然允许泵送和填充，但会阻止颗粒的聚集或沉淀。蛋白质与黄原胶结合形成一种由黄原胶层包裹的液滴网络。这种作用机制是由于絮凝作用间接作用于蛋白质，从而形成机械上稳定的蛋白质液滴层。
相分离机制
一种热力学上不相容的生物聚合物混合物会因相分离而形成不同的相。当蛋白质和多糖混合时，这些成分可能会发生沉淀，或者形成富含蛋白质或多糖的双相体系；在生物聚合物系统中，初始相分离过程中，一种聚合物会浮到体系表面，而另一种聚合物则以小液滴的形式分散在体系中。在热处理条件下，当蛋白质或多糖的浓度超过其最低临界凝胶浓度时，会形成微相分离网络。如果异质结合不是主导因素，连续相将由一种聚合物组成，而非连续相则由另一种聚合物构成。除了pH值和离子强度等中等条件外，生物聚合物对相分离也有很大影响。在平衡状态下，这些生物聚合物会促使体系分离成富含蛋白质的下层相和富含多糖的上层相。在淀粉-明胶体系的相分离过程中，观察到大量胶体颗粒在水-水界面处聚集。由于颗粒的积累，体系的相分离情况和微观结构发生了变化。
如果两种生物聚合物之间没有相互作用，乳液系统可以呈现单相或相分离的状态。单相系统中，这两种生物聚合物分别存在于介质中；而在相分离系统中，它们也是各自独立的。相分离可以通过两种方式实现：一种是基于分子间的相互作用（即“关联型分离”），另一种则是通过物理手段将它们完全分开（即“分离型分离”）。
蛋白质-多糖混合物可能会根据二元曲线发生相分离（见图3）。通过区分共溶剂区域和相分离区域，定义出了双相曲线。在图3中，双相曲线表示混合物开始分离的浓度。在该浓度以下，生物聚合物以单一相的形式存在；而高于该浓度的区域则明显形成了富含多糖的相。
多糖与蛋白质混合物的相分离示意图：
- 蛋白质
- 多糖
- 初始混合物中的蛋白质和多糖；
- 蛋白质浓度较高的阶段；
- 富含多糖的阶段；