CN104472646A - 一种适用于高温烘焙食品的Nisin双层微胶囊的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种适用于高温烘焙食品的Nisin双层微胶囊的制备方法，将Nisin与壳聚糖以质量比1:1～1:10混合后，调节溶液pH2.5～7.5，添加Tween80与PEG进行乳化制备出乳浊液，再在搅拌作用下缓慢将与壳聚糖质量比3:1～10:1的三聚磷酸钠溶液滴加至乳浊液中制备出包埋Nisin的壳聚糖微胶囊，后处理Nisin壳聚糖微胶囊，使其与黄原胶混合搅拌即可。本发明制备的胶囊化的Nisin产品与游离态的相比，对pH、温度和酶的耐受性增强，可随着食品一起加工，不影响发酵食品发酵工程，而加工中的高温高压亦可使得微胶囊快速释放Nisin，从而解除了包埋壁材对Nisin抑菌效果的影响。

Description

一种适用于高温烘焙食品的Nisin双层微胶囊的制备方法
技术领域
本发明属于生物防腐剂生产技术领域，涉及一种Nisin的防腐制剂，尤其是一种适用于高温烘焙食品的Nisin双层微胶囊的制备方法。
背景技术
Nisin作为极具潜力的生物防腐剂，已经得到广泛应用，但其随着食品一起加工时会受到工艺中的高温高压以及食品基质的pH和酶的影响，Nisin的抗菌效果会被削弱。这是由于Nisin结构对pH与温度的不稳定性，与食品成分(例如，蛋白质和脂类)的相互作用，酶降解所致的失活。为了克服这些问题，大量研究已经提出了以Nisin的持续释放为目标的替代流程。许多研究应用脂质体，聚合物胶囊或薄层来改善Nisin的生物活性。Nisin的包埋是一种有效加强其稳定性的途径，保证Nisin不与食品成分相反应并且允许一种可控制的释放。大多研究者用脂质体来做细菌肽的包埋材料。然而一些弊端归因于作为Nisin载体的脂质体，由于Nisin和脂质体的相互影响导致的失活和高成本。
通过检索，发现与本专利申请相关的专利公开文献主要有：
专利号为：ZL201210341909.4的“一种抗菌肽缓释胶囊的制备方法”，其保护点在于：以壳聚糖代替CaCl2与海藻酸钠进行反应而形成微囊，并以β-环糊精对胶囊进行再次包埋以求得到机械性能好的胶囊体。此专利目的在于制备一种机械性能强的缓释胶囊，而本发明的目的却在于研发出维持Nisin抑菌性能的方法，此微胶囊还能在食品加工中快速释放不影响Nisin的抑菌效果，因此微胶囊的制备只是一种手段不是目的。因此二者的目的和胶囊释放效果完全不同。
专利号为：ZL200710031842.3的“一种微胶囊食品防腐剂及其制备方法”其保护点在于：将苯甲酸、苯甲酸钠、山梨酸、山梨酸钾、丙酸钙、丙酸钠、对羟基苯甲酸乙酯、对羟基苯甲酸丙酯、脱氢乙酸、脱氢乙酸钠、双乙酸钠、桂醛、乳酸链球菌素、纳他霉素中的一种或者多种以任意比例混合作为芯材，得到一种适合发酵食品用的复合防腐剂。此专利列举了十余种防腐剂，强调复合防腐剂的广谱抑菌性能，而本发明只针对Nisin本身的强效抑菌活力因此无需复配。
发明内容
本发明的目的是针对以上技术中所存在的问题，提供了一种活性高、稳定好、耐高压高热的Nisin双层微胶囊的制备方法，本法制备的胶囊抑菌稳定性好，与发酵食品一同使用时不影响其发酵过程，并在高温烘焙下能快速释放抑菌活性。
本发明实现目的的技术方案如下：
一种适用于高温烘焙食品的Nisin双层微胶囊的制备方法，其特征在于：步骤如下
(1)壳聚糖原胶液的制备：制备0.2-1wt％的壳聚糖水溶液，添加体积分数为0.5～2％冰醋酸充分溶解壳聚糖；
(2)Nisin壳聚糖乳浊液的制备：取与壳聚糖质量比1:1～1:10添加Nisin至原胶液中，混合均匀后过滤，调节溶液pH2.5～7.5，再添加1.2～5mL/L的Tween-80、0.12～1.00g/L的PEG，均质20～60min至混合充分形成均匀乳浊液；
(3)微胶囊的成囊：缓慢滴加三聚磷酸钠溶液于步骤(2)中所述混合液中，控制壳聚糖与三聚磷酸钠质量比为1:3～10，制备过程保持搅拌转速200～400rpm和温度25～60℃，持续搅拌固化胶囊20～60min，即得Nisin壳聚糖微胶囊乳液；
(4)洗涤与干燥：再经含有0.5～1.5wt％的Tween-80的蒸馏水溶液对微胶囊进行洗涤(收集截留物)，以除去未包埋的Nisin与壁材，透析过夜以除去NaCl等盐离子后干燥备用；
(5)黄原胶纳他霉素原胶液的制备：将0.5～3g纳他霉素与10～20g黄原胶混合充分，加水溶解制成含黄原胶0.2～1.5wt％的混合原胶液备用；
(6)二次包埋：将1g/(30～70mL)干燥Nisin壳聚糖微胶囊与0.2～1.5wt％黄原胶纳他霉素原胶液混合后，搅拌、过滤、洗涤并透析，最后得到双层Nisin壳聚糖黄原胶微胶囊，此微胶囊耐热性与耐酸碱性增强，利于与高温(121～220℃)烘焙食品一同使用。
而且，所述步骤(2)调节溶液pH时，若pH高于6.0时，后期操作温度应低于25℃，以保证微胶囊的成囊，同时降低Nisin在制备过程中的抑菌活性损失。
本发明取得的优点和有益效果是：
本发明研发一种在实际应用中能够使得Nisin的抑菌损失率降低并能长效作用于食品中的方法，因此利用壳聚糖微胶囊技术对生物防腐剂Nisin进行包埋，所制备的载Nisin的壳聚糖微胶囊能够克服Nisin应用范围受限的不利因素，并且在食品加工中受高压高热胶囊能够快速释放使得Nisin抑菌性能得到发挥。
本方法的原理在于酸性条件下，壳聚糖分子链上的-NH2质子化而带正电，能与带负电的三聚磷酸钠通过正负电荷发生静电吸附形成分子内和分子间的交联，使壳聚糖分子沉析出来聚合成囊形成稳定的微胶囊，此外Nisin分子链上有大量的伯氨基带正电，可被锁于微胶囊中形成Nisin壳聚糖微胶囊体。
为了增强Nisin微胶囊在高温烘焙食品中的应用，本发明使用了二次包埋技术，选择黄原胶作为外层包埋壁材，黄原胶本身是带负电荷的天然生物大分子，生物相容性好，无毒副作用，亦可与带正电荷的壳聚糖通过聚电解质络合作用形成共凝胶，从而作为二次包埋壁材使用；此外，在黄原胶原胶液中添加一定浓度的纳他霉素，使得二次包埋后的微胶囊外层可缓释出一定纳他霉素，使得湿面团防霉性能增强，储藏时间增长更适用于大规模生产需要。
本发明所制备的Nisin微胶囊可随着食品一起加工，经121℃，0.1MPa灭菌20min后，比起游离态Nisin，其抑菌活性提高1～5倍，从而保护了Nisin的抑菌稳定性；另外，Nisin壳聚糖黄原胶微胶囊还能耐受120～220℃烘焙高温，在释放Nisin的同时能维持Nisin的抑菌活性，利于与烘焙食品一同使用。此外，此二种微胶囊在发酵食品加工中使用亦不会影响食品微生物发酵效果，使得加工程序精简，实用性强。
附图说明
图1a-c微胶囊光学显微镜示意图，其中，图1a为未包埋Nisin的壳聚糖微胶囊，图1b为壳聚糖：Nisin质量比为4:1的微胶囊，图1c为壳聚糖：Nisin质量比为1:1的微胶囊。
具体实施方式
下面通过具体实施例对本发明作进一步详述，以下实施例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本发明的保护范围。
一种适用于高温烘焙食品的Nisin双层微胶囊的制备方法，Nisin壳聚糖微胶囊按照以下步骤制备：
(1)壳聚糖原胶液的制备：制备0.2-1wt％的壳聚糖水溶液，添加体积分数为0.5～2％冰醋酸充分溶解壳聚糖；
(2)Nisin壳聚糖乳浊液的制备：取与壳聚糖质量比1:1～10添加Nisin至原胶液中，混合均匀后过滤，调节溶液pH2.5～5.5，再添加1.2～5mL/L的Tween-80、0.12～1.00g/L的PEG，均质20～60min至混合充分形成均匀乳浊液；
(3)微胶囊的成囊：缓慢滴加三聚磷酸钠溶液于步骤(2)中所述混合液中，控制壳聚糖与三聚磷酸钠质量比为1：3～10，制备过程保持搅拌转速200～400rpm和温度25～60℃，持续搅拌固化胶囊20～60min，即得Nisin壳聚糖微胶囊；
(4)洗涤与干燥：再经含有0.5～1.5wt％的Tween-80的蒸馏水溶液对微胶囊进行洗涤(收集截留物)，蒸馏水复溶后透析过夜除去NaCl等盐离子，干燥备用；
(5)黄原胶纳他霉素原胶液的制备：将0.5～3g纳他霉素与10～20g黄原胶混合充分，加水溶解制成含黄原胶0.2～1.5wt％的混合原胶液备用；
(6)二次包埋：经步骤(4)洗涤收集到截留物后，以1g/(30～70mL)与0.2～1.5wt％黄原胶纳他霉素原胶液再次混合后，搅拌、过滤、洗涤并透析，最后得到双层Nisin壳聚糖黄原胶微胶囊，此微胶囊耐热性与耐酸碱性增强，利于与高温(121～220℃)烘焙食品一同使用；
其中：骤(2)调节溶液pH时，若pH高于5.0时，为保护Nisin抑菌活性不受影响，后期操作温度不宜超过室温(20℃)。
实施例1：
一种Nisin壳聚糖微胶囊的制备方法，步骤如下：
(1)取0.5g壳聚糖溶于250mL蒸馏水中，添加体积分数为1％冰醋酸充分溶解；
(2)添加与壳聚糖质量比1:4的Nisin至原胶液中，混合均匀后过滤除去不容物质形成混合液，调节溶液pH5.5；
(3)再添加700μL Tween80、0.05gPEG，混合后均质30min至混合充分形成均匀乳浊液；再将与壳聚糖质量比为1:5的三聚磷酸钠溶液缓慢滴加于混合液中，制备过程保持温度25℃，转速300rpm的搅拌，持续搅拌固化胶囊30min，即得Nisin壳聚糖微胶囊；
(4)再经含有1.5％(w/v)Tween-80的蒸馏水溶液对微胶囊进行洗涤，透析过夜，干燥后备用；
(5)黄原胶纳他霉素原胶液的制备：将0.5g纳他霉素与10g黄原胶混合充分，加水溶解制成含黄原胶1.5wt％的混合原胶液备用；
(6)二次包埋：经步骤(4)洗涤收集到截留物后，以1g/(50mL)与1.5wt％黄原胶纳他霉素原胶液再次混合后，搅拌、过滤、洗涤并透析，最后得到双层Nisin壳聚糖黄原胶微胶囊；
检测结果：此配方制得的微胶囊中Nisin包埋率为80％，平均粒径为1.4μm。经121℃加热20min后采用琼脂扩散法测定其效价，比起游离态Nisin，其抑菌活性提高3.7倍；
应用结果：将此双层微胶囊混合面粉一起加工制作面包，湿面团可储存5天；面团使用时经发酵醒发，并于180℃烘箱烘焙20min后，其货架期比起后期添加游离态Nisin长20天，同时不影响面包发酵过程。
实施例2：
一种Nisin壳聚糖微胶囊的制备方法，步骤如下：
(1)取0.5g壳聚糖溶于250mL蒸馏水中，添加体积分数为0.5％冰醋酸充分溶解；
(2)添加与壳聚糖质量比1:1的Nisin至原胶液中，混合均匀后过滤除去不容物质形成混合液，调节溶液pH4.5；
(3)再添加300μL Tween80、0.1gPEG，混合后均质30min至混合充分形成均匀乳浊液；再将与壳聚糖质量比为1:4的三聚磷酸钠溶液缓慢滴加于混合液中，制备过程保持温度30℃，转速300rpm的搅拌，持续搅拌固化胶囊30min，即得Nisin壳聚糖微胶囊；
(4)再经含有1.5％(w/v)Tween80的蒸馏水溶液对微胶囊进行洗涤，透析过夜，干燥后备用；
(5)黄原胶纳他霉素原胶液的制备：将1.5g纳他霉素与15g黄原胶混合充分，加水溶解制成含黄原胶1wt％的混合原胶液备用；
(6)二次包埋：经步骤(4)洗涤收集到截留物后，以1g/(50mL)与1wt％黄原胶纳他霉素原胶液再次混合后，搅拌、过滤、洗涤并透析，最后得到双层Nisin壳聚糖黄原胶微胶囊，此微胶囊耐热性与耐酸碱性增强，利于与高温(121～220℃)烘焙食品一同使；
检测结果：此配方制得的微胶囊中Nisin包埋率为65％，平均粒径为2.8μm。经121℃加热20min后采用琼脂扩散法测定其效价，比起游离态Nisin，其抑菌活性提高1.2倍；
应用结果：将此双层微胶囊混合面粉一起加工制作面包，湿面团可储存7天；面团使用时经发酵醒发，并于180℃烘箱烘焙20min后，其货架期比起后期添加游离态Nisin长30天，同时不影响面包发酵过程。
实施例3：
一种Nisin壳聚糖微胶囊的制备方法，步骤如下：
(1)取0.5g壳聚糖溶于250mL蒸馏水中，添加体积分数为2％冰醋酸充分溶解；
(2)添加与壳聚糖质量比1:10的Nisin至原胶液中，混合均匀后过滤除去不容物质形成混合液，调节溶液pH3.5；
(3)再添加1000μL Tween80、0.25gPEG，混合后均质30min至混合充分形成均匀乳浊液；再将与壳聚糖质量比为1:8的三聚磷酸钠溶液缓慢滴加于混合液中，制备过程保持温度45℃，转速300rpm的搅拌，持续搅拌固化胶囊30min，即得Nisin壳聚糖微胶囊；
(4)再经含有1.5％(w/v)Tween80的蒸馏水溶液对微胶囊进行洗涤，透析过夜，干燥后备用；
(5)黄原胶纳他霉素原胶液的制备：将3g纳他霉素与20g黄原胶混合充分，加水溶解制成含黄原胶0.2wt％的混合原胶液备用；
(6)二次包埋：经步骤(4)洗涤收集到截留物后，以1g/(50mL)与0.2wt％黄原胶纳他霉素原胶液再次混合后，搅拌、过滤、洗涤并透析，最后得到双层Nisin壳聚糖黄原胶微胶囊，此微胶囊耐热性与耐酸碱性增强，利于与高温(121～220℃)烘焙食品一同使；
检测结果：此配方制得的微胶囊中Nisin包埋率为90％，平均粒径为0.94μm。经121℃加热20min后采用琼脂扩散法测定其效价，比起游离态Nisin，其抑菌活性提高2.5倍；
应用结果：将此双层微胶囊混合面粉一起加工制作面包，湿面团可储存10天；面团使用时经发酵醒发，并于180℃烘箱烘焙20min后，其货架期比起后期添加游离态Nisin长10天，同时不影响面包发酵过程。
扫描结果显示：包埋Nisin后的壳聚糖微胶囊与未包埋的微胶囊进行光学显微镜观察，其胶囊粒径大小与形态有一定的区别，如图1a-c所示，包埋Nisin后的胶囊粒径较大，与本实施例1至3制备的微胶囊粒径大小趋势吻合，说明Nisin壳聚糖微胶囊的形成。
本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明的精神和范围前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进落入要求保护的本发明范围内。

Claims (2)

1.一种适用于高温烘焙食品的Nisin双层微胶囊的制备方法，其特征在于：步骤如下
(1)壳聚糖原胶液的制备：制备0.2-1wt％的壳聚糖水溶液，添加体积分数为0.5～2％冰醋酸充分溶解壳聚糖；
(2)Nisin壳聚糖乳浊液的制备：取与壳聚糖质量比1:1～1:10添加Nisin至原胶液中，混合均匀后过滤，调节溶液pH2.5～7.5，再添加1.2～5mL/L的Tween-80、0.12～1.00g/L的PEG，均质20～60min至混合充分形成均匀乳浊液；
(3)微胶囊的成囊：缓慢滴加三聚磷酸钠溶液于步骤(2)中所述混合液中，控制壳聚糖与三聚磷酸钠质量比为1:3～10，制备过程保持搅拌转速200～400rpm和温度25～60℃，持续搅拌固化胶囊20～60min，即得Nisin壳聚糖微胶囊乳液；
(4)洗涤与干燥：再经含有0.5～1.5wt％的Tween-80的蒸馏水溶液对微胶囊进行洗涤，收集截留物，以除去未包埋的Nisin与壁材，透析过夜以除去NaCl等盐离子后干燥备用；
(5)黄原胶纳他霉素原胶液的制备：将0.5～3g纳他霉素与10～20g黄原胶混合充分，加水溶解制成含黄原胶0.2～1.5wt％的混合原胶液备用；
(6)二次包埋：将1g/(30～70mL)干燥Nisin壳聚糖微胶囊与0.2～1.5wt％黄原胶纳他霉素原胶液混合后，搅拌、过滤、洗涤并透析，最后得到双层Nisin壳聚糖黄原胶微胶囊。
2.根据权利要求1所述的Nisin壳聚糖微胶囊的制备方法，其特征在于：所述步骤(2)调节溶液pH时，若pH高于6.0时，后期操作温度应低于25℃。
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