CN104000004B - 一种含矿物质的乳清蛋白纳米微粒的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种属于功能性食品技术领域的一种含矿物质的乳清蛋白纳米微粒的制备方法。该方法的主要原料为乳清蛋白，其经预热处理以及转谷氨酰胺酶交联作用，灭酶后加入矿物质金属盐离子，在一定条件下，矿物质金属阳离子与经酶改性的乳清蛋白结合，形成一种螯合矿物质金属离子的乳清蛋白纳米微粒。乳清蛋白经微粒化处理后，产品中50％以上微粒粒径小于500nm。本发明方法制备的产品中含有丰富的优质蛋白以及矿物质微量元素，能够强化钙、铁、锌等微量元素，较小的粒径，更有利于矿物质的吸收利用，有益于缺钙、缺铁、低锌和亚健康人群，具有较高的营养价值。

Description

一种含矿物质的乳清蛋白纳米微粒的制备方法

技术领域

本发明属于功能保健食品领域，特别是涉及一种含矿物质的乳清蛋白纳米微粒的制备方法。

背景技术

乳清蛋白是由干酪生产过程中所产生的副产品乳清，经过特殊工艺浓缩精制而得的一类蛋白质，是牛奶乳清中的主要成分，它们不仅容易消化，而且具有很高代谢效率，从而使蛋白质具有很高的生物利用价值。乳清蛋白的必需氨基酸种类齐全，其组成模式与人体相似，容易消化吸收，具有极高的生物利用效价；乳清蛋白功能多样，且来源于天然食品，是可获得的最经济的食物蛋白质资源之一。

关于乳清蛋白的应用，过去主要是提高蛋白质含量及补充人体的必需氨基酸，随着对乳清蛋白功能的研究深入，其应用也越来越广泛。乳清蛋白以其优质的蛋白质组成、极高的生物利用价值和特殊的生理功能，受到国际上的广泛关注，在运动营养、医疗保健和食品加工等方面的应用前景广阔。

纳米微粒在医药学和食品科学领域具有广阔的应用前景。通过将药物和食品功能因子溶解、包裹于纳米粒子内部，或吸附于纳米粒子表面，能够提高生物活性成分的稳定性，延缓释放，延长半衰期，促使其活性的最大发挥。由于纳米微粒足够小，以至于可以穿过肠道上皮组织，从而较易被细胞所吸收。

转谷氨酰胺酶(TGase)是一种催化蛋白质中赖氨酸上的ε-氨基和谷氨酸上г-羟酰胺基之间的结合反应,通过转谷氨酰胺作用形成共价化合物的聚合酶。转谷氨酰胺酶的聚合作用可增加蛋白质的热稳定性，从而明显改善蛋白质的功能特性。通过转谷氨酰胺酶交联作用，可使乳清分离蛋白的热稳定性得到明显提高，其他功能特性也有所改善。

矿物质与健康的关系非常密切，当今人类的很多疾病都与矿物质异常有关，如心血管疾病、癌症、糖尿病、克山病，儿童偏食、厌食等。钙是人体最重要的组成成分之一，含量仅低于C、O、H、N四种元素，也是人体中含量最多的矿物元素，钙还具有多种生理功能，参与多种代谢过程，影响着各个器官组织的活动。铁对于人体而言是必不可少的微量元素，在微量元素中铁在重要性上还和数量上，都居第一位，铁在人体中起着非常重要的生理作用，铁是血红蛋白和肌红蛋白的重要组成，血红蛋白具有固定氧和输送氧的功能，肌红蛋白则在肌肉中运输和储存氧气；铁元素还是许多酶和免疫系统的重要成分，对呼吸、能量代谢、免疫等起着非常重要的影响。锌是人体最重要的必需微量元素之一，是构成人体多种酶、辅酶的必需元素，并通过参与这些酶的组成和激活，对生长发育、智力发育、免疫功能、物质代谢和生殖代谢等都具有重要的作用。

乳清蛋白纳米微粒可以作为载体，促进生物活性成分和药物的吸收，目前已有国内外研究人员通过加热、乙醇脱溶剂法、pH循环处理法等方法制备出一定粒径大小的乳清蛋白纳米微粒，并研究了对精油、多不饱和脂肪、脂溶性维生素等生物成分的包埋封装。然而，对于乳清蛋白纳米微粒与矿物质元素的结合，相关研究并不多，因此通过乳清蛋白纳米微粒提高矿物质吸收率具有较高的研究价值。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种含矿物质的乳清蛋白纳米微粒的制备方法。该方法制备的乳清蛋白纳米微粒中含有矿物质元素，如钙、铁、锌等，是一种具有强化微量元素功能的食品。其加工技术相对简单，制备的产品吸收率好、稳定性高，可成为乳制品中强化矿物质元素的一种选择。

本发明解决问题的技术方案是：

一种含矿物质的乳清蛋白纳米微粒的制备方法，包括乳清蛋白酶解液制备和矿物质与乳清蛋白酶解液混合两个过程，具体步骤如下：

a.乳清蛋白酶解液制备：

(1)水合过程

将乳清蛋白以2％～6％(w/v)的比例溶解于水或磷酸盐缓冲溶液中，搅拌均匀，静置水化12～24小时；

(2)预热处理

将步骤(1)中水化好的乳清蛋白分散液于80～90℃水浴加热10～30分钟，随后迅速冷却到室温，备用；

(3)酶解

将步骤(2)中预热后的乳清蛋白分散液，调节pH到6～9，加入微生物转谷氨酰胺酶，酶量为10～50U/g底物，搅拌均匀后，45～55℃震荡反应1～4小时；

(4)灭酶

将步骤(3)中酶反应后的乳清蛋白酶解液置于80～90℃水浴加热5～20分钟，进行灭酶处理，灭酶后迅速冷却到室温，备用；

b.矿物质与乳清蛋白酶解液混合：

(5)稀释

将步骤(4)中的乳清蛋白酶解液用水或磷酸盐缓冲溶液稀释到0.5％～2.5％(w/v)；

(6)调整pH

将步骤(5)中的乳清蛋白酶解液稀释液pH调整到6～10；

(7)矿物质元素的加入

将含钙、锌、铁等金属离子的盐溶液逐滴加入到步骤(6)中的乳清蛋白酶解稀释液中，充分混合，使得最后混合液中矿物质金属离子含量为1～20mM；

(8)含矿物质的乳清蛋白纳米微粒

步骤(7)中的乳清蛋白矿物质混合结束后，将其置于室温或2～10℃冷藏条件，静置12～24小时，即得含矿物质的乳清蛋白纳米微粒。

由上述方法制备而成的乳清蛋白纳米微粒，其粒径大小在1～500nm。

本发明的优点：

本发明提供了一种以乳清蛋白为基础原料并含矿物质的新型功能性产品的制备方法。以本方法制备的含矿物质的乳清蛋白纳米微粒具有较高的应用价值，通过乳清蛋白纳米级微粒为载体，强化矿物质元素的吸收利用。制备的产品与未改性及仅进行热改性的乳清蛋白纳米微粒相比，稳定性有所提升，粒径分布可控性加强，能够保证矿物质元素在产品中具有较好的分散度，具有较高的贮藏稳定性。

本发明通过纳米微粒为载体，加入矿物质元素，能更好地促进矿物质吸收，为乳制品中矿物元素的强化提供了一种新的途径，方法简单易行，便于掌握。

虽然本发明实施例仅举了钙、铁、锌等三种矿物质，但应理解，实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。

附图说明：

图10.5％、1.0％、1.5％、2.0％、2.5％的含锌乳清蛋白纳米微粒的粒径体积分布图。

具体实施方式：

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。

实施例1含锌的乳清蛋白纳米微粒的制备

本实施例含锌的乳清蛋白纳米微粒的制备方法按下列工艺步骤制得：

乳清蛋白酶解稀释液→pH调整→逐滴缓慢加入矿物质→充分混合→静置→成品。

具体操作步骤：

(1)乳清蛋白酶解液的制备：

将乳清分离蛋白5.0％溶解于10mM磷酸盐缓冲液(pH7.0)中，水合2小时，于4℃静置12小时。80℃水浴15分钟，于冰水浴中迅速冷却至室温，用1M氢氧化钠调节溶液pH到7.5。加入转谷氨酰胺酶，加入量为20U/g底物，于50℃震荡水浴4小时，反应结束于85℃灭酶10分钟，之后迅速放入冰水浴中冷却至室温，备用。

(2)矿物质与乳清蛋白酶解液混合过程：

乳清蛋白酶解液用10mM磷酸盐缓冲液(pH7.0)分别稀释到0.5％、1.0％、1.5％、2.0％、2.5％，用1M盐酸调节pH到7.0，于磁力搅拌器搅拌状态下，逐滴加入0.5M硫酸锌溶液，使得最后溶液中锌离子含量达到5mM，磁力搅拌1小时，将溶液置于4℃冰箱静置12小时，即得含锌的乳清蛋白纳米微粒。

结果分析：如表1和图1所示，0.5％、1.0％、1.5％、2.0％、2.5％的本发明方法制备的含锌乳清蛋白纳米微粒，微粒粒径大部分在80～200nm之间，与对照组即未改性组和热改性组相比，稳定性有所提升。

表11.0％、1.5％、2.0％的含5mM锌离子的乳清蛋白纳米微粒的粒径分布、电位及PDI值

其中，1.0％和1.5％的热改性处理的含5mM锌离子的乳清蛋白纳米微粒发生分层现象。

实施例2含钙的乳清蛋白纳米微粒的制备

本实施例含钙的乳清蛋白纳米微粒的制备方法参照案例1略有改动。

具体操作步骤：

(1)乳清蛋白酶解液的制备：同案例1，只是样品溶解采用超纯水。

(2)矿物质与乳清蛋白酶解液混合过程：

乳清蛋白酶解液用超纯水稀释到2.0％，用1M盐酸调节pH到7.0，于磁力搅拌器搅拌状态下，逐滴加入0.5M氯化钙溶液，使得最后溶液中锌离子含量达到5mM，磁力搅拌1小时，将溶液置于5℃冰箱静置12小时，即得含钙的乳清蛋白纳米微粒。

结果分析：如表2所示，2.0％的含5mM钙离子的乳清蛋白纳米微粒，经本发明步骤处理的酶改性后的平均粒径大小在123.8nm左右，Zeta电位在-30.5mV左右，与对照组未改性、热改性组相比，稳定性有所提升。

表22.0％的含5mM钙离子的乳清蛋白纳米微粒的粒径分布、电位及PDI值

实施例3含铁的乳清蛋白纳米微粒的制备

本实施例含铁的乳清蛋白纳米微粒的制备方法参照案例1略有改动。

具体操作步骤：

(1)乳清蛋白酶解液的制备：参照案例1，只是样品溶解采用超纯水。

(2)矿物质与乳清蛋白酶解液混合过程：

乳清蛋白酶解液用超纯水稀释到2.0％，用1M盐酸调节pH到7.0，于磁力搅拌器搅拌状态下，逐滴加入0.5M硫酸亚铁溶液(现用现配)和0.5M抗坏血酸溶液(现用现配)，使得最后溶液中亚铁离子含量达到5mM，抗坏血酸含量达到5mM，磁力搅拌1小时，将溶液置于6℃冰箱静置12小时，即得含铁的乳清蛋白纳米微粒。

结果分析：如表3所示，2.0％的含5mM亚铁离子和5mM抗坏血酸的乳清蛋白纳米微粒，经本发明步骤处理即酶改性后的平均粒径大小在140.8nm左右，Zeta电位在-27.6mV左右，与对照组未改性、热改性组相比，粒径分布范围较稳定，并且稳定性也有所提升。

表32.0％的含5mM亚铁离子和5mM抗坏血酸的乳清蛋白纳米微粒的粒径分布、电位及PDI值

实施例4含锌的乳清蛋白纳米微粒的制备

本实施例含锌的乳清蛋白纳米微粒的制备方法按下列工艺步骤制得：

乳清蛋白酶解稀释液→pH调整→逐滴缓慢加入矿物质→充分混合→静置→成品。

具体操作步骤：

(1)乳清蛋白酶解液的制备：

将乳清分离蛋白2.0％溶解于10mM磷酸盐缓冲液(pH7.0)中，水合2小时，于4℃静置18小时。85℃水浴30分钟，于冰水浴中迅速冷却至室温，用1M氢氧化钠调节溶液pH到9.0。加入转谷氨酰胺酶，加入量为50U/g底物，于45℃震荡水浴1小时，反应结束于80℃灭酶5分钟，之后迅速放入冰水浴中冷却至室温，备用。

(2)矿物质与乳清蛋白酶解液混合过程：

乳清蛋白酶解液用10mM磷酸盐缓冲液(pH7.0)稀释到0.5％。稀释液样品1用1M盐酸调节pH到6.0，稀释液样品2用1M氢氧化钠调节溶液pH到10.0。于磁力搅拌器搅拌状态下，分别向两个样品中逐滴加入0.5M硫酸锌溶液，使得最后两个样品中的锌离子含量均达到1mM。样品1和样品2分别磁力搅拌1小时和30秒，然后将两个样品均置于室温下(25℃)，静置12小时，即得含锌的乳清蛋白纳米微粒。

结果分析：样品1的平均体积粒径为202.6±97.8nm，Zeta电位为-26.8mV，PDI为0.514。样品2的平均体积粒径为114.1±16.7nm，Zeta电位为-28.4mV，PDI为0.539。即，不同pH会对形成的含矿物质的纳米微粒产生影响，相比而言，碱性条件下形成的含锌的乳清蛋白纳米微粒粒径更小，电位更大，即稳定性更好些。

实施例5含钙的乳清蛋白纳米微粒的制备

本实施例含钙的乳清蛋白纳米微粒的制备方法按下列工艺步骤制得：

乳清蛋白酶解稀释液→pH调整→逐滴缓慢加入矿物质→充分混合→静置→成品。

具体操作步骤：

(1)乳清蛋白酶解液的制备：

将乳清分离蛋白2.0％溶解于10mM磷酸盐缓冲液(pH7.0)中，水合2小时，于4℃静置12小时。85℃水浴30分钟，于冰水浴中迅速冷却至室温，用1M氢氧化钠调节溶液pH到9.0。加入转谷氨酰胺酶，加入量为50U/g底物，于50℃震荡水浴1小时，反应结束于80℃灭酶5分钟，之后迅速放入冰水浴中冷却至室温，备用。

(2)矿物质与乳清蛋白酶解液混合过程：

乳清蛋白酶解液用10mM磷酸盐缓冲液(pH7.0)稀释到0.5％。稀释液样品1用1M氢氧化钠调节其pH到7.0，稀释液样品2用1M氢氧化钠调节溶液pH到10.0。于磁力搅拌器搅拌状态下，向两个样品中分别逐滴加入0.5M氯化钙溶液，使得两个样品中钙离子含量分别达到2.5mM和1mM。分别磁力搅拌15分钟和30分钟，将两个样品均置于4℃冰箱静置12小时，即得含钙的乳清蛋白纳米微粒。

结果分析：样品1的平均体积粒径为112.9±42.0nm，Zeta电位为-27.4mV，PDI为0.493。样品2的平均体积粒径为111.1±66.2nm，Zeta电位为-29.4mV，PDI为0.539。

实施例6含铁的乳清蛋白纳米微粒的制备

本实施例含铁的乳清蛋白纳米微粒的制备方法按下列工艺步骤制得：

乳清蛋白酶解稀释液→pH调整→逐滴缓慢加入矿物质→充分混合→静置→成品。

具体操作步骤：

(1)乳清蛋白酶解液的制备：

将乳清分离蛋白6.0％溶解于10mM磷酸盐缓冲液(pH7.0)中，水合2小时，于4℃静置24小时。90℃水浴10分钟，于冰水浴中迅速冷却至室温，用1M氢氧化钠调节溶液pH到8.0。加入转谷氨酰胺酶，加入量为30U/g底物，于45℃震荡水浴2小时。反应结束于90℃灭酶5分钟，之后迅速放入冰水浴中冷却至室温，备用。

(2)矿物质与乳清蛋白酶解液混合过程：

乳清蛋白酶解液分别用10mM磷酸盐缓冲液(pH7.0)稀释到0.5％和2.5％。用1M盐酸调节两个样品的pH到7.0。于磁力搅拌器搅拌状态下，分别逐滴向两个样品中加入0.5M硫酸亚铁溶液和0.5M抗坏血酸溶液，使得最后两个样品中亚铁离子含量分别达到1mM和10mM，抗坏血酸含量分别达到1mM和10mM。均磁力搅拌30分钟，将溶液置于4℃冰箱静置12小时，即得含铁的乳清蛋白纳米微粒。

结果分析：样品1，即稀释到0.5％含铁的乳清蛋白纳米微粒，平均体积粒径为262.6±110.4nm，Zeta电位为-31.5mV，PDI为0.430。样品2，即稀释到2.5％含铁的乳清蛋白纳米微粒，平均体积粒径为338.8±70.9nm，Zeta电位为-32.2mV，PDI为0.449。结果表明，乳清蛋白稀释液浓度和加入矿物质含量对含铁的乳清蛋白纳米微粒的形成均有一定影响。

实施例7含钙的乳清蛋白纳米微粒的制备

本实施例含钙的乳清蛋白纳米微粒的制备方法按下列工艺步骤制得：

乳清蛋白酶解稀释液→pH调整→逐滴缓慢加入矿物质→充分混合→静置→成品。

具体操作步骤：

(1)乳清蛋白酶解液的制备：

将乳清分离蛋白4.0％溶解于10mM磷酸盐缓冲液(pH7.0)中，水合2小时，于4℃静置18小时。90℃水浴10分钟，于冰水浴中迅速冷却至室温，用1M盐酸调节溶液pH到6.0。加入转谷氨酰胺酶，加入量为10U/g底物，于50℃震荡水浴2小时，反应结束于90℃灭酶5分钟，之后迅速放入冰水浴中冷却至室温，备用。

(2)矿物质与乳清蛋白酶解液混合过程：

乳清蛋白酶解液用10mM磷酸盐缓冲液(pH7.0)稀释到2.5％。稀释液用1M氢氧化钠调节pH到7.0，于磁力搅拌器搅拌状态下，逐滴加入0.5M氯化钙溶液，使得最后溶液中钙离子含量达到20mM。磁力搅拌30分钟后，将溶液置于4℃冰箱静置24小时，即得含钙的乳清蛋白纳米微粒。

结果分析：样品的平均体积粒径为310.9±59.4nm，Zeta电位为-30.7mV，PDI为0.409。即可形成粒径小于500nm的含钙的乳清蛋白纳米微粒。

对比例1热改性方法制备含矿物质金属离子的乳清蛋白纳米微粒

本实施例含矿物质金属离子的乳清蛋白纳米微粒的制备方法是按下列工艺步骤制得：

热改性乳清蛋白稀释液→pH调整→逐滴缓慢加入矿物质→充分混合→静置→成品

具体操作步骤：

(1)热改性乳清蛋白的制备：

将乳清分离蛋白5.0％溶解于10mM磷酸盐缓冲液(pH7.0)或超纯水中，水合2小时，于4℃静置12小时。80℃水浴15分钟，之后于冰水浴中迅速冷却至室温，备用。

(2)矿物质与乳清蛋白酶解液混合过程：

热改性乳清蛋白稀释到与案例1、2、3相同浓度，其他操作参照上述案例。

对比例2未改性乳清蛋白制备含矿物质金属离子的纳米微粒

本实施例未改性乳清蛋白制备含矿物质金属离子的纳米微粒是按下列工艺步骤制得：

未改性乳清蛋白稀释液→pH调整→逐滴缓慢加入矿物质→充分混合→静置→成品

具体操作步骤：

(1)未改性乳清蛋白的制备：

将乳清分离蛋白5.0％溶解于10mM磷酸盐缓冲液(pH7.0)或超纯水中，水合2小时，于4℃静置12小时，备用。

(2)矿物质与乳清蛋白酶解液混合过程：

未改性的乳清蛋白稀释到与案例1、2、3相同浓度，其他操作参照上述案例。

Claims (3)

1.一种含矿物质的乳清蛋白纳米微粒的制备方法，其特征在于：包括乳清蛋白酶解液制备和矿物质与乳清蛋白酶解液混合两个过程，具体步骤如下：

a.乳清蛋白酶解液制备：

(1)水合过程

将乳清蛋白以2%~6%w/v的比例溶解于水或磷酸盐缓冲溶液中，搅拌均匀，静置水化12~24小时；

(2)预热处理

将步骤(1)中水化好的乳清蛋白分散液于80~90℃水浴加热10~30分钟，随后迅速冷却到室温，备用；

(3)酶解

将步骤(2)中预热后的乳清蛋白分散液，调节pH到6~9，加入微生物转谷氨酰胺酶，酶量为10~50U/g底物，搅拌均匀后，45~55℃震荡反应1~4小时；

(4)灭酶

将步骤(3)中酶反应后的乳清蛋白酶解液置于80~90℃水浴加热5~20分钟，进行灭酶处理，灭酶后迅速冷却到室温，备用；

b.矿物质与乳清蛋白酶解液混合：

(5)稀释

将步骤(4)中的乳清蛋白酶解液用水或磷酸盐缓冲溶液稀释到0.5%~2.5%w/v；

(6)调整pH

将步骤(5)中的乳清蛋白酶解液稀释液pH调整到6~10；

(7)矿物质元素的加入

将含钙、锌、铁等金属离子的盐溶液逐滴加入到步骤(6)中的乳清蛋白酶解液稀释液中，充分混合，使得最后混合液中矿物质金属离子含量为1~20mM；

(8)含矿物质的乳清蛋白纳米微粒

步骤（7）中的乳清蛋白矿物质混合结束后，将其置于室温或2~10℃冷藏条件，静置12~24小时，即得含矿物质的乳清蛋白纳米微粒。

2.一种含矿物质的乳清蛋白纳米微粒，其特征在于：是由权利要求1所述的方法制备而成。

3.根据权利要求2所述的一种含矿物质的乳清蛋白纳米微粒，其特征在于，其粒径大小在1~500nm。