CN102894363B - 一种鹅血红素微胶囊 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种鹅血红素微胶囊，包括有芯材和壁材，其中芯材为鹅血红素，壁材为酪蛋白酸钠和麦芽糊精的混合物。该微胶囊的制备方法，包括乳化液的制备和冷冻干燥处理步骤步骤。本发明采用了冷冻干燥法，有效防止了在制备过程中血红素的损耗，避免了现有方法温度过高的缺点，填补了鹅血红素包埋技术研究的空白，为我国鹅血红素新产品研发提供了新的方法，具有重要的社会和经济价值。鹅血红素经冷冻干燥法微胶囊化处理后，可克服血红素本身易氧化的缺陷，有效防止了加工过程中血红素的损耗，其稳定性及方便性均得到一定提高，大大延长了产品的货架期，有利于保持血红素的活性。

Description

一种鹅血红素微胶囊

技术领域：

本发明属于血红素制备技术领域，具体涉及一种鹅血红素的提取。

背景技术：

血红素是血红蛋白、肌红蛋白、红细胞的辅基（分子式：C₃₄H₃₂N₄FeO₄)，是重要的天然卟啉铁化合物。动物机体中的铁大约70%以血红素的形式存在，其功能是人体内输送氧气和二氧化碳的物质，它和蛋白质结合成血红蛋白，是一种生物铁，是缺铁性贫血的天然补血铁剂，容易被人体吸收，对缺铁人群具有重要的保健功能。在畜禽肉类加工过程中会有大量血液产生，这些血液作为副产品目前没有得到合理应用和商业化开发，多数被用作饲料、食用或被废弃，造成大量优质资源流失甚至间接环境的污染。其中鹅血富含蛋白质、矿物质及抗癌因子等。然而，目前国内外对鹅血研究尚浅，从鹅血中直接提取血红素技术还处于空白，市场上也没有鹅血红素产品，为此，对该产品的开发利用具有重要意义和市场发展前景。

为了拓展鹅血红素的消费市场，提高其产品附加值，本申请的发明人已成功探索出鹅血红素提取工艺。然而，提取的鹅血红素在空气中很容易氧化，使活性降低，影响食用效果，不利保存和市场销售。

微胶囊技术是指利用天然或合成高分子材料，将分散的固体、液体，甚至是气体物质包裹起来，形成具有半透性或密封囊膜的微小粒子的技术。包裹的过程即为微胶囊化，形成的微小粒子称为微胶囊。微胶囊内被包裹的材料称作芯材，包裹材料称作壁材。芯材物质经过包埋后形成的微胶囊，具有不同以往的新的功能和性质。微胶囊在食品工业的功能主要有：其一，保护芯材，提高芯材对环境因素的耐受力，确保有效成分不损失，还可延缓腐败变质；其二，改变物料的状态，便于加工处理，也便于使用、运输和保存；其三，可通过预先设计的溶解和释放机理，在最适时间以最适速率释放芯材物质；其四，降低或掩盖不良味道。

发明内容

本发明的目的是提供一种鹅血红素微胶囊，即采用冷冻干燥的方法制备鹅血红素微胶囊，以填补目前该方面的空白。

申请人通过长时间的研究，经过各种因素的筛选，确定出真空冷冻干燥法制备鹅血红素微胶囊制备的最佳工艺条件，并对该条件下制备的产品进行了稳定性测定。

本发明的鹅血红素微胶囊，包括有芯材和壁材，其中芯材为鹅血红素，壁材为酪蛋白酸钠和麦芽糊精的混合物。

本发明的微胶囊中芯材和壁材的质量比为1:7～9。

上述的壁材中酪蛋白酸钠和麦芽糊精的质量比为2~3:1。

对于芯材鹅血红素，其一种提取方法如下：

1）血球粉的制备：首先收集鹅血中的红细胞，再用NaCl溶液洗涤红细胞，然后将红细胞真空冷冻干燥完成血球粉的制备；

2）酶解处理：将制备的血球粉用水溶解后制成血球粉溶液，加入碱性蛋白酶和风味蛋白酶进行酶解，酶解液即为鹅血红素溶液。

本发明的微胶囊制备方法，包括乳化液的制备和冷冻干燥处理步骤：

1）乳化液的制备：将微胶囊芯材溶解于壁材溶液中混合均匀后制成乳化液；

2）真空冷冻干燥处理：是将制备的乳化液倒入预冷后放入冷冻干燥机中真空冷冻干燥后取出。

在步骤1）中加入羧甲基纤维素钠充当乳化剂。

上述真空冷冻干燥的条件为：-30℃～-45℃、20Pa～100Pa。

本发明采用了冷冻干燥法，有效防止了在制备过程中血红素的损耗，避免了现有方法温度过高的缺点，填补了鹅血红素包埋技术研究的空白，为我国鹅血红素新产品研发提供了新的方法，具有重要的社会和经济价值。鹅血红素经冷冻干燥法微胶囊化处理后，可克服血红素本身易氧化的缺陷，有效防止了加工过程中血红素的损耗，其稳定性及方便性均得到一定提高，大大延长了产品的货架期，有利于保持血红素的活性。

附图说明

图1：本发明中酪蛋白酸钠与麦芽糊精添加量交互作用响应面图；

图2：本发明中酪蛋白酸钠与CMC添加量交互作用响应面图；

图3：本发明中酪蛋白酸钠与水添加量交互作用响应面图；

图4：本发明中麦芽糊精与水添加量交互作用响应面图；

图5：本发明最佳条件下微胶囊扫描电镜图；

图6：明胶壁材包埋的微胶囊扫描电镜图；

图7：本发明鹅血红素微胶囊贮藏稳定性图；

图8：氧对鹅血红素微胶囊的稳定性影响图；

图9：光对鹅血红素微胶囊稳定性影响测定图。

具体实施方式

本发明采用真空冷冻干燥的方法制备鹅血红素微胶囊，优化了制备微胶囊的最佳条件。发明采用冷冻干燥方法，以不同比例的酪蛋白酸钠和麦芽糊精混合物为壁材，羧甲基纤维素钠为乳化剂。以微胶囊中总Fe含量为响应值，酪蛋白酸钠、麦芽糊精、羧甲基纤维素钠和水的添加量为响应因子，设计响应面试验，得到制备鹅血红素微胶囊化的最佳工艺条件，并对制备的产品品质及贮藏稳定性进行测定。

本发明选用的壁材物质为酪蛋白酸钠和麦芽糊精按比例形成的复合壁材。酪蛋白酸钠本身是最完善的蛋白质，作为食品添加剂，安全性高。选用酪蛋白酸钠作为壁材，丰富了鹅血红素微胶囊的营养。麦芽糊精具有不结块、无异味、口感好、可塑性好、溶解度高及价格低廉等优点，并且其具有高浓度时低黏度的特点，可提高体系固形物的浓度，利于降低干燥能耗，减少生产成本。

本发明中的鹅血红素可以从新鲜鹅血中采用酶解法提取出，一种提取方法如下：

  1）血球粉的制备：收集检疫合格的16周龄肝用型青农灰鹅的新鲜鹅血50ml于离心管，在3000r/ min条件下离心15min，收集红细胞。将收集的红细胞用0.9%的NaCl溶液洗涤红细胞，同条件离心，重复2次；最后将血球在-30℃~-45℃、20Pa~100Pa条件冷冻干燥得血球粉20g；可将血球粉密封包装于干燥器内备用。

2）酶解处理：将制备的血球粉用10ml水溶解后制成浓度为1.5g/10ml水的血球粉溶液，然后在血球粉溶液中加入0.05g的碱性蛋白酶和风味蛋白酶进行酶解，其中碱性蛋白酶和风味蛋白酶的质量比为1:2。将溶液在50℃下酶解4h，酶解液即为鹅血红素溶液。

本发明的制备方法，包括如下的步骤：

1）壁材选择：酪蛋白酸钠本身是最完善的蛋白质，作为食品添加剂，安全性高，选用酪蛋白酸钠作为壁材，丰富了鹅血红素微胶囊的营养。乳化液固形物浓度是影响微胶囊膜的又一重要因素，膜形成越快，芯材损失越少，包埋率越高，但如果乳化液黏度过高，其浓度就不能过高，否则微胶囊化操作无法进行。而麦芽糊精具有高浓度是低粘度的特点，因此选用麦芽糊精作为复合壁材，可提高体系固形物的浓度，利于降低干燥能耗，减少生产成本。

2）乳化液的制备：羧甲基纤维素钠（CMC）不仅是良好的乳化稳定剂、增稠剂，而且具有优异的冻结、熔化稳定性，并能提高产品的风味，延长贮藏时间。FAO和WHO已批准将纯CMC用于食品，它是经过很严格的生物学、毒理学研究和试验后才获得批准的，国际标准的安全摄入量(ADI)是25mg/(kg·d)，即大约每人1.5 g/d。乳化液制备过程中，乳化剂添加量与壁材的比例为1:3，符合国际标准的安全摄入量，也是因为乳化剂使用量过低，会使制备的乳化液易分层沉淀，体系稳定性也会相应降低，易导致微胶囊包埋率下降。而乳化剂使用量过高，会使乳化液粘度增大，这不利于血红素的充分分散及后续均质的进行。

3) 血红素包埋：将麦芽糊精加入预热到一定温度的蒸馏水中，使其完全溶解后，将麦芽糊精与酪蛋白酸钠按照一定比例加入酪蛋白酸钠，待其充分溶解后，加入一定量羧甲基纤维素钠(CMC)，高速搅拌下将鹅血红素酶解液慢慢加入后均质。将乳化液倒入塑料培养皿中，预冷后放入冷冻干燥机中冷冻干燥取出。

4）冷冻干燥处理：冷冻干燥处理中，样品于零下40℃预冷，这是因为根据热力学中的相平衡理论，水的三相点(汽、液、固三相共存)温度为 0.0098℃，三相点压力为609.3pa(4.57mmHg)在水的相变过程中，当压力低于三相点压力时，固态冰可以直接转化为气态的水蒸气即冰晶升华。真空冷冻干燥即是把含有大量水的物质预先冷冻，使物质中的游离水结晶，冻结成固体，然后在高真空条件下使物质中的冰晶升华，待冰晶升华后再除去物质中部分吸附水，最终得到残余水量为1%～4%左右的干制品。在冷冻干燥前必须将物料进行彻底冷冻才能实现，如物料冷冻不完全，干燥处理中会出现大量泡沫，这会严重阻碍水分的升华。

下面结合实施案例对本发明的方法进行详细描述。

实施例1： 微胶囊化工艺条件筛选试验一

（1）鹅血红素微胶囊的制备

将麦芽糊精加入预热到60℃的蒸馏水中，使其完全溶解后，然后按照麦芽糊精与酪蛋白酸钠比例为1:2缓慢加入酪蛋白酸钠，待其充分溶解后，加入相当于25%壁材质量的羧甲基纤维素钠(CMC)，高速搅拌下将鹅血红素酶解液慢慢加入后均质。将乳化液倒入塑料培养皿中，零下40℃预冷后放入冷冻干燥机中冷冻干燥16h后取出。

（2）标准曲线的绘制

标准溶液的配制：准确称取血红素标准品114.1mg，加4%(W/V) NaOH溶液2.5mL溶解后，加水定容至50.0mL作为标准液（200μgFe/mL），用标准液配制0、25、50、75、100、125μg/mL 标准系列。

标准曲线的绘制：分别取上述标准系列各0.2mL于10mL的离心管中加2mLMIBK，1mL盐酸振荡提取3min再加水约2mL振荡，提取5min后3000r/min离心5min，取上层的MIBK提取液，配成0，2.5，5.0，7.5，10.0，12.5μg/mL标准系列，以溶剂作空白对照，于波长640nm处测定吸光值，绘制浓度与吸光值标准曲线作为定量依据。

（3）微胶囊包埋率的测定

①微胶囊表面Fe含量测定方法：取样品0.02g，用酸性MIBK溶解并定容至10mL，摇匀。以溶剂作空白对照，于波长640nm处测定吸光度，并通过标准曲线计算Fe含量。

②微胶囊总Fe含量测定方法：取样品0.02g，加适量4%(W/V)NaOH溶液溶解，加2mL酸性MIBK，1mL盐酸，振荡提取3min再加水约2mL振荡，提取5min后3000r/min 离心5min，取上层的MIBK提取液并定容至10mL，摇匀。以溶剂作空白对照，于波长640nm处测定吸光度，并通过标准曲线计算微胶囊总血红素含量。

③包埋率的测定

微胶囊包埋率按公式计算：

（4）壁材的选择

选取不同壁材和乳化剂对定量鹅血红素酶解液进行包埋：分别选取酪蛋白酸钠、明胶、阿拉伯胶、黄原胶、大豆分离蛋白、麦芽糊精、β-环糊精、蔗糖、CMC等进行1:1比例复合包埋，在一定包埋温度条件下，通过比较不同壁材的包埋效果，最终选取了酪蛋白酸钠、麦芽糊精、羧甲基纤维素钠作为最理想壁材。

（5）鹅血红素微胶囊化最佳工艺的确定

①壁材复合比例的筛选

对选取的最佳复合壁材之间，采用不同比例对鹅血红素进行微胶囊化。

②乳化剂添加量的筛选

对选取的最佳乳化剂，采用不同添加比例对鹅血红素进行微胶囊化。

③水添加量的筛选

采用不同水添加比例对鹅血红素进行微胶囊化。

④响应面试验方案及结果

表1响应面优化设计试验数据

⑤响应面回归模型的建立与分析

试验因子对响应值的影响可表现为下式：

Y=0.83-0.026X₁-0.099X₂-0.041X₃+0.025X₄+0.13X₁X₂+0.036X₁X₃-0.078X₁X₄+0.021X₂X₃+0.083X₂X₄+1.225E-003 X₃X₄-0.18X₁ ²-0.20X₂ ²-0.18X₃ ²-0.22 X₄ ²

对上述响应面试验进行方差分析，结果如表2。

表2血红素含量方差分析

注：极显著性(α<0.01)；显著(α<0.05)

由表2可以看出，回归模型极显著(Model F<0.0001)，失拟项ρ=0.1107>0.05，无显著性影响，说明残差均由随机误差引起，模型规定适当，可用回归方程代替试验真实点对试验结果进行分析，其校正决定系数R² _Adj=0.9828，表明此模型拟合程度很好，有98.28%的试验数据的变异性可用此回归模型来解释，变异系数CV=4.02%表示Plackett-Burman试验的可信度和精确度较好。因此，回归方程能较好地描述各因素与响应值之间的关系，各具体试验因子对响应面值的影响不是简单的线性关系。各因素中X₂、X₃、X₄、X₁X₂、X₁X₃、X₁X₄、X₂X₄、X₁ ²、X₂ ²、X₃ ²、X₄ ²对试验结果有极显著的影响(P<0.01)，X₁对试验结果有显著影响(P<0.05)，3因素影响的大小关系是: 水＞麦芽糊精＞CMC>酪蛋白酸钠。使用design expert 8.06软件处理数据和分析，鹅血红素微胶囊化最佳条件：酪蛋白酸钠为3.5 g ~4.5g，麦芽糊精为1.5 g ~2.5g，CMC为1.5 g ~2.0g，水为35 mL ~45mL。采取本方法血红素包埋率达到96%，微胶囊总Fe含量为0.902mg/g，远高于实施例2微胶囊总Fe含量0.716mg/g。结果详见附图1、附图2、附图3和附图4。

本发明的微胶囊的具体制备实施例如下：

将100g麦芽糊精加入预热到60℃的蒸馏水中，使其完全溶解后，然后按照麦芽糊精与酪蛋白酸钠比例为1:2缓慢加入200g酪蛋白酸钠，待其充分溶解后，加入相当于25%壁材质量的羧甲基纤维素钠(CMC)75g，高速搅拌下将3000mL鹅血红素酶解液慢慢加入后均质。将乳化液倒入塑料培养皿中，零下40℃，预冷后放入冷冻干燥机中冷冻干燥16h后取出，真空冷冻干燥的条件为：-30℃和80Pa。

所制备的微胶囊具有良好的理化性质，制品为浅棕色粉末，无异味，略微带有血腥味，含水量为5.32%。所制备的微胶囊样品在扫描电镜下观察，与明胶壁材的鹅血红素微胶囊相比微胶囊近似球形，微胶囊壁组织结构紧密，表面光滑，平均粒径小于20μm，说明该微胶囊对鹅血红素有较好的包埋作用。详见附图5和附图6。

实施例2：微胶囊化工艺条件筛选试验一

按照实施例1微胶囊最佳工艺确定的方式对以明胶、麦芽糊精、CMC为壁材制备的鹅血红素微胶囊进行响应面优化，得到最佳工艺条件为：明胶为4.0~5.0g，麦芽糊精为2.0 g ~3.0g，CMC为2.0 g ~2.5g，水为40 mL ~45mL。结果表明，包埋率达93%，微胶囊总Fe含量为0.716mg/g，远低于实施例1。

实施例3： 微胶囊化鹅血红素稳定性试验

（1）血红素保存率的测定

血红素保存率=（微胶囊中血红素含量/起始微胶囊中血红素含量）×100%

（2）贮藏稳定性试验

称取2g鹅血红素微胶囊，放于称量瓶中，在温度为75℃且通风的烘箱中放置14天，每2天测定一次微胶囊质量减少量，并测定剩余量占总质量的百分比。结果显示，两年微胶囊保存率达到84.79%，说明该产品具有良好的贮藏稳定性。详见附图7。

本发明的方法能够使鹅血红素实施有效微胶囊包被，防止鹅血红素氧化，拓宽产品利用途径，提高产品的货架期，此项技术可以应用于鹅血红素产品的开发。

（3）氧对微胶囊稳定性的影响

取适量鹅血红素微胶囊粉末，置于敞口容器中，粉末厚度约为0.2cm，每周取样测定微胶囊粉末中血红素的含量，以血红素保存率表示。结果表明，贮存5周后，血红素保存率仍在93%以上，说明微胶囊化有助于提高鹅血红素对氧的稳定性。详见附图8。

（4）光对微胶囊稳定性的影响

取适量鹅血红素微胶囊粉末，置于密封容器中，粉末厚度约为0.2cm，日光直射条件下保存，每周取样测定微胶囊粉末鹅血红素含量，以血红素保存率表示。结果表明，贮存5周后，血红素保存率仍在96%以上，说明微胶囊化有助于提高鹅血红素对光的稳定性。详见附图9。

实施例1和实施例2对比结果表明，实施例1的微胶囊总Fe含量明显高于实施例2，且包埋率同样高于实施例2。稳定性试验表明，微胶囊化有助于提高鹅血红素对高温、氧气和光的稳定性。

由此可见，本发明的方法能够使鹅血红素实行有效微胶囊包被，防止血红素氧化，拓宽鹅血副产品利用途径，提高产品的稳定性，此项技术可以应用于鹅血产品的进一步开发。

Claims (1)

1.一种鹅血红素微胶囊，包括有芯材和壁材，其中芯材为鹅血红素，壁材为酪蛋白酸钠和麦芽糊精的混合物，酪蛋白酸钠和麦芽糊精的质量比为2~3:1；

其中鹅血红素，其提取方法如下：

1）血球粉的制备：首先收集鹅血中的红细胞，再用NaCl溶液洗涤红细胞，然后将红细胞真空冷冻干燥完成血球粉的制备；

2）酶解处理：将制备的血球粉用水溶解后制成血球粉溶液，加入碱性蛋白酶和风味蛋白酶进行酶解，酶解液即为鹅血红素溶液。

 2. 如权利要求1所述的微胶囊，其特征在于所述的微胶囊中芯材和壁材的质量比为1:7～9。

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