CN103820426A

CN103820426A - 一种碱性蛋白酶微胶囊粉及其制备方法

Info

Publication number: CN103820426A
Application number: CN201410083413.0A
Authority: CN
Inventors: 林松毅; 张美硕; 梁荣; 刘静波
Original assignee: Jilin University
Current assignee: Jilin University
Priority date: 2014-03-07
Filing date: 2014-03-07
Publication date: 2014-05-28

Abstract

本发明的一种碱性蛋白酶微胶囊粉及其制备方法，属于微胶囊加工的技术领域。碱性蛋白酶微胶囊粉的制备方法，是以碱性蛋白酶、海藻酸钠、CaCl₂为原料，经过配制壁材溶液、配制芯材溶液、配制CaCl₂固定液、壁材芯材混合、微胶囊包埋造粒、固定、抽滤、冷冻干燥过程，制得淡黄色粉末、粒径为400～2000微米、包埋率为80%～98%、含水量为3%～9%的碱性蛋白酶微胶囊粉。本发明设计的工艺路线简捷，设备投入少，利用效率高，节约成本，不仅能够应用于玉米源、大豆源、蛋清源等蛋白质的水解制备工艺中，具有可重复利用和节约成本等优越性。

Description

一种碱性蛋白酶微胶囊粉及其制备方法

技术领域

本发明属于食源性功能肽制备的技术领域，公开了一种碱性蛋白酶微胶囊粉及其制备方法。

背景技术

“肽”引发21世纪营养革命，至今已成为高科产业新热点。功能肽是源于蛋白质的功能性化合物，据报道具有镇静安眠、抗氧化、改善免疫调节、改善激素调节、迅速恢复体能、提高人体耐力等各种功效。在日本，美国和西欧，含有生物活性肽的健康食品层出不穷，例如活性肽饮料、活性肽儿童午餐，活性肽老人套餐，活性肽糖果、活性肽保健饼干等。而我国的营养学家也在大力推进生物活性肽在食物中的应用，特别是来源于食物蛋白中活性肽类，不仅能够提高农副产品精深加工水平和提高附加值，而且还可适应人类对营养、保健、功能的新的消费需求模式，食源性功能肽在健康食品中的应用具有无比巨大的商业前景。采用生物酶法在温和条件下对蛋白进行水解，生成的多肽保持了很高营养价值，因此酶法水解蛋白质得到活性多肽的方式在市场上广泛应用。

酶是生物活细胞产生的，是一类以蛋白质为主要成分具有高效性和专一性的催化剂，然而酶在应用中存在一些弊端，难以实现工业上的连续化、自动化生产。和化学催化剂相比酶具有反应速度快，化学、立体和分子部位选择性好，反应条件温和，底物专一性强等优点，同时酶本身可以被微生物降解，反应产物污染性小，能耗低且反应容易控制。但因酶的化学本质是蛋白质，在酸、碱、热及有机溶剂条件下易发生酶蛋白质的变性作用，从而使酶的活力降低或丧失。同时酶反应往往在溶液中进行，反应结束后，不易回收，给循环使用造成困难，且反应产物是酶的排泄物，对酶的催化反应有抑制作用，生产强度低。加之酶与底物、产物的分离和纯化手续繁杂，应用成本高，使得酶反应只能分批进行，而难以实现工业上的连续化、自动化生产。探究一种高效利用、条件温和的酶加工方式亟待解决。

微胶囊是一种实现固定化的简便有效的途径，已被国际上列为21世纪重点研究开发的高新技术。微胶囊是指由聚合物壁壳包装起来的微型容器，具有半透性或密封性。微胶囊固定化的酶保持了其高效、专一及温和的催化反应特性的基础上，又产生了独特的优点：（1）提高酶分子结构的稳定性，使酶对热、pH、抑制剂的敏感性降低；（2）反应结束后，固定化的酶，经过简单的处理，就可以回收，使得酶可以在生产中反复连续使用，提高酶的利用率，降低生产成本；（3）酶固定化后能与反应物、产物分开，有效地控制生产过程，并省去热处理而使酶失活的步骤，简化了生产工艺。目前，微胶囊技术已被国际上列为21世纪重点研究开发的高新技术。微胶囊技术也将成为本世纪的另一闪光点。

本发明选用的壁材海藻酸钠和固定液CaCl₂在安全性和成型性等方面具有优良特性。海藻酸钠是一种优良的微胶囊壁材。海藻酸钠是从褐藻类的海带或马尾藻种提取的一种多糖碳水化合物，具有浓缩溶液，形成凝胶和成膜的能力。在牙科印模料、止血剂、药膏等制剂中均有添加，同时对放射性元素及有害金属具有阻、排作用。由于海藻酸钠的生物相容性、低毒性和相对低廉的价格，因而在制药领域和材料领域具有良好的的应用前景。CaCl₂是一种无毒、无臭、吸湿性极强的无色立方结晶体。氯化钙及其水合物和溶液在食品制造、建筑材料、医学和生物学等多个方面均有重要的应用价值。因此，选用的壁材海藻酸钠和固定液CaCl₂在安全性和成型性等方面具有优良特性。

本专利申请实现了以海藻酸钠为壁材、碱性蛋白酶为芯材、CaCl₂为固定液的微胶囊制备。其优势存在以下几个方面：

第一，本发明是以微胶囊技术为核心。通过锐孔挤压法以海藻酸钠包埋碱性蛋白酶，实现了包埋率高达95.6314%的高效制备。该种方法包埋率明显优于公开号CN102174503A专利中的喷雾干燥法制备微胶囊包埋效率90.5%。与公开号CN102660533A专利中使用氧化石墨烯固定化碱性蛋白酶相比，改种方法更加安全环保。

第二，本发明以碱性蛋白酶为芯材，实现了酶的固定化，提高酶的稳定性和利用率，简化了生产工艺。

第三，所用材料为绿色，使用范围广。

第四，本发明所制备的碱性蛋白酶微胶囊将用于功能活性肽的制备，使酶解过程可控。

发明内容

本发明拟解决的技术问题是：公开一种碱性蛋白酶微胶囊粉及其制备方法。

本发明的技术方案是：

一种碱性蛋白酶微胶囊粉的制备方法，其特征在于，是以碱性蛋白酶、海藻酸钠、CaCl₂为原料，经过配制壁材溶液、配制芯材溶液、配制CaCl₂固定液、壁材芯材混合、微胶囊包埋造粒、固定、抽滤、冷冻干燥过程，制得淡黄色粉末，粒径为400～2000微米，包埋率为80%～98%，含水量为3%～9%的碱性蛋白酶微胶囊粉；

1）所述的配制壁材溶液过程，是用磁力搅拌器将海藻酸钠与蒸馏水按照2∶98～4∶96g/mL的比例进行混合，搅拌温度为15～30℃，搅拌时间为1～4h，转速为400～1000r/min，得到壁材溶液；

2）所述的配制芯材溶液过程，是用磁力搅拌器将碱性蛋白酶固体粉末与蒸馏水按照重量与体积比m∶v为1∶99～5∶95g/mL进行混合，搅拌温度为15～30℃，搅拌时间为10～50min，转速为400～1000r/min，得到芯材溶液；

3）所述的配制CaCl₂固定液过程，是用磁力搅拌器将CaCl₂固体粉末与蒸馏水按照重量与体积比m∶v为2∶100～4∶100g/mL的比例进行混合均匀，搅拌温度为15～30℃，搅拌时间为1～20min，转速为400～1000r/min，得到CaCl₂固定液；

4）所述的壁材芯材混合过程，是用磁力搅拌器将壁材溶液与芯材溶液按照体积与体积比V∶V为1∶1～2∶1的比例混合均匀，搅拌温度为15～30℃，搅拌时间为1～5min，转速为400～1000r/min，得到壁材芯材混合液；

5）所述的微胶囊包埋造粒过程，是采用50mL注射器吸入20～45mL已混合均匀的壁材芯材溶液，放置于注射泵上，设定微胶囊造粒机的泵流量为4.00～7.00mL/min，微量搅拌器转速为30%～100%，电极电压为1500～2000V，振动频率为1700～2000Hz，锐孔孔径为200～1000μm，将壁材芯材溶液喷射到固定液中，得到球状的微胶囊颗粒；

6）所述的固定过程，是指将球状的微胶囊颗粒分散到CaCl₂固定液中，静置1～3h，使其充分沉淀、固定成型，得到碱性蛋白酶微胶囊固定微球悬浮液；

7）所述的抽滤过程，是将碱性蛋白酶微胶囊固定微球悬浮液进行真空抽滤，真空水循环泵的工作功率为100～300W，流量为30～90L/min，扬程为3～10M，最大真空度为0.05～0.10Mpa，单头抽气量为10～30L/min，抽滤完成后，收集滤纸上的碱性蛋白酶微胶囊粒；

8）所述的冷冻干燥过程，是将收集好的碱性蛋白酶微胶囊粒分装到冷冻盘中，物料厚度为3～10mm，放置在条件为-75～-95℃冷冻库中预冻4～10h；然后将冷冻盘在-30～-60℃的条件下真空冷冻干燥10～20h，得到粒径为400-2000微米，包埋率为80%～98%，含水量为3%～9%的碱性蛋白酶微胶囊粉。所制备的微胶囊粉包埋率是根据国标SB/T10317-1999所述的酶活性法进行测定的。

所选用的蛋白酶为碱性蛋白酶粉末，能够用液体碱性蛋白酶替换，催化部位在丝氨酸，酶活范围为20万～150万u/g。

一种碱性蛋白酶微胶囊粉，其特征在于，淡黄色粉末，粒径为400-2000微米，包埋率为80～98%，含水量为3～9%。

所述的碱性蛋白酶微胶囊粉，可以应用于玉米源、大豆源、蛋清源等食源性蛋白质肽的可控酶解的技术环节。

本发明技术效果如下：

（1）本发明是一种以海藻酸钠为壁材的碱性蛋白酶微胶囊，经壁材芯材混合、微胶囊机制备、抽滤和冷冻干燥，采用测酶活法测定包埋率技术，可获粒径为400-2000微米、包埋率为80%～98%、含水量为3%～9%的微胶囊粉。

（2）本发明设计的工艺路线简捷，设备投入少，利用效率高，节约成本，工业化推广可行，是一种制备碱性蛋白酶微胶囊的有效方法。

（3）在本发明中制备的微胶囊可经过滤，进行重复利用，有效提高使用效率，节约成本。

具体实施方式

实施例1：

将海藻酸钠与蒸馏水按照2.3∶100g/mL的比例用磁力搅拌器进行混合均匀，搅拌温度为20℃，搅拌时间为2h，转速为800r/min。接着，将碱性蛋白酶固体粉末与蒸馏水按照1.15∶100g/mL的比例用磁力搅拌器进行混合均匀，搅拌温度为20℃，搅拌时间为10min，转速为700r/min。然后，将CaCl₂固体粉末与蒸馏水按照2∶100g/mL的比例用磁力搅拌器进行混合均匀，搅拌温度为20℃，搅拌时间为2min，转速为700r/min。将壁材溶液与芯材溶液按照体积比为1∶1的比例用磁力搅拌器混合均匀，搅拌温度为20℃，搅拌时间为5min，转速为800r/min。采用50mL注射器吸入40mL的已混合均匀的壁材芯材溶液，放置于注射泵上，设定微胶囊造粒机的泵流量为5.01mL/min，微量搅拌器转速为40%，电极电压为1550V，振动频率为1900Hz，锐孔孔径为200μm的条件下，将包埋好的微胶囊喷射到固定液CaCl₂中。待造粒过程结束，将已均匀分散到CaCl₂固定液中的微胶囊静置1h，使其充分沉淀、固定成型。将含有碱性蛋白酶微胶囊的固定液进行真空抽滤，其中真空水循环泵的工作条件为功率180W，电压220V，流量60L/min，扬程8M，最大真空度0.098Mpa，单头抽气量10L/min，抽滤完成后收集滤纸上的微胶囊颗粒。将收集好的碱性蛋白酶微胶囊分装到冷冻盘中，物料厚度为8mm，放置在条件为-80℃冷冻库中预冻5h；然后将冷冻盘在-55℃的条件下真空冷冻干燥24h，然后进行成品包装，得到粒径为2000微米、含水量为8%、包埋率为90.424%的微胶囊粉。

实施例2：

将海藻酸钠与蒸馏水按照1.5∶100g/mL的比例用磁力搅拌器进行混合均匀，搅拌温度为20℃，搅拌时间为1.5h，转速为800r/min。接着，将碱性蛋白酶固体粉末与蒸馏水按照3∶100g/mL的比例用磁力搅拌器进行混合均匀，搅拌温度为20℃，搅拌时间为20min，转速为700r/min。然后，将CaCl₂固体粉末与蒸馏水按照3∶100g/mL的比例用磁力搅拌器进行混合均匀，搅拌温度为20℃，搅拌时间为3min，转速为700r/min。将壁材溶液与芯材溶液按照体积比为1∶1的比例用磁力搅拌器混合均匀，搅拌温度为20℃，搅拌时间为5min，转速为800r/min。采用50mL注射器吸入40mL的已混合均匀的壁材芯材溶液，放置于注射泵上，设定微胶囊造粒机的泵流量为5.01mL/min，微量搅拌器转速为40%，电极电压为1550V，振动频率为1900Hz，锐孔孔径为200μm的条件下，将包埋好的微胶囊喷射到固定液CaCl₂中。待造粒过程结束，将已均匀分散到CaCl₂固定液中的微胶囊静置1h，使其充分沉淀、固定成型。将含有碱性蛋白酶微胶囊的固定液进行真空抽滤，其中真空水循环泵的工作条件为功率180W，电压220V，流量60L/min，扬程8M，最大真空度0.098Mpa，单头抽气量10L/min，抽滤完成后收集滤纸上的微胶囊颗粒。将收集好的碱性蛋白酶微胶囊分装到冷冻盘中，物料厚度为8mm，放置在条件为-80℃冷冻库中预冻5h；然后将冷冻盘在-55℃的条件下真空冷冻干燥24h，然后进行成品包装，得到粒径为400微米、含水量为9%、包埋率为84.611%的微胶囊粉。

实施例3：

将海藻酸钠与蒸馏水按照2.3∶100g/mL的比例用磁力搅拌器进行混合均匀，搅拌温度为20℃，搅拌时间为1.5h，转速为800r/min。接着，将碱性蛋白酶固体粉末与蒸馏水按照1.15∶100g/mL的比例用磁力搅拌器进行混合均匀，搅拌温度为20℃，搅拌时间为20min，转速为700r/min。然后，将CaCl₂固体粉末与蒸馏水按照3∶100g/mL的比例用磁力搅拌器进行混合均匀，搅拌温度为20℃，搅拌时间为2.5min，转速为700r/min。将壁材溶液与芯材溶液按照体积比为1∶1的比例用磁力搅拌器混合均匀，搅拌温度为20℃，搅拌时间为5min，转速为800r/min。采用50mL注射器吸入40mL的已混合均匀的壁材芯材溶液，放置于注射泵上，设定微胶囊造粒机的泵流量为5.01mL/min，微量搅拌器转速为40%，电极电压为1550V，振动频率为1900Hz，锐孔孔径为200μm的条件下，将包埋好的微胶囊喷射到固定液CaCl₂中。待造粒过程结束，将已均匀分散到CaCl₂固定液中的微胶囊静置2.5h，使其充分沉淀、固定成型。将含有碱性蛋白酶微胶囊的固定液进行真空抽滤，其中真空水循环泵的工作条件为功率180W，电压220V，流量60L/min，扬程8M，最大真空度0.098Mpa，单头抽气量10L/min，抽滤完成后收集滤纸上的微胶囊颗粒。将收集好的碱性蛋白酶微胶囊分装到冷冻盘中，物料厚度为8mm，放置在条件为-80℃冷冻库中预冻5h；然后将冷冻盘在-55℃的条件下真空冷冻干燥24h，然后进行成品包装，得到粒径为800微米、含水量为6%、包埋率为86.587%的微胶囊粉。

实施例4：

将海藻酸钠与蒸馏水按照1.1∶100g/mL的比例用磁力搅拌器进行混合均匀，搅拌温度为20℃，搅拌时间为1h，转速为800r/min。接着，将碱性蛋白酶固体粉末与蒸馏水按照0.55∶100g/mL的比例用磁力搅拌器进行混合均匀，搅拌温度为20℃，搅拌时间为15min，转速为700r/min。然后，将CaCl₂固体粉末与蒸馏水按照3∶100g/mL的比例用磁力搅拌器进行混合均匀，搅拌温度为20℃，搅拌时间为3min，转速为700r/min。将壁材溶液与芯材溶液按照体积比为1∶1的比例用磁力搅拌器混合均匀，搅拌温度为20℃，搅拌时间为5min，转速为800r/min。采用50mL注射器吸入40mL的已混合均匀的壁材芯材溶液，放置于注射泵上，设定微胶囊造粒机的泵流量为5.01mL/min，微量搅拌器转速为40%，电极电压为1550V，振动频率为1900Hz，锐孔孔径为200μm的条件下，将包埋好的微胶囊喷射到固定液CaCl₂中。待造粒过程结束，将已均匀分散到CaCl₂固定液中的微胶囊静置2h，使其充分沉淀、固定成型。将含有碱性蛋白酶微胶囊的固定液进行真空抽滤，其中真空水循环泵的工作条件为功率180W，电压220V，流量60L/min，扬程8M，最大真空度0.098Mpa，单头抽气量10L/min，抽滤完成后收集滤纸上的微胶囊颗粒。将收集好的碱性蛋白酶微胶囊分装到冷冻盘中，物料厚度为8mm，放置在条件为-80℃冷冻库中预冻5h；然后将冷冻盘在-55℃的条件下真空冷冻干燥24h，然后进行成品包装，得到粒径为1500微米、含水量为3%、包埋率为87.631%的微胶囊粉。

Claims

1.一种碱性蛋白酶微胶囊粉的制备方法，其特征在于，是以碱性蛋白酶、海藻酸钠、CaCl₂为原料，经过配制壁材溶液、配制芯材溶液、配制CaCl₂固定液、壁材芯材混合、微胶囊包埋造粒、固定、抽滤、冷冻干燥过程，制得淡黄色粉末的碱性蛋白酶微胶囊粉；

2）所述的配制芯材溶液过程，是用磁力搅拌器将碱性蛋白酶与蒸馏水按照重量与体积比为1∶99～5∶95g/mL进行混合，搅拌温度为15～30℃，搅拌时间为10～50min，转速为400～1000r/min，得到芯材溶液；

3）所述的配制CaCl₂固定液过程，是用磁力搅拌器将CaCl₂固体粉末与蒸馏水按照重量与体积比为2∶100～4∶100g/mL的比例进行混合均匀，搅拌温度为15～30℃，搅拌时间为1～20min，转速为400～1000r/min，得到CaCl₂固定液；

4）所述的壁材芯材混合过程，是用磁力搅拌器将壁材溶液与芯材溶液按照体积比为1∶1～2∶1的比例混合均匀，搅拌温度为15～30℃，搅拌时间为1～5min，转速为400～1000r/min，得到壁材芯材混合液；

8）所述的冷冻干燥过程，是将收集好的碱性蛋白酶微胶囊粒分装到冷冻盘中，物料厚度为3～10mm，放置在条件为-75～-95℃冷冻库中预冻4～10h；然后将冷冻盘在-30～-60℃的条件下真空冷冻干燥10～20h，得到碱性蛋白酶微胶囊粉。

2.根据权利要求1所述的一种碱性蛋白酶微胶囊的制备方法，其特征在于，所述的碱性蛋白酶，为碱性蛋白酶粉末或液体碱性蛋白酶，催化部位在丝氨酸，酶活范围为20万～150万u/g。

3.一种权利要求1碱性蛋白酶微胶囊粉的制备方法制得的碱性蛋白酶微胶囊粉，其特征在于，淡黄色粉末，粒径为400～2000微米，包埋率为80%～98%，含水量为3%～9%。

4.根据权利要求3所述的碱性蛋白酶微胶囊粉，其特征在于，应用于玉米源、大豆源、蛋清源食源性蛋白质肽的可控酶解的技术环节。