CN102783693A - 一种可食用抗菌纳米颗粒的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可食用抗菌纳米颗粒的制备方法，包括以下步骤：（1）将玉米醇溶蛋白和抗菌剂溶解到乙醇的水溶液中；（2）配制酪蛋白酸钠水溶液；（3）在搅拌的条件下将酪蛋白酸钠水溶液加入到步骤（1）得到的醇溶液中；（4）将步骤（3）所得的溶液旋转蒸发、离心后，将上清液进行冷冻干燥，得到可食用抗菌纳米颗粒。本发明方法得到粒径160-260nm，单分散性良好，易于复溶的抗菌纳米颗粒。本发明对仪器要求低，方法简单且易于操作，制备的抗菌纳米颗粒具有缓释抗氧化及抗菌效果，方法在食品和医学产品中具有广阔应用前景。

Description

一种可食用抗菌纳米颗粒的制备方法

技术领域

本发明涉及一种可食抗菌纳米颗粒的制备方法，发明所有组分是可食用的天然成分，属于农副产品深加工及食品工业技术领域。

背景技术

食品加工、储藏过程中致病微生物滋生是导致食品腐败变质的重要因素，于是保证食品安全性和延长食品货架期是食品领域的亟待解决的关键科技问题。在食品中添加天然抗菌物质替代化学合成防腐剂成为趋势。百里香酚，溶菌酶和乳酸链球菌素均为在自然界中存在的天然抗菌物质，但由于刺激性气味、溶解度低、有效抑菌时间短等因素，其在食品中的应用受到了限制。近年来越来越多研究将此类物质包埋在另一种壁材中，达到包埋、缓释的目的。玉米醇溶蛋白是一种理想的壁材。玉米醇溶蛋白是玉米中主要的蛋白质，占总量的60%左右，但由于其不溶于水，口感粗糙，是玉米加工中的副产物，用于动物饲料甚至直接排放。这不仅形成蛋白资源的极大浪费，而且直接排放造成了环境污染。由于特殊的溶解性，国内外有大量研究以玉米醇溶蛋白作为包埋壁材，采用包埋的方法为反溶剂法。

反溶剂法是指预先将该物质溶解在适当的溶剂中，添加此成分不溶的溶剂，即反溶剂时，使其溶解度迅速下降，聚集形成颗粒的方法。由于加入反溶剂过程中，以及颗粒以粉末存在或在液体中时可能不断聚集成不溶的粗糙大颗粒，加入稳定剂可以有效保持颗粒性质。酪蛋白酸钠是优良的稳定剂，可以有效阻止颗粒在各个阶段的聚集。酪蛋白酸钠是由牛奶中的酪蛋白加工制成，白色，无味，具有优良的营养性，在GB 2760-2011食品添加剂使用标准中规定酪蛋白酸钠可按产品需求适量添加。

基于玉米醇溶蛋白—酪蛋白酸钠体系的天然蛋白质的纳米抗菌材料就是一类达到食品要求的理想的抗菌物质的包埋缓释载体，其作用机制是使活性物质包埋于蛋白基质内部形成纳米颗粒，以喷涂或膜的形式覆盖食品。由于微生物大多生长在食品表面，此纳米材料在强效抑菌的同时减少对食品基质的破坏，并且其一定的稳定及缓释效果可以延长抗菌效果。可见，构建合适的食物蛋白纳米抗菌包埋及输送载体，不仅为解决生物活性物质的安全问题提供一种重要的技术手段，而且对于创新功能性食品的开发具有重要的理论意义。

发明内容

本发明的目的是提供一种新型的制备水溶的纳米颗粒制备方法，并将生物活性物质加载其中，使其具有缓释，抗氧化抗菌能力，以作为添加剂应用于固体食品表面或液体食品体系中。本发明中采用的原料为纯天然，无毒无害。制备方法操作简便，方法具有良好的工业化、规模化的应用前景及有利于食品及医用放大生产，其对于天然抗菌剂的发展具有相当重要的实际意义。

本发明的目的通过下述技术方案实现：

一种可食用抗菌纳米颗粒的制备方法，包括以下步骤：

（1）将玉米醇溶蛋白和抗菌剂溶解到醇溶液中；

（2）配制酪蛋白酸钠水溶液；

（3）在搅拌的条件下将酪蛋白酸钠水溶液加入到步骤（1）所得溶液中；

（4）将步骤（3）所得的溶液旋转蒸发、离心后，将上清液进行冷冻干燥，得到可食用抗菌纳米颗粒。

步骤（1）所述抗菌剂优选为百里香酚、溶菌酶或乳酸链球菌素。

步骤（1）所述醇溶液的浓度优选为70%～92%v/v。

步骤（1）所述玉米醇溶蛋白与醇溶液的质量体积比优选为0.25%～5% g/ml，抗菌剂与醇溶液的质量体积比优选为0.1%～2.5% g/ml。

步骤（2）所述酪蛋白酸钠水溶液中酪蛋白酸钠与水的质量体积比优选为0.5%～3% g/ml。

步骤（3）所述酪蛋白酸钠水溶液与步骤（1）所得溶液的体积比优选为1:1～4:1.

优选地，所述旋转蒸发的温度50～60°C，真空度0.1Mpa，时间10～20min。

优选地，步骤（5）所述离心的转速为1000～8000rpm，时间为5～30min。

所述的制备方法制备的可食用抗菌纳米颗粒。

所述的可食用抗菌纳米颗粒作为可溶性的天然抗菌剂在速冻食品、新鲜果蔬、肉制品或烘焙食品中的应用。

本发明原理如下：

本发明采用反溶剂法作为生成纳米颗粒的反应方法，当有反溶剂加入溶液体系中时，醇相中玉米醇溶蛋白和活性物质通过疏水相互作用开始聚集，形成纳米颗粒，同时将活性物质之包埋在其中；此时水溶液中酪蛋白酸钠会迅速吸附到颗粒表面，并中断自组装，形成均一，稳定并可溶的纳米颗粒。

在纳米颗粒表征过程中，粒度和电位是常用来表征蛋白聚集程度的重要指标。因此在反应过程中选用粒度和电位作为检测指标。粒度和电位均粒径分布采用马尔文纳米粒度分布仪来研究，利用动态光散射技术研究溶液中聚集体颗粒的粒径分布。ZETA 电位是对颗粒之间相互排斥或吸引力的强度的度量。ZETA 电位的测量使我们能够详细了解分散机理，它对纳米颗粒的静电稳定性控制至关重要。此外也测定了纳米颗粒的得率、包埋率、释放特性及抗菌性等功能性质。

   与原有产品相比，本发明具有如下有益效果：

（1）本发明纳米颗粒粒径仅160-260nm，可以有效包埋活性物质，增加了溶解度，减少了不良风味，大大扩展了其应用。

（2）本发明稳定性良好，可干燥后复溶或者长时间稳定存在于液体中。

（3）本发明纳米颗粒在水中和空气中均会缓慢释放，延长活性物质作用时间，提高抗菌效果。

附图说明

图1为包埋百里香酚的抑菌效果图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

实施例1：

准确称取50mg玉米醇溶蛋白和15mg百里香酚，溶解于50mL 70%乙醇-水溶液中；150mg酪蛋白酸钠溶于50ml 去离子水中，将其迅速倒入搅拌中的醇溶液中，搅拌30min，在50°C，0.1MPa真空度下旋转蒸发20min，8000rpm离心10min，将产物冷冻干燥，得到荷载百里香酚的纳米颗粒。

采用百里香酚在水中溶解度，释放50%量所需时间（T50），风味对比实施例1和分析纯百里香酚，结果如表1所示：

表1包埋和游离百里香酚性质对比

从表1可以看出，本发明实施例1中以玉米醇溶蛋白包埋的百里香酚具有更高的溶解度，缓释的能力以及较低的刺激性风味。说明采用玉米醇溶蛋白—酪蛋白酸钠体系，通过反溶剂法包埋的百里香酚能在添加时不影响食品品质。

实施例2：

准确称取1g玉米醇溶蛋白和0.5g百里香酚，溶解于10mL 90%乙醇-水溶液中；1.5g酪蛋白酸钠溶于40ml 去离子水中，将其迅速倒入搅拌中的醇溶液中，搅拌30min，在60°C，0.1MPa真空度下旋转蒸发10min。8000rpm离心10min，将产物冷冻干燥，得到荷载百里香酚的纳米颗粒。

对比实施例2：

准确称取1g玉米醇溶蛋白和0.1g百里香酚，溶于50ml 70%乙醇中。以流速5.26 mL/min,

进样温度105°C，出口温度68°C- 69°C进行喷雾干燥。

表2  反溶剂法和喷雾干燥法样品性质对比

 从表2可以看出，本发明实施例2的玉米醇溶蛋白--酪蛋白酸钠的纳米颗粒体系比对比实例2中玉米醇溶蛋白纳米颗粒体系更加稳定，能稳定存于液体中，作为固体粉末储藏后的复溶能力也更强。

实施例3：

准确称取0.5g玉米醇溶蛋白和0.05g乳酸链球菌素，溶解于20mL 80%乙醇-水溶液中；0.25g酪蛋白酸钠溶于50ml 去离子水中，将其迅速倒入搅拌中的醇溶液中，搅拌30min，在50°C，0.1MPa真空度下旋转蒸发20min。1000rpm离心30min，将产物冷冻干燥，得到荷载百里香酚的纳米颗粒。

对比实施例3：

准确称取0.5g玉米醇溶蛋白和0.05g乳酸链球菌素，溶解于20mL 80%乙醇-水溶液中；将50ml去离子水迅速倒入搅拌中的醇溶液中，搅拌30min，在50°C，0.1MPa真空度下旋转蒸发20min。1000rpm离心30min，将产物冷冻干燥，得到玉米醇溶蛋白纳米颗粒。

 

表3  酪蛋白酸钠对纳米颗粒性质的影响

	水中稳定时间（周）	复溶比例（%）
			实施例3玉米醇溶蛋白—酪蛋白酸钠纳米颗粒	>12	>90
对比实例3玉米醇溶蛋白纳米颗粒	2	<10

从表3可以看出，本发明实施例3的玉米醇溶蛋白--酪蛋白酸钠的纳米颗粒体系比对比实例3中玉米醇溶蛋白纳米颗粒体系在液体中的储存状态更加稳定,作为固体粉末储藏后的复溶能力也更强。

实施例4

准确称取0.5g玉米醇溶蛋白和0.05g百里香酚，溶解于20mL 80%乙醇-水溶液中；0.5g酪蛋白酸钠溶于50ml 去离子水中，将其迅速倒入搅拌中的醇溶液中，搅拌30min，在55°C，0.1MPa真空度下旋转蒸发15min。4000rpm离心10min，将产物冷冻干燥，得到荷载百里香酚的纳米颗粒。

本实施例对不同比例酪蛋白酸钠得到的纳米颗粒进行性能测试，酪蛋白酸钠在水溶液中质量分数为0.75%，1%，1.25%，其它条件不变，结果如表4所示。

表4不同酪蛋白酸钠含量的纳米颗粒的性能

酪蛋白酸钠浓度	粒度(nm)	PDI	电位(mV)	得率(%)	包封率(%)
						0.75%	190.2±2.0	0.24±0.01	-38.5±3.0	65.8±2.8	67.2±3.2
1%	160.8±2.3	0.14±0.06	-37.7±0.7	85.1±2.0	96.0±1.2
						1.25%	160.4±18.4	0.12±0.07	-46.0±6.6	87.6±7.6	97.1±0.6

从表4可以看出，酪蛋白酸钠在水溶液中质量分数0.75%时，颗粒粒度和PDI较大，得率包封率较低，性质较差。当质量分数提高到1%与1.25%时，各项性质均十分理想，且无显著差异。这说明了酪蛋白酸钠需要达到1%即可起到稳定颗粒的作用，在此条件下的纳米颗粒粒度仅160nm左右，包埋率得率均非常理想。

实施例4

准确称取0.5g玉米醇溶蛋白和0.1g百里香酚，溶解于20mL 80%乙醇-水溶液中；0.5g酪蛋白酸钠溶于50ml 去离子水中，将其迅速倒入搅拌中的醇溶液中，搅拌30min，在55°C，0.1MPa真空度下旋转蒸发15min。将产物冷冻干燥，得到荷载百里香酚的纳米颗粒。

本实施例对不同比例百里香酚得到的纳米颗粒进行性能测试，百里香酚在醇溶液中质量分数为0%，0.25，0.5%，0.75%，1%，其它条件不变，结果如表4所示。

表4不同百里香酚含量的纳米颗粒的性能

百里香酚质量分数	粒度(nm)	PDI	电位(mV)	得率(%)	包封率(%)
						0%	184.2±4.0	0.22±0.01	-37.2±2.3	79.6±3.3	/
0.25%	160.8±2.3	0.14±0.06	-37.7±0.7	85.1±2.0	96.0±1.2
						0.5%	182.8±7.7	0.22±0.01	-39.2±1.8	79.4±5.0	84.6±4.6
0.75%	218.4±18.6	0.22±0.01	-40.6±3.2	83.2±1.2	84.2±0.6
						1%	264.3±7.1	0.29±0.05	-39.6±2.7	78.9±4.8	87.5±0.8

从表4可以看出，随着百里香酚质量分数从0%增加到1%，虽粒度不断增加，但仍保持在300nm以下的纳米尺度，得率和包封率都稳定在78%和84%以上。这说明此玉米醇溶蛋白-酪蛋白酸钠加载百里香酚的体系十分稳定，保持在纳米尺度，能够加载大量的百里香酚。

实施例5：

准确称取0.5g玉米醇溶蛋白和0.2g百里香酚，溶解于20mL 80%乙醇-水溶液中；0.5g酪蛋白酸钠溶于50ml 去离子水中，将其迅速倒入搅拌中的醇溶液中，搅拌30min，在60°C，0.1MPa真空度下旋转蒸发10min。将产物冷冻干燥，得到荷载百里香酚的纳米颗粒。配制包埋百里香酚质量分数为0.05%的溶液（总纳米粒子浓度为0.3%），加入营养肉汤培养基和金黄色葡萄球菌，对抑菌性进行了研究，空白对照和未包埋的0.05%分析纯百里香酚作为对照，结果如图1所示： 从抑菌时间上看，图1中空白对照样品活菌数（log cfu/ml)一开始达到9以上，3天以后由于活菌数太多，营养物质不足，活菌数开始下降。游离百里香酚前3天抑菌性明显，但是随后会达到对照样类似水平，抑菌时间短。而包埋百里香酚可以长效控制微生物在较低水平。综合考虑各种因素，包埋的百里香酚抑菌优势更加明显：游离百里香酚虽然短时间有抑菌效果，但是会带来不良风味，与食品组分反应后影响食品品质，并且容易失效。包埋后的百里香酚无不良风味，大大减少与食品组分反应，同时有效百里香酚更高。本纳米颗粒可应用到乳制品，饮料，冷冻食品等产品中。

Claims (10)

1.一种可食用抗菌纳米颗粒的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）将玉米醇溶蛋白和抗菌剂溶解到醇溶液中；

（2）配制酪蛋白酸钠水溶液；

（3）在搅拌的条件下将酪蛋白酸钠水溶液加入到步骤（1）所得溶液中；

（4）将步骤（3）所得的溶液旋转蒸发、离心后，将上清液进行冷冻干燥，得到可食用抗菌纳米颗粒。

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（1）所述抗菌剂为百里香酚、溶菌酶或乳酸链球菌素。

3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，步骤（1）所述醇溶液的浓度为70%～92%v/v。

4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，步骤（1）所述玉米醇溶蛋白与醇溶液的质量体积比为0.25%～5% g/ml，抗菌剂与醇溶液的质量体积比为0.1%～2.5% g/ml。

5.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，步骤（2）所述酪蛋白酸钠水溶液中酪蛋白酸钠与水的质量体积比为0.5%～3% g/ml。

6.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，步骤（3）所述酪蛋白酸钠水溶液与步骤（1）所得溶液的体积比为1:1～4:1。

7.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述旋转蒸发的温度50～60°C，真空度0.1Mpa，时间10～20min。

8.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，步骤（5）所述离心的转速为1000～8000rpm，时间为10～30min。

9.权利要求1～8任一项所述的制备方法制备的可食用抗菌纳米颗粒。

10.权利要求9所述的可食用抗菌纳米颗粒作为可溶性的天然抗菌剂在速冻食品、新鲜果蔬、肉制品或烘焙食品中的应用。

Images