CN106509899A

CN106509899A - 一种通过脱支淀粉与黄原胶复配包埋茶多酚的方法

Info

Publication number: CN106509899A
Application number: CN201611004040.9A
Authority: CN
Inventors: 洪雁; 刘伟; 顾正彪; 程力; 李兆丰; 李才明
Original assignee: Jiangnan University
Current assignee: Jiangnan University
Priority date: 2016-11-15
Filing date: 2016-11-15
Publication date: 2017-03-22

Abstract

一种通过脱支淀粉与黄原胶复配包埋茶多酚的方法：(1)将淀粉原料制成淀粉乳并充分糊化；(2)降温至脱支酶的最适温度时添加脱支酶酶解，将酶解液通过离子交换、脱色、浓缩；(3)将黄原胶溶于水中，并与浓缩后的脱支淀粉酶解液进行复配；(4)将复配体系溶液温度维持在70‑80℃并稳定在此温度范围内，在搅拌条件下加入茶多酚并搅拌均匀；(5)溶液搅拌均匀后送入高压均质机均质数次，之后送入喷雾干燥系统，在避光条件下边搅拌边喷雾干燥得到茶多酚微胶囊。本方法操作简单，以淀粉为主要原料，通过与黄原胶复配，实现了茶多酚的稳态化；茶多酚在人体消化道内能够缓慢释放，从而提高了茶多酚的生物利用率，扩大了淀粉的使用范围。

Description

一种通过脱支淀粉与黄原胶复配包埋茶多酚的方法

技术领域

本发明涉及功能因子稳态化微胶囊制备技术领域，尤其是涉及一种通过脱支淀粉与黄原胶复配包埋茶多酚的方法。

背景技术

茶多酚又称茶鞣质，是茶叶中多酚类物质的总称，也是茶叶中有药理和保健功能的主要成分之一。茶多酚包括黄烷醇类、花色苷类、黄酮类、黄酮醇类和酚酸类等化学成分，其中以黄烷醇类物质(儿茶素)为主要成分。儿茶素主要包括表没食子儿茶素没食子酸酯(EGCG)、表没食子儿茶素(EGC)、表儿茶素没食子酸酯(ECG)、表儿茶素(EC)、没食子儿茶素和儿茶素，其中EGCG含量最高，约占儿茶素的80％。

茶多酚具有很多调节生理功能的作用，它是研究最多的生理活性物质之一。茶多酚是一种天然的抗氧化剂，它的抗氧化结构基础是苯并芘喃环和苯酚环之间的大π键结构，抗氧化结构主要是没食子酸酯的对位酚羟基，也有部分吡喃环的酚羟基，抗氧化效价较VE、VA、BHA等抗氧化效价高出2～20倍。大量研究发现茶多酚具有抗氧化、抗炎、抗肿瘤、抗辐射、抗高血脂、防治动脉粥样硬化。

但是。茶多酚中的儿茶素等物质在自然状态下利用率比较低，因为在直接发挥抗氧化活性的同时，往往被氧化成低活性甚至没有活性的氧化产物，水溶性的茶多酚脂溶性特别差，很难溶解于油脂，已有针对茶多酚的各种改性技术存在弊端，例如，采用苯甲酸酯化等化学改性的方法提高脂溶性，但是由于其分子结构中的羟基与有机溶剂互联后，在某种程度上削弱了原茶多酚的抗氧化能力且可能残存未去除的有机溶剂；酶法改性需要特殊的酯基转移酶，成本高，不利于推广。

茶多酚目前多添加在油脂、糖果等食品中作为抗氧化剂使用，由于茶多酚存在脂溶性差，抗氧化效果并不理想；也有制成茶多酚胶囊作为保健品使用，但茶多酚在体内易受肠胃消化的影响，生理活性低，影响了保健效果。

茶多酚粉末的稳定性较差，在潮湿、阳光、高温等条件下极易发生氧化、聚合、缩合等反应，使其分子结构中有生理活性的酚羟基变成醌，因而，需要利用生物可降解材料对茶多酚进行包裹，保护茶多酚不受环境因素的影响而丧失生理活性，但需要选择合适的材料达到很好的包埋应用效果，例如粉末直接压片包埋茶多酚，由于茶多酚的强吸湿性，需要严格控制环境相对湿度小于45％，而且生产过程步骤复杂，操作要求严苛，不利于推广。

羟丙甲纤维素邻苯二甲酸酯(HPMCP)本身无毒，作为壁材包埋茶多酚，需要在有机溶剂中进行包衣，因而存在毒性、安全性隐患。利用酪蛋白-葡聚糖共聚物包埋EGCG，也存在干法美拉德反应耗时长、pH等反应条件对形成的共聚物性质有很大影响的缺陷，反应条件不易控制，而且蛋白质作为包埋壁材的热稳定性也不好。因此，需要开发合适的运载体系对其保护，才能充分发挥其生理功能。

淀粉是自然界中资源丰富的可再生天然多糖类高分子，价廉、安全、无毒，具有良好的生物相容性、可降解和易于改性等优势，使其在缓控释载体的设计中发挥了很大的用处。然而，由于颗粒大、易被酶降解、抗消化性差、形成凝胶能力弱等缺点，限制了淀粉的用途；通过脱支酶适当改性后的脱支淀粉能够赋予原淀粉很好的抗酶解能力和凝胶性能，目前国内外常用的脱支淀粉种类是木薯、马铃薯和玉米淀粉为原料的脱支淀粉。

近年来，脱支木薯淀粉的研究应用大都是用于改变晶体结构和制备用于低能量食品或者是益生元的抗性淀粉，脱支玉米淀粉和马铃薯淀粉则更多用于包埋功能因子载体的研究，例如用脱支马铃薯淀粉包埋磷脂酰胆碱，形成的复合结构能够提高磷脂酰胆碱的稳定性；用普鲁兰酶脱支玉米淀粉得到非晶态脱支淀粉，以脱支后的淀粉粉末压片实现水溶性药物的长时间缓释。

黄原胶是由黄单胞菌以糖的需氧发酵产生的一种阴离子胞外多糖。黄原胶的一级结构是由线性的β-1,4键连接起来的D-葡萄糖作为骨架，在每两个单元的位置上被带电三糖侧链取代。侧链由两个D-甘露糖单元之间连接的D-葡萄糖醛酸单元构成。黄原胶的二级结构包括一个相对分子量很高的螺旋结构，从而使其显示出很高的粘度特性。

发明内容

针对现有技术存在的上述问题，本申请人提供了一种通过脱支淀粉与黄原胶复配包埋茶多酚的方法。本方法操作简单，以淀粉为主要原料，通过与黄原胶复配，实现了茶多酚的稳态化；茶多酚在人体消化道内能够缓慢释放，从而提高了茶多酚的生物利用率，扩大了淀粉的使用范围。

本发明的技术方案如下：

一种通过脱支淀粉与黄原胶复配包埋茶多酚的方法，包括以下步骤：

(1)将淀粉原料制成淀粉乳并充分糊化；

(2)待步骤(1)制备得到的淀粉糊降温至脱支酶的最适温度时，添加脱支酶酶解，将得到的淀粉酶解液灭酶，灭酶后酶解液的温度维持在60-80℃，将酶解液通过离子交换、脱色、浓缩；

(3)将黄原胶溶于水中，充分水合形成均匀溶液，并与步骤(2)得到的浓缩后的脱支淀粉酶解液进行复配，使其均匀分散，得到复配体系溶液；

(4)将脱支淀粉和黄原胶复配体系溶液温度维持在70-80℃并稳定在此温度范围内，在搅拌条件下加入茶多酚并搅拌均匀；

(5)溶液搅拌均匀后送入高压均质机均质数次，之后送入喷雾干燥系统，在避光条件下边搅拌边喷雾干燥得到茶多酚微胶囊。

步骤(1)所述的淀粉原料为直链淀粉含量较高淀粉。优选的，步骤(1)所述淀粉原料为玉米淀粉、大米淀粉、小麦淀粉、马铃薯淀粉、木薯淀粉、甘薯淀粉、蜡质玉米淀粉、蜡质小麦淀粉或蜡质马铃薯淀粉。

步骤(1)所述的淀粉乳浓度依据酶解作用在不降低反应速率的最高可行固体浓度下进行。优选的，步骤(1)所述的淀粉乳质量浓度为10-40％。

步骤(2)所述脱支酶用量及反应条件取决于用酶源和活性及所作用底物，用于酶活性的最佳参数根据所用酶而变化。步骤(2)所述脱支酶解作用的反应终点判断以监测所释放还原基团的浓度而确定，亦可使用粘度变化，碘反应或分子量分布变化而确定终点。

优选的，步骤(2)所述脱支酶根据其酶活和来源，用量为淀粉原料的质量的0.01-5.0％，酶解时间为0.5-3h。步骤(2)所述脱支酶酶解的终点控制在脱支程度为50％以上。步骤(2)所述浓缩是将脱支淀粉酶解液浓缩至30-50％的质量浓度。步骤(2)所述灭酶采用高温蒸汽瞬时灭酶。

步骤(3)中脱支淀粉和黄原胶的复配体系溶液中，脱支淀粉与黄原胶的质量比为40:1-60:1。步骤(3)中复配体系溶液总固形物的质量浓度是8-10％。

步骤(1)、(3)所述糊化方式是指用带有搅拌桨的糊化锅中通过饱和蒸汽加热糊化。

步骤(4)中茶多酚与脱支淀粉和黄原胶之和的质量比在1:4-1:30。步骤(4)所述搅拌的速度为300-500r/min的转速。

步骤(5)中喷雾干燥过程需要加热搅拌防止溶液回生不利于喷雾干燥操作，同时溶液需要避光操作。步骤(5)所述喷雾干燥系统为气流式、或离心式喷雾干燥系统，喷雾干燥的工艺参数分别独立的为在进风温度115～120℃、出风温度55～65℃和100-200L/h进料速度的喷雾干燥条件下一边搅拌一边喷雾。

步骤(5)中高压均质机均质的工艺调节为350-450bar条件下均质3-8min。

步骤(5)中通过喷雾干燥得到的茶多酚微胶囊的包埋率在80-90％之间，微胶囊中茶多酚在模拟胃液两小时内的释放度在10-30％之间，在模拟肠液中两小时内的释放度在80-100％之间。

本发明有益的技术效果在于：

本发明要解决的技术问题是茶多酚在人体内的半衰期短，消化吸收速度快，易被酶解和微生物降解，生物利用率低。需要利用生物可降解材料对茶多酚进行包埋，开发合适的运载体系对其保护，才能充分发挥其生理功能。本发明之前有用不同种类蛋白、多糖作为壁材包埋茶多酚的报道，但这些方法存在壁材稳定性不好，包埋率低、肠液中突释效果明显等缺陷，也有通过压片保护茶多酚的方法，但这种方法对材料选择和制备工艺要求严格，需要添加很多助剂，工艺复杂。

本申请人通过比较蜡质大米淀粉、玉米淀粉和马铃薯淀粉脱支前后的凝胶性能、脂肪酸络合能力和水溶性等性能，发现脱支后的淀粉凝胶性能得到加强，络合能力也有提高。脱支后淀粉的颗粒变小，有利于和黄原胶的复配，进一步提升抗酶解能力，但淀粉脱支后得到的直链淀粉链长较短，不利于对茶多酚的保护作用。黄原胶能包裹在淀粉颗粒表面，抑制可溶性淀粉的溶出及其向溶液中的进一步扩散，而且黄原胶本身不易被酶作用，与淀粉复配后可与体系中的淀粉分子间相互作用，使得分子链段间的缠结点增加，体系具有更高的弹性模量，更易形成凝胶层，能进一步抑制淀粉酶的侵蚀，黄原胶和脱支淀粉形成的网络结构可以有效“包裹”茶多酚，降低茶多酚溶解后向外扩散的速度，从而实现茶多酚缓慢释放的目的。

淀粉糊化过程中直链淀粉及低分子支链淀粉的渗漏量明显降低，显微观察结果显示黄原胶能包裹在淀粉颗粒表面，抑制可溶性淀粉的溶出及其向溶液中的进一步扩散，而且黄原胶本身不易被酶作用，与玉米淀粉混合后可与体系中的淀粉分子间相互作用，使得分子链段间的缠结点增加，体系具有更高的弹性模量，更易形成凝胶层，能进一步抑制淀粉酶的侵蚀，从而避免淀粉过度修饰带来的食品安全隐患，而且黄原胶在有电解质存在时可以改变其结构，可通过调节黄原胶添加量实现对茶多酚很好的缓释效果。

微胶囊包埋的方法可以解决茶多酚脂溶性差、粉末稳定性差的问题，避免茶多酚在保存过程中自动氧化，降低其抗氧化活性。通过脱支酶适当改性后的脱支淀粉能够赋予原淀粉很好的抗酶解能力和凝胶性能，克服了原淀粉颗粒大、易被酶降解、抗消化性差的缺点。

淀粉脱支后得到的直链淀粉链长较短，不利于对茶多酚的保护作用。黄原胶能包裹在淀粉颗粒表面，抑制可溶性淀粉的溶出及其向溶液中的进一步扩散，而且黄原胶本身不易被酶作用，与淀粉复配后更易形成凝胶层，能进一步抑制淀粉酶的侵蚀，更好的保护被包埋的茶多酚。

采用喷雾干燥的方法微胶囊化茶多酚，可以有效减慢茶多酚在人体中的释放速度，防止其在胃肠液中受到酸和酶的侵蚀而失活，充分发挥其生理活性。

因此脱支玉米淀粉与黄原胶复配作为载体不易被人体的胃液腐蚀，可以实现载体在胃中少量降解，在肠中能够被微生物和酶分解的效果，能够很好地保护被运载的茶多酚，达到茶多酚在体内的缓慢释放，从而提高茶多酚的生物利用率。

本发明制备得到的产品在胃液中少量释放，说明脱支玉米淀粉和黄原胶复配后能很好地抵御胃酸的侵蚀，延迟了茶多酚的释放过程；在肠液中释放较为完全，且肠液中的突释现象减弱，起到了很好的缓释效果，提高了茶多酚的生物利用率，扩大了淀粉的使用范围。

一方面，脱支淀粉和黄原胶复配载体能够抵御人体胃酸和酶的侵蚀，减慢载体本身降解的速度；另一方面，脱支淀粉和黄原胶能够形成更利于包埋茶多酚等水溶性功能因子的网络结构，减缓茶多酚等功能因子溶解后向微胶囊外扩散的速度，从而实现茶多酚在模拟胃肠液中的缓释效果。但由于脱支淀粉和黄原胶都是亲水性很强的载体材料，本发明中茶多酚微胶囊的制备方法也未引入乳化剂等物质，所以这种制备微胶囊的方法不能用于脂溶性功能因子的包埋和模拟胃肠液中的缓释。

附图说明

图1为不同脱支程度淀粉和黄原胶以不同比例复配作为微胶囊壁材，不同复配壁材对茶多酚在模拟胃肠液中的缓释曲线。

具体实施方式

茶多酚光照条件下易分解，所以加入茶多酚的整个过程中都要有避光操作。喷雾干燥的过程中同样要在70-80℃范围内边搅拌边进料，以防溶液回生不利于喷雾干燥操作。

实施例1

1、将普通玉米淀粉在糊化锅中用0.01mol/L pH 5.5的醋酸钠缓冲液调配成质量分数为10％的玉米淀粉乳，接着在带有搅拌桨的糊化锅中用饱和蒸汽加热糊化30min，用调速搅拌电机控制搅拌速度，由蒸汽调节阀控制锅体的夹套加热带。

2、玉米淀粉乳完全糊化后，用板式换热器进行热交换，使淀粉乳温度降至50-60℃范围内。在55℃下加入12U/g的普鲁兰酶，脱支反应3h后，此时的相对脱支度可以通过核磁共振确保在50％以上。将酶解液用泵打入喷射器内与高温蒸汽直接接触，贮罐内维持120℃高温3-5min彻底灭酶，使普鲁兰酶失活，控制体系温度在60℃，将酶液通过离子交换柱去除体系中的离子，脱色后通过蒸发浓缩至40％的质量浓度。

3、在带有搅拌桨的避光糊化锅中将黄原胶缓慢溶于一定量水中，充分水合后向黄原胶溶液中投入浓缩的淀粉溶液，充分混匀，得到复配体系溶液；脱支淀粉和黄原胶的复配体系溶液中，脱支淀粉与黄原胶的质量比为50:1，复配体系溶液总固形物的质量浓度是8％。

4、待淀粉分散于黄原胶溶液中后，经过板式换热器将脱支淀粉和黄原胶复配溶液温度保持在75℃左右后在400r/min的转速条件下加入茶多酚，茶多酚与脱支淀粉和黄原胶复配壁材的质量比为1:20。搅拌溶液约30min后用泵送入高压均质机在350bar条件下均质5次。之后送入喷雾干燥系统，同样在进风温度120℃、出风温度60℃左右，进料量150L/h的条件下喷雾干燥得到茶多酚微胶囊。

实施例2

1、将普通蜡质玉米淀粉在糊化锅中用0.01mol/L pH 5.5的醋酸钠缓冲液调配成质量分数为20％的蜡质玉米淀粉乳，接着在带有搅拌桨的糊化锅中用饱和蒸汽加热糊化30min，用调速搅拌电机控制搅拌速度，由蒸汽调节阀控制锅体的夹套加热带。

2、蜡质玉米淀粉乳完全糊化后，用板式换热器进行热交换，使淀粉乳温度降至50-60℃范围内。在55℃下加入18u/g的普鲁兰酶，脱支反应2h后，此时的相对脱支度可以通过核磁共振确保在50％以上。将酶解液用泵打入喷射器内与高温蒸汽直接接触，贮罐内维持120℃高温3-5min彻底灭酶，使普鲁兰酶失活。控制体系温度在70℃，将酶解液通过离子交换柱去除体系中的离子，并通过蒸发浓缩至30％的质量浓度。

3、在带有搅拌桨的避光糊化锅中将黄原胶缓慢溶于一定量水中，充分水合后向黄原胶溶液中投入浓缩后的脱支蜡质玉米淀粉溶液，边加边搅拌，得到复配体系溶液；脱支淀粉和黄原胶的复配体系溶液中，脱支淀粉与黄原胶的质量比为40:1，复配体系溶液总固形物的质量浓度是9％。

4、经过板式换热器将脱支淀粉和黄原胶复配溶液温度降至80℃左右后在300r/min转速条件下加入茶多酚，茶多酚与脱支淀粉和黄原胶复配壁材的质量比为1:10，。搅拌溶液约30min后用泵送入高压均质机在400bar条件下均质5次。之后送入喷雾干燥系统，同样在进风温度120℃、出风温度60℃左右，进料量150L/h的条件下喷雾干燥得到茶多酚微胶囊。

实施例3

1、将普通大米淀粉在糊化锅中用0.01mol/L pH 5.5的醋酸钠缓冲液调配成质量分数为40％的大米淀粉乳，接着在带有搅拌桨的糊化锅中用饱和蒸汽加热糊化30min，用调速搅拌电机控制搅拌速度，由蒸汽调节阀控制锅体的夹套加热带。

2、大米淀粉乳完全糊化后，用板式换热器进行热交换，使淀粉乳温度降至50-60℃范围内。在55℃下加入18u/g的异淀粉酶，脱支反应1h后，此时的相对脱支度可以通过核磁共振确保在50％以上。将酶解液用泵打入喷射器内与高温蒸汽直接接触，贮罐内维持120℃高温3-5min彻底灭酶，使异淀粉酶失活。控制体系温度在80℃，将酶解液通过离子交换柱去除体系中的离子，并通过蒸发浓缩至50％的质量浓度。

3、在带有搅拌桨的避光糊化锅中将黄原胶缓慢溶于一定量水中，充分水合后向黄原胶溶液中投入浓缩后的脱支大米淀粉溶液，边加边搅拌，得到复配体系溶液；脱支淀粉和黄原胶的复配体系溶液中，脱支淀粉与黄原胶的质量比为60:1，复配体系溶液总固形物的质量浓度是10％。待脱支淀粉分散于黄原胶溶液中后，用饱和蒸汽加热糊化30min，用调速搅拌电机控制搅拌速度，由蒸汽调节阀控制锅体的夹套加热带。

4、经过板式换热器将脱支淀粉和黄原胶复配溶液温度降至70℃左右后在500r/min转速条件下加入茶多酚，茶多酚与脱支淀粉和黄原胶复配壁材的质量比为1:4，。搅拌溶液约30min后用泵送入高压均质机在450bar条件下均质5次。之后送入喷雾干燥系统，同样在进风温度120℃、出风温度60℃左右，进料量150L/h的条件下喷雾干燥得到茶多酚微胶囊。

图1为脱支淀粉和黄原胶以不同配比复配后包埋茶多酚，连续模拟胃肠道环境的释放情况，从图中可以看出在胃中的120min内，释放率随着配比不同有所差异，但在胃环境中可以控制在30％之内，而到达肠道后，释放率可达到80％以上，实现了茶多酚的缓释。

Claims

1.一种通过脱支淀粉与黄原胶复配包埋茶多酚的方法，其特征在于包括以下步骤：

(1)将淀粉原料制成淀粉乳并充分糊化；

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)所述淀粉原料为玉米淀粉、大米淀粉、小麦淀粉、马铃薯淀粉、木薯淀粉、甘薯淀粉、蜡质玉米淀粉、蜡质小麦淀粉或蜡质马铃薯淀粉。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)所述的淀粉乳质量浓度为10-40％。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(2)所述脱支酶根据其酶活和来源，用量为淀粉原料的质量的0.01-5.0％，酶解时间为0.5-3h。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(2)所述脱支酶酶解的终点控制在脱支程度为50％以上。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(2)所述浓缩是将脱支淀粉酶解液浓缩至30-50％的质量浓度。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(3)中脱支淀粉和黄原胶的复配体系溶液中，脱支淀粉与黄原胶的质量比为40:1-60:1。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(3)中复配体系溶液总固形物的质量浓度是8-10％。

9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(4)中茶多酚与脱支淀粉和黄原胶之和的质量比在1:4-1:30。

10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(4)所述搅拌的速度为300-500r/min的转速。