CN105410934A - 一种水溶性蛋白-植物甾醇纳米颗粒及制备与应用 - Google Patents
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Abstract
本发明属于功能性食品加工技术领域，公开了一种水溶性蛋白-植物甾醇纳米颗粒及制备与应用。所述制备方法为：将酪蛋白酸纳、大豆分离蛋白或乳清浓缩蛋白分散溶解于去离子水中，然后将其置于0～10℃温度下水化6～12小时，得到蛋白质溶液；将植物甾醇分散溶解于正己烷中得到植物甾醇溶液；然后将植物甾醇溶液加入到蛋白质溶液中，经均质和微射流处理，得到混合乳液；最后将混合乳液中的正己烷蒸除，冷冻干燥，得到水溶性蛋白-植物甾醇纳米颗粒。本发明的制备方法简单，成本低，而且安全环保，所得产品粒径小，水溶性好，包埋率高，可作为功能因子用于功能食品或药品的生产中。
Description
技术领域
本发明属于功能性食品加工技术领域，具体涉及一种水溶性蛋白-植物甾醇纳米颗粒及制备与应用。
背景技术
植物甾醇是固醇的类似物，被列为功能性油脂，常温下位微白色粉末，无臭无味，熔点可达130～140℃，自然界中存在的植物甾醇有游离性和酯化性。植物甾醇是与胆固醇具有相似化学结构和生物功能的植物化合物，研究表明植物甾醇在抑制肿瘤、防治心脏病、抗癌、防治前列腺疾病和调节免疫功能等方面都有重要作用，最引人瞩目的是降胆固醇功效。每日剂量2–3克植物甾醇已被证明可降低5–15％低密度脂蛋白胆固醇。2000年9月，美国FDA已经批准添加植物甾醇的食品和植物甾醇酯的食品可以使用“有益健康”的标签，植物甾醇在食品中是可以安全使用的。植物甾醇的膳食来源主要包括植物油，坚果，种子和谷物等。由于植物甾醇无法在体内合成，因此只能从膳食或药物中摄取。由于植物甾醇的结构特性，在水中不溶，因此对于植物甾醇而言，大大限制其在功能性食品、乳制品、饮料等中的应用。因此如何提高植物甾醇的水溶解性是膳食补充植物甾醇的一个关键的技术。
目前针对于提高植物甾醇的水溶性和生物利用率的研究主要集中于将植物甾醇添加到脂质体中，用于提高植物甾醇水溶性的方法主要有乳液、固体分散脂质体包埋、环糊精包埋等，但是这些方法制备的植物甾醇仍然难以达到较高的水溶性，并且在外形口感等方面有所限制，且某些原料并非天然物质存在安全隐患等因素，因此在实际生产应用中存在一定的问题，研究一种简单、安全的提高其水溶性的方法亟需提出。
研究表明，许多食物源蛋白质可与疏水性生物活性物质通过乳化-蒸发技术可形成粒径较小的纳米颗粒，从而提高这些活性物质在水相中的溶解性和稳定性，如β-胡萝卜素/大豆蛋白纳米颗粒，β-胡萝卜素/酪蛋白纳米颗粒，β-胡萝卜素/乳清蛋白纳米颗粒等，然而用蛋白质包埋性质与植物甾醇通过乳化-蒸发技术形成纳米颗粒的研究还未出现。
发明内容
为了解决以上现有技术的缺点和不足之处，本发明的首要目的在于提供一种水溶性蛋白-植物甾醇纳米颗粒的制备方法，旨在利用蛋白质的纳米包埋性质及蛋白质与植物甾醇的相互作用，快速、有效的形成纳米颗粒，进而达到解决植物甾醇在水相中溶解性差的技术瓶颈问题。
本发明的另一目的在于提供一种通过上述方法制备得到的水溶性蛋白-植物甾醇纳米颗粒。
本发明的再一目的在于提供上述水溶性蛋白-植物甾醇纳米颗粒在制备功能食品及药品中的应用。
本发明目的通过以下技术方案实现：
一种水溶性蛋白-植物甾醇纳米颗粒的制备方法，包括以下制备步骤：
(1)按照固液比(千克:升)为(0.1～1.0):10的比例将酪蛋白酸纳、大豆分离蛋白或乳清浓缩蛋白分散溶解于去离子水中，然后将其置于0～10℃温度下水化6～12小时，得到蛋白质溶液；
(2)按照固液比(克:升)为(0.5～5):1将植物甾醇分散溶解于正己烷中得到植物甾醇溶液；
(3)按体积比为(10～100):100将植物甾醇溶液加入到蛋白质溶液中，然后经均质和微射流处理，得到混合乳液；
(4)将步骤(3)所得混合乳液中的正己烷蒸除，冷冻干燥，得到水溶性蛋白-植物甾醇纳米颗粒。
优选地，步骤(1)中所述固液比为(0.1～0.3):10；所述的水化温度优选为4℃。
优选地，步骤(2)中所述的固液比为5:1；所述将植物甾醇分散溶解于正己烷是指在40～45℃加热、磁力搅拌条件下充分溶解3～10min；更优选搅拌温度为45℃，溶解时间为3～5min。
优选地，步骤(3)中所述的均质是指在转速为3000rpm～8000rpm的条件下进行均质3～10min；更优选在转速为5000～8000rpm条件下均质5min。
优选地，步骤(3)中所述的体积比为(10～40)：100。
优选地，步骤(3)中所述的微射流是指在压力为30～80MPa下进行微射流1～3次；更优选在压力为40MPa条件下微射流1次。
优选地，步骤(4)中所述正己烷蒸除的方式为在40～45℃温度及0.08～0.1MPa真空度条件下旋转蒸发去除正己烷；更优选的旋转蒸发温度为45℃，真空度为0.09～0.1MPa。
步骤(4)中所述的冷冻干燥前，还添加去离子水将蒸除正己烷的乳液稀释至蒸发前的质量。
一种水溶性蛋白-植物甾醇纳米颗粒，通过上述制备方法制备得到。
上述水溶性蛋白-植物甾醇纳米颗粒在制备功能食品及药品中的应用。
本发明的关键在于将溶有较高含量植物甾醇的正己烷高效分散于含有蛋白质的溶液中，利用蛋白质乳化性，将正己烷溶液包裹起来，进而形成微小乳滴，再除去正己烷形成纳米颗粒。本发明全程不涉及任何非食品级化学添加剂，全部使用天然或合成的食品材料，具有安全可靠的优点。制备得到的高分散性植物甾醇纳米颗粒制品，不仅可以作为食品添加剂添加到乳制品、饮料中，还可以作为功能因子应用于保健食品或药品的研发。
本发明的制备方法及所得到的产物具有如下优点及有益效果：
(1)本发明采用蛋白质包埋植物甾醇冻干后制备的纳米颗粒，所采用的大豆分离蛋白、乳清蛋白、酪蛋白酸钠是食品体系中广泛应用的蛋白质，天然安全，且均具有营养价值高、功能性质好、安全无毒的优点，因此制备的植物甾醇纳米颗粒可认为是安全可食用的；
(2)本发明利用蛋白质的乳化性质和其良好的包埋性，包埋植物甾醇制备植物甾醇纳米颗粒，可以极大的提高植物甾醇的水溶性和荷载率；
(3)本发明所得水溶性蛋白-植物甾醇纳米颗粒产品粒径较小，水溶性好，包埋率高，在水中复溶性较好，可作为功能因子用于功能食品或药品的生产中，大大提高了植物甾醇的可利用性；
(4)本发明的制备方法所涉及的生产工艺简单、安全、要求低，是一种绿色的生产技术，适用于大规模生产。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
实施例1
(1)常温及机械搅拌或磁力搅拌条件下，按照固液比(千克:升)为0.1:10的比例将大豆分离蛋白分散溶解于去离子水中，然后将其置于4℃冰箱中充分水化6小时，最后离心去除不溶物，得到蛋白质溶液；
(2)按照固液比(克:升)为5:1将植物甾醇加入到正己烷中，在45℃加热、磁力搅拌条件下充分溶解4min，得到植物甾醇溶液；
(3)按体积比为10:100将植物甾醇溶液加入到蛋白质溶液中，在转速为5000rpm的条件下进行均质5min，然后将均质好的乳液在压力为40MPa下进行微射流，微射流次数为1次，得到混合乳液；
(4)将步骤(3)所得混合乳液收集于蒸馏瓶中，在45℃、0.09MPa真空度条件下旋转蒸发去除正己烷，收集浓缩液并用去离子水稀释至蒸发前的质量，最后冻干，即可得到大豆分离蛋白-植物甾醇纳米颗粒。
本实施案例制得的食品级蛋白-植物甾醇纳米颗粒为白色粉末，其对植物甾醇的包埋率为92.83％，荷载量为每克固形物荷载植物甾醇50.44毫克。粒径测定结果发现，干燥前及复溶后的颗粒平均粒径分别为204.5nm和235.7nm，PdI在复溶前后均在0.231～0.243之间，说明大豆分离蛋白-植物甾醇纳米颗粒具有良好的复溶性和分散性。热稳定性实验表明，在4℃、25℃、60℃下放置一周后粒径分别为237.7nm、248.6nm、260.3nm，粒径均无太大变化，包埋率也均达到90％以上。以上数据表明，本实施例的大豆分离蛋白-植物甾醇纳米颗粒可有效地提高植物甾醇的水溶性。
实施例2
(1)常温及机械搅拌或磁力搅拌条件下，按照固液比(千克:升)为0.1:10的比例将乳清浓缩蛋白分散溶解于去离子水中，然后将其置于4℃冰箱中充分水化10小时，最后离心去除不溶物，得到蛋白质溶液；
(2)按照固液比(克:升)为5:1将植物甾醇加入到正己烷中，在42℃加热、磁力搅拌条件下充分溶解5min，得到植物甾醇溶液；
(3)按体积比为10:100将植物甾醇溶液加入到蛋白质溶液中，在转速为6000rpm的条件下进行均质4min，然后将均质好的乳液在压力为50MPa下进行微射流，微射流次数为1次，得到混合乳液；
(4)将步骤(3)所得混合乳液收集于蒸馏瓶中，在45℃、0.094MPa真空度条件下旋转蒸发去除正己烷，收集浓缩液并用去离子水稀释至蒸发前的质量，最后冻干，即可得到乳清浓缩蛋白-植物甾醇纳米颗粒。
本实施案例制得的食品级蛋白-植物甾醇纳米颗粒为白色粉末，其对植物甾醇的包埋率为90.48％，荷载量为每克固形物荷载植物甾醇49.19毫克。粒径测定结果发现，干燥前及复溶后的颗粒平均粒径分别为171.5nm和182.7nm，PdI在复溶前后均在0.185～0.195之间，说明乳清浓缩蛋白-植物甾醇纳米颗粒具有良好的复溶性和分散性。热稳定性实验表明，在4℃、25℃、60℃下放置一周后粒径分别为174.8nm、186.3nm、194.4nm，粒径均无太大变化，包埋率也均达到85％以上。以上数据表明，本实施例的乳清浓缩蛋白-植物甾醇纳米颗粒可有效地提高植物甾醇的水溶性。
实施例3
(1)常温及机械搅拌或磁力搅拌条件下，按照固液比(千克:升)为0.3:10的比例将酪蛋白酸钠分散溶解于去离子水中，然后将其置于4℃冰箱中充分水化8小时，最后离心去除不溶物，得到蛋白质溶液；
(2)按照固液比(克:升)为5:1将植物甾醇加入到正己烷中，在45℃加热、磁力搅拌条件下充分溶解5min，得到植物甾醇溶液；
(3)按体积比为10:100将植物甾醇溶液加入到蛋白质溶液中，在转速为5000rpm的条件下进行均质5min，然后将均质好的乳液在压力为40MPa下进行微射流，微射流次数为1次，得到混合乳液；
(4)将步骤(3)所得混合乳液收集于蒸馏瓶中，在45℃、0.094MPa真空度条件下旋转蒸发去除正己烷，收集浓缩液并用去离子水稀释至蒸发前的质量，最后冻干，即可得到酪蛋白酸钠-植物甾醇纳米颗粒。
本实施案例制得的食品级蛋白-植物甾醇纳米颗粒为白色粉末，其对植物甾醇的包埋率为93.95％，荷载量为每克固形物荷载植物甾醇51.06毫克。粒径测定结果发现，干燥前及复溶后的颗粒平均粒径分别为122.5nm和134.7nm，PdI在复溶前后0.195～0.205之间，说明酪蛋白酸钠-植物甾醇纳米颗粒具有良好的复溶性和分散性。热稳定性实验表明，在4℃,25℃，60℃下放置一周后粒径分别为138.8nm、147.9nm、156.7nm，粒径均无太大变化，包埋率也均达到90％以上。以上数据表明，本实施例的酪蛋白酸钠-植物甾醇纳米颗粒可有效地提高植物甾醇的水溶性。
实施例4
(1)常温及机械搅拌或磁力搅拌条件下，按照固液比(千克:升)为0.1:10的比例将酪蛋白酸钠分散溶解于去离子水中，然后将其置于4℃冰箱中充分水化10小时，最后离心去除不溶物，得到蛋白质溶液；
(2)按照固液比(克:升)为5:1将植物甾醇加入到正己烷中，在45℃加热、磁力搅拌条件下充分溶解5min，得到植物甾醇溶液；
(3)按体积比为40:100将植物甾醇溶液加入到蛋白质溶液中，在转速为5000rpm的条件下进行均质4min，然后将均质好的乳液在压力为40MPa下进行微射流，微射流次数为1次，得到混合乳液；
(4)将步骤(3)所得混合乳液收集于蒸馏瓶中，在45℃、0.096MPa真空度条件下旋转蒸发去除正己烷，收集浓缩液并用去离子水稀释至蒸发前的质量，最后冻干，即可得到酪蛋白酸钠-植物甾醇纳米颗粒。
本实施案例制得的食品级蛋白-植物甾醇纳米颗粒为白色粉末，其对植物甾醇的包埋率为88.76％，荷载量为每克固形物荷载植物甾醇180.35毫克。粒径测定结果发现，干燥前及复溶后的颗粒平均粒径分别为141.5nm和156.7nm，PdI在0.135～0.155之间，说明酪蛋白酸钠-植物甾醇纳米颗粒具有良好的复溶性和分散性。热稳定性实验表明，在4℃,25℃，60℃下放置一周后粒径分别为158.8nm、167.4nm、178.9nm，粒径均无太大变化，包埋率也均达到85％以上。以上数据表明，本实施例的酪蛋白酸钠-植物甾醇纳米颗粒可有效地提高植物甾醇的水溶性。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其它的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种水溶性蛋白-植物甾醇纳米颗粒的制备方法，其特征在于，包括以下制备步骤：
(1)按照固液比为(0.1～1.0):10kg/L的比例将酪蛋白酸纳、大豆分离蛋白或乳清浓缩蛋白分散溶解于去离子水中，然后将其置于0～10℃温度下水化6～12小时，得到蛋白质溶液；
(2)按照固液比为(0.5～5):1g/L将植物甾醇分散溶解于正己烷中得到植物甾醇溶液；
(3)按体积比为(10～100):100将植物甾醇溶液加入到蛋白质溶液中，然后经均质和微射流处理，得到混合乳液；
(4)将步骤(3)所得混合乳液中的正己烷蒸除，冷冻干燥，得到水溶性蛋白-植物甾醇纳米颗粒。
2.根据权利要求1所述的一种水溶性蛋白-植物甾醇纳米颗粒的制备方法，其特征在于：步骤(1)中所述的固液比为(0.1～0.3):10kg/L；所述的水化温度为4℃。
3.根据权利要求1所述的一种水溶性蛋白-植物甾醇纳米颗粒的制备方法，其特征在于：步骤(2)中所述的固液比为5:1g/L；所述将植物甾醇分散溶解于正己烷是指在40～45℃加热、磁力搅拌条件下充分溶解3～10min。
4.根据权利要求1所述的一种水溶性蛋白-植物甾醇纳米颗粒的制备方法，其特征在于：步骤(3)中所述的均质是指在转速为3000rpm～8000rpm的条件下进行均质3～10min。
5.根据权利要求1所述的一种水溶性蛋白-植物甾醇纳米颗粒的制备方法，其特征在于：步骤(3)中所述植物甾醇溶液与蛋白质溶液的体积比为(10～40):100。
6.根据权利要求1所述的一种水溶性蛋白-植物甾醇纳米颗粒的制备方法，其特征在于：步骤(3)中所述的微射流是指在压力为30～80MPa下进行微射流1～3次。
7.根据权利要求1所述的一种水溶性蛋白-植物甾醇纳米颗粒的制备方法，其特征在于：步骤(4)中所述正己烷蒸除的方式为在40～45℃温度及0.08～0.1MPa真空度条件下旋转蒸发去除正己烷。
8.根据权利要求1所述的一种水溶性蛋白-植物甾醇纳米颗粒的制备方法，其特征在于：步骤(4)中所述的冷冻干燥前，还添加去离子水将蒸除正己烷的乳液稀释至蒸发前的质量。
9.一种水溶性蛋白-植物甾醇纳米颗粒，其特征在于：通过权利要求1～8任一项所述的方法制备得到。
10.权利要求9所述的水溶性蛋白-植物甾醇纳米颗粒在制备功能食品及药品中的应用。
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