CN104489237A - 一种改性菜籽蛋白、微胶囊及制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种改性菜籽蛋白、微胶囊及制备方法，属于蛋白改性及微胶囊材料领域。本发明提供一种改性菜籽蛋白的制备方法，从菜籽粕中提取菜籽蛋白，所述菜籽蛋白采用高压处理。本发明还提供所述方法制备的改性菜籽蛋白、以所述改性菜籽蛋白为胶囊壁的微胶囊。本发明改性菜籽蛋白的制备方法，简单、巧妙，能够显著提高菜籽蛋白的稳定性和弹性性能，得到的改性菜籽蛋白稳定性和弹性性能显著提高，对活性物质的包裹效率较高，且具有较平稳的缓释作用，可以用于制备微胶囊的胶囊壁。

Description

一种改性菜籽蛋白、微胶囊及制备方法

技术领域

本发明属于蛋白改性及微胶囊材料领域，具体涉及一种改性菜籽蛋白、微胶囊及制备方法。

背景技术

植物蛋白在全世界具有广泛的分布，由于它具有无毒，生物可降解和良好的生物相容性，近年来受到越来越多的关注，而且在某些领域已经取代动物蛋白和一些合成聚合物。从大豆，小麦，菜籽以及大米中获得的蛋白已经被证实具有良好的功能和两亲特性，比如水溶性，凝胶特性，起泡性。植物蛋白由于它的成膜特性而起到的阻隔作用，受到各国研究人员的重视。菜籽粕是油脂提取的副产物，植物蛋白含量高达50%，并且氨基酸种类分布广泛，因此被认为是一种潜在植物蛋白的替代源。许多研究表明，菜籽蛋白拥有良好的功能特性，尤其在持水能力，凝胶能力和成膜能力上。但是，现有技术中菜籽蛋白主要用于制备动物饲料。

微胶囊是指利用天然或是合成的高分子囊壁材料，将固体的、液体的、甚至是气体的微小囊核物质包覆形成直径1-5000μm 的半透性或密封囊膜的微型胶囊。目前，已经公开的可以作为微胶囊壁材的植物蛋白机械强度较差，造成物理阻隔能力差，缓释时间较短、效率低，并且包裹效率较低。

分子量小于1KDa的菜籽蛋白小分子多肽具有良好的生物活性，尤其在抗肿瘤方面。随着营养学与病理学研究的深入，小分子多肽更多新功能被不断发现和得到证实，人们对小分子多肽的需求量越来越大，其作用越来越受到人们的重视。但是此类小分子多肽容易受到诸多的影响，尤其是氧化影响，会降低它的生物活性，而且在胃肠道中很容易被蛋白酶降解。由于胶囊壁对活性物质的物理阻隔作用，微胶囊已广泛应用于食品工业。目前常用的包裹活性物质的技术主要是凝聚，喷雾干燥，喷雾冷却，挤压技术，脂质体。但是在食品工业中，应用最广泛是喷雾干燥。将小分子多肽用喷雾干燥等方法制成微胶囊，既能保持小分子多肽的固有性质，又能克服其易氧化和易降解的缺点。目前已有采用喷雾干燥利用其他植物蛋白制备微胶囊，但是胶囊的壁材机械强度较差，造成物理阻隔能力差，缓释时间较短效率低，并且包裹效率较低。

发明内容

本发明的目的是提供一种改性菜籽蛋白的制备方法，该方法简单、巧妙，能够显著提高菜籽蛋白的稳定性和弹性性能，得到的改性菜籽蛋白对活性物质的包裹效率较高，且活性物质的释放速度缓慢、平稳，可以用于制备微胶囊的胶囊壁。

本发明的另一目的是提供所述改性菜籽蛋白，稳定性和弹性性能显著提高，对活性物质的包裹效率较高，并且具有缓释作用，尤其是活性物质的释放速度非常平稳，可以用于制备微胶囊的胶囊壁。

本发明的再一目的是提供以所述改性菜籽蛋白为胶囊壁的微胶囊，稳定性较好，活性物质的释放速度缓慢、平稳。

本发明的目的采用如下技术方案实现。

本发明提供一种改性菜籽蛋白的制备方法，从菜籽粕中提取菜籽蛋白，所述菜籽蛋白采用高压处理。

在本发明中，所述高压处理的方法为：将所述菜籽蛋白在200-600MPa条件下，处理10-20min。

在本发明中，所述菜籽蛋白的提取方法如下：将菜籽粕分散于水中，采用碱溶酸沉方法提取菜籽蛋白。

优选的技术方案，所述碱溶酸沉方法中，碱溶时的pH为10.5-11.5，酸沉时的pH为4-5。

在本发明中，所述采用碱溶酸沉方法提取的菜籽蛋白溶于pH为7-8的Tris-HCl缓冲液中，然后进行高压处理。

本发明还提供所述方法制备的改性菜籽蛋白、以所述改性菜籽蛋白为胶囊壁的微胶囊。

在本发明中，所述微胶囊的囊芯为分子量小于1000Da的菜籽蛋白；优选的技术方案中，胶囊壁与囊芯的质量比为2:1-1.5。

优选的技术方案中，在所述改性菜籽蛋白溶液中加入囊芯，搅拌至囊芯溶解，喷雾干燥，得到微胶囊。

优选的技术方案中，喷雾干燥的参数为：进风口温度为130-140 °C，出风口温度为70-80 °C，空气流速为430-470 L/h，液体流速为0.3-0.4 L/h。

有益效果：

本发明改性菜籽蛋白的制备方法，简单、巧妙，能够显著提高菜籽蛋白的稳定性和弹性性能，得到的改性菜籽蛋白对活性物质的包裹效率较高，且具有缓释作用，可以用于制备微胶囊的胶囊壁。所述改性菜籽蛋白，来源广泛且价格低廉，同时它具有独特的生理和化学特性，无毒、有良好的生物相容性、生物可降解性，是一种优良的生物材料，又具有成膜性，且大大提高了菜籽粕的生物利用度。

本发明改性菜籽蛋白，稳定性和弹性性能较菜籽蛋白显著提高，从而具有较高的物理阻隔能力，因此，改性菜籽蛋白对活性物质的包裹效率较高，且释放速度缓慢、平稳，可以用于制备微胶囊的胶囊壁。例如，本发明所述改性菜籽蛋白对分子量小于1KDa的菜籽蛋白多肽的包裹效率达到96.4%，在24h内缓慢释放，释放速度平稳；普通菜籽蛋白的包裹效率只有84.1%，在12h内释放速度显著高于12小时至24小时。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

图1 实施例1制备的改性微胶囊与普通微胶囊的电镜扫描图，其中A-普通微胶囊，B-改性微胶囊。

图2 实施例1制备的改性微胶囊与普通微胶囊的二级结构含量分布图和红外图谱二阶拟合图；图A为微胶囊的二级结构含量分布图，其中1-普通微胶囊，2-改性微胶囊；图B为普通微胶囊的红外图谱二阶拟合图；图C为改性微胶囊的红外图谱二阶拟合图。

图3 实施例1制备的改性微胶囊与普通微胶囊的杨氏模量测定图，其中A1、A2为普通微胶囊的杨氏模量测定结果；B1、B2为改性微胶囊的杨氏模量测定结果。

图4 实施例1制备的改性微胶囊与普通微胶囊在生理盐水中的动态释放曲线图，其中1-普通微胶囊，2-改性微胶囊。

具体实施方式

实施例1

以高压改性菜籽蛋白为壁材，菜籽蛋白小分子多肽为活性物质（包裹物），制备出粉末状的菜籽蛋白微胶囊，又称为改性微胶囊。制备工艺如下：

（1）采用碱溶酸沉方法制备菜籽蛋白：将500g菜籽粕粉碎、过80目筛，分散于10倍重量的蒸馏中，用1M NaOH 调节pH 为10.5，并维持pH不变，室温搅拌2 h 后 ，8000 g 力离心分离上清液和沉淀，收集上清液为菜籽蛋白粗提液，沉淀为残渣；在所述残渣中加入其重量5倍的蒸馏水，用1M NaOH 调节pH 为10.5，并维持pH不变，室温搅拌2 h 后 ，8000 g 力离心分离上清液和沉淀，收集上清为菜籽蛋白粗提液。合并上述菜籽蛋白粗提液，用1M 盐酸 调节pH至4，静置2 h后离心，取沉淀得到菜籽蛋白。在菜籽蛋白中加入少量蒸馏水，搅匀，调节pH 为7.0，冷冻干燥，得到菜籽蛋白冻干粉（蛋白质含量为86%）。

（2）将菜籽蛋白冻干粉溶解于pH为7的Tris-HCl缓冲液中，在4-7°C条件下持续搅拌12h，200转每分钟，获得预处理菜籽蛋白溶液，4°C备用。

（3）将预处理菜籽蛋白溶液采用高压进行改性处理。将预处理菜籽蛋白溶液，从冰箱取出。在每个密封袋中加入10ml预处理菜籽蛋白溶液，封口机密封。设置超高压设备（包头科发高压科技有限责任公司，型号：HPP600MPa/ 3—5L）的压力装置，调节压力为200MPa，设置高压处理温度为25°C，将密封袋放入超高压设备，设置高压处理时间为10min，对菜籽蛋白进行高压处理。高压处理结束后，将得到的改性菜籽蛋白倒入平皿中，冷冻干燥，即得冻干粉。

（4）制备改性微胶囊。准确称取8g改性菜籽蛋白冻干粉，溶解于100ml去离子水中，加热溶液温度到45°C，此时调节溶液的pH为10，200转每分钟搅拌1.5h，得到8%的改性蛋白溶液。称取4g菜籽蛋白小分子多肽冻干粉，加入到改性蛋白溶液中，200转每分钟，搅拌2h，得到混合溶液。设置喷雾干燥器的进风温度为132°C，出风温度为72°C，空气流速为430 L/h，液体流速为0.350 L/h。打开喷雾干燥器，直到仪器条件达到设置要求，将喷雾干燥器的导管放入混合溶液中，对混合溶液进行喷雾干燥，得粉末状的菜籽蛋白微胶囊，即改性微胶囊。

其中菜籽蛋白小分子多肽的制备方法如下：将菜籽蛋白冻干粉（本实施例标题（1）制备）溶解于蒸馏水中，使其浓度为5%（质量百分浓度），调节pH值为2.0，在37 °C条件下搅拌溶解1 h，加入4%的胃蛋白酶（以样品蛋白质算）在37 °C条件下水解4 h。水解反应结束后，将水解物加热至90 °C，并保温10 min使胃蛋白酶失活，冰水浴快速冷却后以8000 g力离心1 h，上清液通过截留分子量为1 kDa的超滤膜，取透过液冷冻干燥，得到菜籽蛋白小分子多肽。

实施例2

1.以高压改性菜籽蛋白为壁材，菜籽蛋白小分子多肽为活性物质（包裹物），制备出粉末状的菜籽蛋白微胶囊，又称为改性微胶囊。制备工艺如下：

（1）采用碱溶酸沉方法制备菜籽蛋白：将400g菜籽粕粉碎、过80目筛，分散于10倍重量的蒸馏中，用1M NaOH溶液调节pH为11，并维持pH不变，室温搅拌2 h后 ，8000 g 力离心分离上清液和沉淀，收集上清液为菜籽蛋白粗提液，沉淀为残渣；在所述残渣中加入其重量5倍的蒸馏水，用1M NaOH溶液调节pH 为11，并维持pH不变，室温搅拌2 h 后 ，8000 g 力离心分离上清液和沉淀，收集上清为菜籽蛋白粗提液。合并上述菜籽蛋白粗提液，用1M 盐酸调节pH至4.5，静置2 h后离心，取沉淀得到菜籽蛋白。在菜籽蛋白中加入少量蒸馏水，搅匀，调节pH 为7.0后，冷冻干燥，得到菜籽蛋白冻干粉（蛋白质含量为85.78%）。

（2）将菜籽蛋白溶解于pH为7.5的Tris-HCl缓冲液中，在4-7°C条件下持续搅拌13h，200转每分钟，获得预处理菜籽蛋白溶液，4°C备用。

（3）将预处理菜籽蛋白溶液采用高压进行改性处理。将预处理菜籽蛋白溶液，从冰箱取出。在每个密封袋中加入15ml预处理菜籽蛋白溶液，封口机密封。设置超高压设备（包头科发高压科技有限责任公司，型号：HPP600MPa/ 3—5L）的压力装置，调节压力为400MPa，设置高压处理温度为25°C，将密封袋放入超高压设备，设置高压处理时间为15min，对菜籽蛋白进行高压处理。高压处理结束后，将得到的改性菜籽蛋白倒入平皿中，冷冻干燥，即得冻干粉。

（4）制备改性微胶囊。准确称取8g改性菜籽蛋白冻干粉，溶解到100ml的去离子水中，加热溶液温度到48°C，此时调节溶液的pH到11，200转每分钟搅拌2h，得到8%的改性菜籽蛋白溶液。称取4g菜籽蛋白小分子多肽（制备方法同上），加入到改性菜籽蛋白溶液中，200转每分钟，搅拌2h，得到混合溶液。设置喷雾干燥器的进风温度为135°C，出风温度为74°C，空气流速为450 L/h，液体（混合溶液）流速为0.350 L/h。打开喷雾干燥器，直到仪器条件达到设置要求，将喷雾干燥器的导管放入混合溶液中进行喷雾干燥，改性微胶囊。

2.以普通菜籽蛋白为壁材，菜籽蛋白小分子多肽为活性物质（包裹物），制备普通菜籽蛋白微胶囊产品（缩写为普通微胶囊）。

按照本实施例标题1中方法制备菜籽蛋白冻干粉。按照本实施例标题1中步骤（4）制备微胶囊，仅仅将改性菜籽蛋白冻干粉换成菜籽蛋白冻干粉，得到普通菜籽蛋白微胶囊（简称普通微胶囊产品）。

通过检测改性微胶囊及普通微胶囊溶液在214nm处的吸光度，以检测改性菜籽蛋白及普通菜籽蛋白（未经高压改性）对菜籽蛋白小分子多肽的包裹效率。结果发现，改性菜籽蛋白对菜籽蛋白小分子多肽的包裹效率达到96.4%，普通菜籽蛋白的包裹效率只有84.1%。说明，改性菜籽蛋白的包裹效率显著高于普通菜籽蛋白。

本发明以改性菜籽蛋白为胶囊壁的微胶囊，稳定性、缓释效果较好。从图1中可以明显看出，本发明改性微胶囊，外观形态与传统方法相比并无明显差异，但粒径要小于普通微胶囊。通过图2可以的看出，与普通微胶囊相比，改性微胶囊的无规则和β转角含量下降，β折叠含量明显升高，α螺旋无明显变化，这说明400MPa高压处理得到的改性菜籽蛋白，在形成微胶囊过程中，结构更加趋于稳定，同时显著提高了微胶囊的稳定性。通过图3可以看出，普通微胶囊的杨氏模量值约为400MPa，但是改性微胶囊的杨氏模量值显著增加，达到了450MPa。上述结果说明，改性微胶囊具有良好的稳定性和弹性能力。通过图4对比发现，改性微胶囊，在24h内的释放速度较为缓慢、平稳，在12h释放量达到47%，在24h释放量达到73%；普通微胶囊，在24h内的释放速度虽然缓慢，但是释放速度变化很大，在12h释放量达到50%，在24h释放量达到60%。上述结果证明，由于改性微胶囊的壁材稳定性、弹性较好，所以能够缓慢释放活性物质，在12h释放量小于普通微胶囊，而且24h内释放速度更为平稳。

实施例3

以高压改性菜籽蛋白为壁材，菜籽蛋白小分子多肽为包裹物，制备出粉末状菜籽蛋白微胶囊产品，又称为改性微胶囊。制备工艺如下：

（1）采用碱溶酸沉方法制备菜籽蛋白：将600g菜籽粕粉碎、过80目筛，分散于10倍重量的蒸馏中，用1M NaOH溶液调节pH 为11.5，并维持pH不变，室温搅拌2 h 后 ，8000 g 力离心分离上清液和沉淀，收集上清液为菜籽蛋白粗提液，沉淀为残渣；在所述残渣中加入其重量5倍的蒸馏水，用1M NaOH溶液调节pH 为11.5，并维持pH不变，室温搅拌2 h 后 ，8000 g 力离心分离上清液和沉淀，收集上清为菜籽蛋白粗提液。合并上述菜籽蛋白粗提液，用1M 盐酸 调节pH至5，静置4 h后离心，取沉淀得到菜籽蛋白。在菜籽蛋白中加入少量蒸馏水，搅匀，调节pH 为7.0后，冷冻干燥，得到菜籽蛋白冻干粉（蛋白质含量为86.8%）。

（2）将菜籽蛋白冻干粉溶解于pH为8的Tris-HCl缓冲液中，在4-7°C条件下持续搅拌14h，200转每分钟，获得预处理菜籽蛋白溶液，4°C备用。

（3）将预处理菜籽蛋白溶液采用高压进行改性处理。将预处理菜籽蛋白溶液，从冰箱取出。在每个密封袋中加入20ml预处理菜籽蛋白溶液，封口机密封。设置超高压设备（包头科发高压科技有限责任公司，型号：HPP600MPa/ 3—5L）的压力装置，调节压力为600MPa，设置高压处理温度为25°C，将密封袋放入超高压设备，设置高压处理时间为20min，对菜籽蛋白进行高压处理。高压处理结束后，将得到的改性菜籽蛋白倒入平皿中，冷冻干燥，即得冻干粉。

（4）制备改性微胶囊。准确称取8g改性菜籽蛋白冻干粉，溶解到100ml的去离子水中，加热溶液温度到50°C，此时调节溶液的pH到11.5，200转每分钟搅拌2h，得到8%改性菜籽蛋白溶液。称取4g菜籽蛋白小分子多肽（制备方法同上），加入到改性菜籽蛋白溶液中，200转每分钟，搅拌2h，得到混合溶液。设置喷雾干燥器的进风温度为138°C，出风温度为76°C，空气流速为470 L/h，液体（混合溶液）流速为0.350 L/h。打开喷雾干燥器，直到仪器条件达到设置要求，将喷雾干燥器的导管放入混合溶液中进行喷雾干燥，得改性微胶囊。

实施例1、3中制备的改性菜籽蛋白，其稳定性和弹性性能与实施例2中改性菜籽蛋白相当，对菜籽蛋白小分子多肽的包裹效率较高，且释放速度缓慢、平稳，可以用于制备微胶囊的胶囊壁。

Claims (10)

1.一种改性菜籽蛋白的制备方法，从菜籽粕中提取菜籽蛋白，其特征在于所述菜籽蛋白采用高压处理。

2.根据权利要求1所述改性菜籽蛋白的制备方法，其特征在于所述高压处理的方法为：将所述菜籽蛋白在200-600MPa条件下，处理10-20min。

3.根据权利要求1或2所述改性菜籽蛋白的制备方法，其特征在于所述菜籽蛋白的提取方法如下：将菜籽粕分散于水中，采用碱溶酸沉方法提取菜籽蛋白。

4.根据权利要求3所述改性菜籽蛋白的制备方法，其特征在于所述碱溶酸沉方法中，碱溶时的pH为10.5-11.5，酸沉时的pH为4-5。

5.根据权利要求4所述改性菜籽蛋白的制备方法，其特征在于所述采用碱溶酸沉方法提取的菜籽蛋白溶于pH为7-8的Tris-HCl缓冲液中，然后进行高压处理。

6.权利要求1-5之一所述方法制备的改性菜籽蛋白。

7.一种以权利要求6所述改性菜籽蛋白为胶囊壁的微胶囊。

8.根据权利要求7所述微胶囊，其特征在于所述微胶囊的囊芯为分子量小于1000Da的菜籽蛋白；优选的技术方案中，胶囊壁与囊芯的质量比为2:1-1.5。

9.权利要求7-8之一所述微胶囊的制备方法，其特征在于在所述改性菜籽蛋白溶液中加入囊芯，搅拌至囊芯溶解，喷雾干燥，得到微胶囊。

10.根据权利要求9所述微胶囊的制备方法，其特征在于喷雾干燥的参数为：进风口温度为130-140 °C，出风口温度为70-80 °C，空气流速为430-470 L/h，液体流速为0.3-0.4 L/h。