CN104323235B - 双蛋白共乳化体系及其制备方法和应用 - Google Patents

双蛋白共乳化体系及其制备方法和应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种双蛋白共乳化体系及其制备方法和应用，所述双蛋白共乳化体系是由0.5-5wt％的蛋白、体积比为2-15:85-98的油脂和水制备而成的；所述制备方法为：将蛋白加水溶解，使其充分水化，再加油脂，剪切均质。本发明所制得的双蛋白共乳化体系具有良好的稳定性，久置后无油析、分层、沉淀、絮凝等现象发生，也无不良气味；该乳液体系无需额外添加任何乳化剂和稳定剂，也无需调整产品的pH；制备方法操作简便、工艺参数易控、经济易行，适合工业化生产；该双蛋白共乳化体系还可用于制备肠内营养制剂、保健食品、药物制剂、饮料或化妆品，尤其是适用于制备肠内营养制剂。

Description

双蛋白共乳化体系及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及乳化体系领域，特别涉及一种双蛋白共乳化体系及其制备方法和应用。
背景技术
目前，对于临床重症患者及外科术后的病人，均存在营养不良的问题，其严重影响有关并发证的发生率及病人预后，增加了患者病痛，延长了住院时间。临床营养制剂的出现使这一问题得到改善，其主要分为肠内营养(EnteralNutrition)制剂和肠外营养(ParenteralNutrition)制剂。由于肠内营养制剂更能满足人体生理需求，改善病理状态，随着临床运用的发展，肠内营养制剂的优势相比于肠外营养制剂逐渐突显。然而，肠内营养制剂通常包含多种营养组分和生理活性物质，由于其组分复杂，目前普遍存在稳定性差，易分层(creaming)、沉淀(precipitate)、絮凝或胶凝，变色、气味难闻、味道差等问题。
而蛋白质作为可大量食用的乳化剂，用于生产肠内营养制剂具有独特的优势。它不但作为三大营养物质之一，还可同时发挥乳化剂与稳定剂的作用。通过外界高能量的输入，油相被破碎分散为均一的纳米级油滴，蛋白质发挥表面活性剂的作用，在油滴表面形成吸附蛋白膜保护层，或溶解分散在水相中，阻止乳滴之间的聚结(coalescence)。蛋白质稳定的乳液(proteinstabilizedemulsions)的稳定性主要依赖于乳滴表面的电荷密度和乳化吸附层的结构，近年来受到广泛关注，大量研究致力于提高蛋白乳化稳定的效果。
单纯蛋白质作乳化剂的效果受pH、离子强度、温度、油水相组分及工艺条件影响较大，难以形成稳定的乳液，适用性差。因此，目前研究主要运用蛋白-多糖美拉德反应复合物，其蛋白质乳化性能得到改进，并能抗氧化、具有更好空间稳定效应，但发生美拉德反应的位点及程度难以控制，且游离多糖链易导致乳滴间发生桥链絮凝而影响产品稳定性；研究还运用到蛋白质部分水解物，其水解片段乳化吸附性能及生理活性提高，但通常缺乏特异性蛋白水解酶，难以精确控制水解程度与水解部位，难以转化为大批量生产；研究还运用到静电层层自组装，即带相反电荷的蛋白质或多糖，通过调节乳化条件使蛋白质或多糖与油水界面蛋白吸附层发生静电自组装聚合，然而其形成的吸附多层膜稳定性差，工艺条件要求苛刻。
在实际操作中，以上方法均存在天然缺陷，比如操作复杂、重现性差、花费昂贵、稳定性差。
发明内容
基于此，本发明的目的在于提供一种双蛋白共乳化体系及其制备方法。
解决上述技术问题的具体技术方案如下：
一种双蛋白共乳化体系，所述双蛋白共乳化体系是由蛋白、油脂和水制备而成的，其中：所述双蛋白共乳化体系中蛋白的质量百分比为0.5-5％，所述蛋白由蛋白A和蛋白B组成，所述蛋白A为大豆分离蛋白、β-球蛋白、β-伴球蛋白或乳球蛋白中的至少一种；所述蛋白B为酪蛋白酸钠；所述蛋白A和蛋白B的质量比为1-4:1-4；
所述油脂和水的体积比为2-15:85-98。
在其中一些实施例中，所述蛋白A和蛋白B的质量比为1-3:1-3。
在其中一些实施例中，所述双蛋白共乳化体系中蛋白的质量百分比为0.5-3％。
在其中一些实施例中，所述油脂和水的体积比为2-5:95-98。
在其中一些实施例中，所述蛋白A为大豆分离蛋白。
在其中一些实施例中，所述油脂选自动物脂肪或植物脂肪。
在其中一些实施例中，所述油脂选自大豆油、花生油、芝麻油、椰子油、橄榄油、鱼肝油、维生素E醋酸酯、鱼油、挥发油或中链脂肪酸酯或合成的食用液体油脂中的至少一种。所述中链甘油酸酯在代谢受压的患者中容易被吸收和代谢，及时补充热量；所述花生油、大豆油、芝麻油等长链脂肪酸酯在补充热量的同时可调节人体中的免疫应答；所述挥发油可抗氧化、防腐、掩味增香。实验中发现：不同油脂种类对终产品稳定性的影响不明显，因而选择哪一种脂肪源视患者生理需求与油脂来源具体情况而定。
在其中一些实施例中，所述挥发油选自柠檬油、肉桂油、薄荷油、干姜挥发油、牛至油或香芹酚中的至少一种。
上述双蛋白共乳化体系的制备方法，包括以下步骤：
(1)将蛋白加入水中溶解，充分水化，得蛋白溶液；
(2)在蛋白溶液中加入油脂，剪切形成粗乳；
(3)对粗乳进行均质。
在其中一些实施例中，步骤(1)中所述水化的时间为4-20h。
在其中一些实施例中，步骤(2)中所述剪切的速度为1000-100000r/min，步骤(3)中所述均质的压力为200-1000bar。
在其中一些实施例中，所述水化的时间为8-12h，所述剪切的速度为5000-80000r/min，时间为0.5-5min，所述均质的压力为200-600bar，均质循环次数为6～15次。
在其中一些实施例中，所述均质中一级均质阀压力为200-1000bar。
在其中一些实施例中，所述均质中一级均质阀压力为200-600bar。
在其中一些实施例中，所述均质的方法为高速剪切、高压均质、微射流或超声乳化。
在其中一些实施例中，所述制备方法还包括步骤(4)：灭菌。
在其中一些实施例中，步骤(1)中所述的水为纯水。
本发明的另一目的在于提供上述双蛋白共乳化体系在制备肠内营养制剂、保健食品、药物制剂、饮料或化妆品中的应用。
本发明的另一目的在于提供一种肠内营养制剂，所述肠内营养制剂包括有上述的双蛋白共乳化体系。
在其中一些实施例中，所述肠内营养制剂还包括碳水化合物、维生素、脂溶性药物、激素、益生菌、疫苗、防腐剂、螯合剂、调味剂、抗氧剂、香味剂、着色剂或遮光剂中的一种或多种。
在其中一些实施例中，所述碳水化合物选自葡萄糖、麦芽糊精、低聚糖、淀粉、乳糖或纤维素中的至少一种。
本发明所述的一种双蛋白共乳化体系及其制备方法和应用具有以下优点和有益效果：
(1)本发明经发明人大量的实验，得出一种具有良好稳定性的双蛋白共乳化体系，并确定了其最佳组分及含量。该乳化体系是在0.5-5wt％的质量比为1-4:1-4的蛋白A(大豆分离蛋白、β-球蛋白、β-伴球蛋白或乳球蛋白中的至少一种)和蛋白B(酪蛋白酸钠)的相互协同下，并配合体积比为2-15:85-98的油脂和水制备而成的，其具有良好的稳定性，久置后无油析、分层、沉淀、絮凝等现象发生，也无不良气味，体系中为250-350nm的乳滴，其始终保持均一分散，且其还是一种低粘度液体，故特别适合用于重症患者的管饲营养补充；还有，该乳液体系无需额外添加任何乳化剂和稳定剂，也无需调整产品的pH，其还具有较高的蛋白质消化率校正氨基酸评分值，营养丰富、生物效价高；另外，由于本发明采用大豆分离蛋白，故该乳化体系还节约了牛奶蛋白资源，有效降低生产成本；
(2)本发明所述的双蛋白共乳化体系的制备方法，操作简便、工艺参数易控、经济易行，适合工业化生产；
(3)本发明所述的双蛋白共乳化体系与多种营养成分或活性成分物质(如：碳水化合物、维生素、脂溶性药物、激素、益生菌或疫苗)有良好的相容性，故可根据实际需求进行调整，从而生产出一系列适合不同人群的制剂；该双蛋白共乳化体系还可作为一种活性物质传递系统，显著提高活性成分的储存稳定性，方便使用，安全无毒、利于吸收，故其可用于营养制剂、保健食品、药物制剂、饮料或化妆品的制备，尤其是适用于制备营养制剂。
附图说明
图1为实施例1所制得的双蛋白共乳化体系EM1-6的平均粒径-储存时间折线图；
图2为实施例1所制得的双蛋白共乳化体系EM2的透射电镜显微图；
图3为实施例2所制得的双蛋白共乳化体系EM10-14的平均粒径-循环次数折线图；
图4为实施例2所制得的双蛋白共乳化体系EM10-14的电位分布图；
图5为实施例2所制得的双蛋白共乳化体系EM11的粘度-剪切速率/温度曲线；
图6为实施例1所制得的双蛋白共乳化体系EM3的90天储存稳定分析图；
图7为实施例5所制得的肠内营养剂放置90天后维生素A棕榈酸酯含量变化图；
图8为实施例6所制得的双蛋白共乳化体系EM15-17的平均粒径-储存时间柱状图。
具体实施方式
本发明精选蛋白A——大豆分离蛋白、β-球蛋白、β-伴球蛋白或乳球蛋白中的至少一种，和蛋白B——酪蛋白酸钠，通过控制两者的比例及其在体系中的质量百分含量，在两者的协同作用下，并配合油脂制得稳定性良好的双蛋白共乳化体系，其稳定性好、风味口感好，营养丰富。其中，大豆蛋白作为一种来源丰富的植物性完全蛋白质，不含胆固醇，其分离纯化产品大豆分离蛋白(soyproteinisolation，简称SPI)，主要由β-球蛋白(11S)和β-伴球蛋白(7S)组成，为结构紧实的球状蛋白。酪蛋白酸钠(sodiumcaseinate，简称SC)，作为一种来源丰富的动物性完全蛋白质，由酪蛋白经多步处理离子化得到，以提高其溶解性能。酪蛋白是哺乳动物母牛，羊等和人奶中的主要蛋白质，在牛奶蛋白中含量高达80％，是一种多组分体系，由α、β、γ和κ酪蛋白组成，其结构疏松，蛋白亚基在溶解状态下易自由活动。
大豆分离蛋白(SPI)和酪蛋白酸钠(SC)被公认为是安全的(generallyrecognizedassafe，简称GRAS)，均含有几乎人体所需所有氨基酸，特别是必须氨基酸，具有营养补充和多种生理功效，广泛用于乳制品及食品行业。
下述实施例中所用的高压均质机(two-stagehighpressurehomogenizer)为意大利NiroSoavi公司的，型号为NS1001L。
以下将结合具体实施例对本发明做进一步说明。
实施例1
本实施例一种双蛋白共乳化体系，其具体组分及其含量如表1，其中，所述油为大豆油与中链脂肪酸酯，表中所述总蛋白即大豆分离蛋白(SPI)和酪蛋白酸钠(SC)质量之和。
表1双蛋白共乳化体系中组分及其含量表
上述双蛋白共乳化体系的制备方法，包括以下步骤：
(1)将SPI和SC混合，分散溶解于纯水中，常温下通过磁力搅拌器充分水化12h，得蛋白溶液；
(2)将油与蛋白溶液搅拌混匀，于转速为10000转/分钟的条件下，高速剪切分散1min，得粗乳；
(3)将粗乳经高压均质处理6次，并灭菌，其中，一级均质阀压力为600bar，二级均质阀压力为50bar，即得双蛋白共乳化体系，其是一种纳米级的分散乳液。
上述所制得的9种双蛋白共乳化体系，经马尔文纳米粒度分析仪(NanoZS90)检测，所得的双蛋白共乳化体系中乳滴的平均粒径均在250-350nm范围内，多分散系数pdI约为0.1；说明该乳化体系为一种纳米级均一乳液；且将该乳化体系室温放置90天后，平均粒径无显著变化，说明其具有良好的稳定性。
其中，EM1-EM6所制得的6种双蛋白共乳化体系，结果见图1，从图1可知：所得的双蛋白共乳化体系中乳滴的平均粒径在250-350nm范围内，多分散系数pdI约为0.1；说明该产品为一种纳米级均一乳液；且室温放置90天后，平均粒径无显著变化，说明其具有良好的稳定性。
图2为上述编号EM2双蛋白共乳化体系的透射电镜显微图，从图2可知：该双蛋白共乳化体系中乳滴为光滑圆整球形，颗粒分散，粒径与马尔文纳米粒度分析仪结果相互佐证。
实施例2
本实施例一种双蛋白共乳化体系，其各组分及含量如下：
所述双蛋白共乳化体系中大豆分离蛋白和酪蛋白酸钠的质量百分比为3％，
所述油脂和水的体积比为8:92，
所述大豆分离蛋白和酪蛋白酸钠的质量比为2:3。
上述双蛋白共乳化体系的制备方法，与实施例1所述制备方法基本相同，区别在于：步骤(2)中的剪切速度和剪切时间，及步骤(3)中的一级均质阀压力和循环次数，具体参数如表2：
表2剪切和均质参数表
上述制得的5种双蛋白共乳化体系，经马尔文纳米粒度分析仪检测，其粒径分布如图3所示，电位如图4所示。从图3和图4可知：所得的双蛋白共乳化体系EM10-EM14均为纳米级均一乳液，平均粒径小于350nm，电位在-50～-40mV间。由乳液静电稳定作用理论推知，该产品具有优越的稳定性。
另外，由图3可知，随着一级均质阀压力的增大，平均粒径减小，当均质循环次数小于20次时，其变化对平均粒径影响不明显。当增大到30次时，除EM10外，平均粒径略微增大，说明能量输入过载。乳滴间碰撞加剧而合并，这将导致产品稳定性下降，造成能源浪费，基于此，均质压力优选为200-600bar，均质循环次数优选为6-15次。
实施例3流变性实验
一、实验目的
分析实施例2所制得的双蛋白共乳化体系EM11的流变性。
二、实验方法
将实施例2所制得的双蛋白共乳化体系EM11经安东帕流流变仪(MCR102)分析，恒定温度为25℃，剪切速率由10S-1升高至100S-1或固定剪切速率10S-1，温度由4℃升高至50℃，进行粘度测定。
三、实验结果
实验结果参见图5，从图5可知：所制得的实施例2所制得的双蛋白共乳化体系的流变性表现为牛顿流体，粘度不随剪切速率变化。在4-50℃范围内体系粘度始终小于0.004帕·秒，可见EM11为一种低粘度液体，特别适合用于重症患者的管饲营养补充。
实施例4稳定性试验
一、实验目的
分析实施例1中所制得的双蛋白共乳化体系EM1、EM2、EM3和EM5制得乳剂的平均粒径、分散性和电位及储存稳定性。
二、实验方法
本实验分为实验组和对照组，其中，
实验组为：EM1、EM2、EM3和EM5；
对照组1：一种蛋白乳化体系，所述蛋白乳化体系是由下述重量百分比的原料制备而成的：大豆分离蛋白：2wt％，油脂:水＝5:95(ml:ml)。
对照组2：一种蛋白乳化体系，所述蛋白乳化体系是由下述重量百分比的原料制备而成的：酪蛋白酸钠：2wt％，油脂:水＝5:95(ml:ml)。
对照组3：一种双蛋白共乳化体系，所述双蛋白共乳化体系是由下述重量百分比的原料制备而成的：大豆分离蛋白和酪蛋白酸钠：8wt％，油脂:水＝5:95(ml:ml)，所述大豆分离蛋白和酪蛋白酸钠的质量比为1:1。
对照组4：一种双蛋白共乳化体系，所述双蛋白共乳化体系是由下述重量百分比的原料制备而成的：大豆分离蛋白和酪蛋白酸钠：2wt％，油脂:水＝20:80(ml:ml)，所述大豆分离蛋白和酪蛋白酸钠的质量比为1:1。
对照组5：一种双蛋白共乳化体系，所述双蛋白共乳化体系是由下述重量百分比的原料制备而成的：大豆分离蛋白和酪蛋白酸钠：2wt％，油脂:水＝5:95(ml:ml)，所述大豆分离蛋白和酪蛋白酸钠的质量比为1:5。
将实验组和对照组所制得的双蛋白共乳化体系室温放置90天后取出，经马尔文纳米粒度及电位仪分析。
三、实验结果
结果参见表3及图6，从表3可见，EM1、EM2、EM3和EM5室温存放90天，平均粒径(Z-Ave)、分散性(PdI)及电位(ZP)都无明显改变；而对照组1-5室温存放90天后，稳定性均较差，无法测得数据。
从图6可见，该实施例1所制得的双蛋白共乳化体系EM3室温存放90天过程中，整个体系背散光保持恒定值，不随样品高度而改变。由此可见，该制剂无油析、分层、沉淀、絮凝现象发生，且乳滴一直保持均一分散。
表3存放3个月前后的平均粒径、分散性及电位的变化结果表
实施例5
本实施例一种肠内营养制剂，其是由实施例2所制得的双蛋白共乳化体系EM11辅以维生素A棕榈酸酯制备而成的，所述肠内营养制剂中维生素A棕榈酸酯的终浓度为60μg/ml。
上述肠内营养制剂的制备方法，与实施例2所述EM11的制备方法基本相同，区别在于：在步骤(2)中先将维生素A醋酸酯加入油中，在再与蛋白溶液搅拌混匀。
将上述所制得的肠内营养制剂室温放置90天后取出，测定其维生素A醋酸酯的含量和稳定性。
测定方法为：经氢氧化钾饱和甲醇破乳、去酯化，正已烷萃取后，用紫外分光光度法定量维生素A，最大吸收波长325nm。
结果参见图7，从图7可知：该双蛋白共乳化体系对维生素A醋酸酯具有良好的包载及稳定作用，由此说明该双蛋白共乳化体系对脂溶性维生素具有良好的包载及稳定作用，故其可广泛运用于药物制剂、营养保健食品、化妆品中脂溶性活性物质的保护及传递。
实施例6
本实施例一种双蛋白共乳化体系，其具体组分和含量见表4，其制备方法同实施例1。
表4双蛋白共乳化体系中组分及其含量表
上述所制得的EM15、EM16、EM17双蛋白共乳化体系，经马尔文纳米粒度分析仪(NanoZS90)检测，所得的双蛋白共乳化体系平均粒径均在250-350nm范围内，多分散系数pdI约为0.1；说明该乳化体系为一种纳米级均一乳液；且将该乳化体系室温放置90天后，平均粒径无显著变化，其结果见图8，说明其具有良好的稳定性。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种双蛋白共乳化体系，其特征在于，所述双蛋白共乳化体系是由蛋白、油脂和水制备而成的，其中：
所述双蛋白共乳化体系中蛋白的质量百分比为0.5-5％，所述蛋白由蛋白A和蛋白B组成，所述蛋白A为大豆分离蛋白、β-球蛋白、β-伴球蛋白或乳球蛋白中的至少一种；所述蛋白B为酪蛋白酸钠；所述蛋白A和蛋白B的质量比为1-4:1-4；
所述油脂和水的体积比为2-15:85-98。
2.根据权利要求1所述的双蛋白共乳化体系，其特征在于，所述蛋白A和蛋白B的质量比为1-3:1-3。
3.根据权利要求1或2所述的双蛋白共乳化体系，其特征在于，所述双蛋白共乳化体系中蛋白的质量百分比为0.5-3％。
4.根据权利要求1或2所述的双蛋白共乳化体系，其特征在于，所述油脂和水的体积比为2-5:95-98。
5.一种如权利要求1-4任一项所述的双蛋白共乳化体系的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将蛋白加入水中溶解，充分水化，得蛋白溶液；
(2)在蛋白溶液中加入油脂，剪切形成粗乳；
(3)对粗乳进行均质。
6.根据权利要求5所述的双蛋白共乳化体系的制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述水化的时间为4-20h。
7.根据权利要求5或6所述的双蛋白共乳化体系的制备方法，其特征在于，步骤(2)中所述剪切的速度为1000-100000r/min，步骤(3)中所述均质的压力为200-1000bar。
8.根据权利要求7所述的双蛋白共乳化体系的制备方法，其特征在于，所述水化的时间为8-12h；所述剪切的速度为5000-80000r/min，时间为0.5-5min；所述均质的压力为200-600bar，均质循环次数为6-15次。
9.权利要求1-4任一项所述的双蛋白共乳化体系在制备肠内营养制剂、保健食品、药物制剂、饮料或化妆品中的应用。
10.一种肠内营养制剂，其特征在于，所述肠内营养制剂包括有如权利要求1-4任一项所述的双蛋白共乳化体系。
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