CN108464428B

CN108464428B - 一种超声制备稳定凝胶状小麦醇溶蛋白Pickering乳液的方法

Info

Publication number: CN108464428B
Application number: CN201810236588.9A
Authority: CN
Inventors: 尹寿伟; 吴滋灵; 杨晓泉
Original assignee: South China University of Technology SCUT
Current assignee: South China University of Technology SCUT
Priority date: 2018-03-21
Filing date: 2018-03-21
Publication date: 2021-12-21
Anticipated expiration: 2038-03-21
Also published as: CN108464428A

Abstract

本发明公开了一种超声制备稳定凝胶状小麦醇溶蛋白Pickering乳液的方法，包括以下步骤：(1)将小麦醇溶蛋白溶解到醇溶液中；(2)配制乙酸溶液；(3)将步骤(1)所得溶液倒入乙酸溶液中进行均质、旋蒸；(4)将步骤(3)所得溶液与玉米油混合后剪切乳化；(5)将步骤(4)所得乳液进行超声处理，得到稳定凝胶状的小麦醇溶蛋白Pickering乳液。本发明方法得到粒径小，稳定性高，凝胶性好的小麦醇溶蛋白Pickering乳液。

Description

一种超声制备稳定凝胶状小麦醇溶蛋白Pickering乳液的方法

技术领域

本发明涉及一种小麦醇溶蛋白Pickering乳液，特别是涉及一种超声制备稳定凝胶状小麦醇溶蛋白Pickering乳液的方法；属于农副产品深加工及食品工业技术领域。

背景技术

当今大量的对人类营养及健康改善的功能生物活性成分被广泛应用于各类食品体系，但由于这类物质不溶于水，易变性分解、生物利用率低等原因限制了其应用。面对此类问题，传统的方法是改变其化学结构或添加表面活性剂，但此种方法难以保障产物安全性。而构建食物蛋白稳定的Pickering乳液输送体系是提高输水类营养素的生物效价及稳定性的一个重要途径，而且食物蛋白Pickering乳液本身是一类重要的食品基质地，具有良好的营养价值。小麦醇溶蛋白由于其良好的性质，成为制备Pickering的理想材料。

小麦醇溶蛋白是小麦主要的储藏蛋白之一，是大宗淀粉加工副产物谷朊粉的主要来源，来源广泛，价格便宜。能溶解于70％的乙醇—水溶液中，当溶剂超出这个范围时，小麦醇溶蛋白会发生自组装，并形成纳、微米尺度的胶体颗粒，可用做抗菌剂的缓释材料。

新鲜制备的小麦醇溶蛋白Pickering乳液pH为2.9，其三相接触角小于90°，表现出亲水性，乳液体系中吸附到油滴界面的蛋白颗粒较少，容易发生漏油现象，放置几天后会出现明显的相分离，不能稳定长期储存。

中国发明专利申请2016103755106公开了一种可食性蛋白稳定Pickering乳液的制备方法，该申请是通过调节pH并且使用添加壳聚糖的方法稳定的小麦醇溶蛋白乳液，该方法制备出的乳液粒径大，而且只有在pH在4.0～6.0之间的乳液才能保持稳定两个月，pH在低于4.0条件下维持一个星期则出现破乳漏油现象。

发明内容

为了克服现有技术的上述缺点与不足，本发明的目的在于提供一种需要添加复合物，乳液粒径小，可连续生产稳定的凝胶状小麦醇溶蛋白Pickering乳液的制备方法，乳液在pH低于4.0的条件下依旧能保持稳定长达一年以上，能应用在强酸性食品领域中，能有效延缓食品的货架期保持不变质。

本发明的另一目的在于提供上述方法制备的小麦醇溶蛋白乳液。

本发明发现，Pickering乳液在超声波强大的剪切场作用下，蛋白胶体颗粒被剪切分散成细小的固体粒子，固体粒子更多的上到油水界面包裹住油滴，而且，通过超声波的作用，使得同一个固体粒子可以同时稳定多个油滴，这使得固体粒子在单位数量内能稳定更多的油滴，形成了更加细密更为稳定的三维网络结构，所以经过超声波技术处理的乳液能够放置很长时间(一年以上)而不发生破乳、相反转。

在食品级领域中，纯蛋白质乳液较少使用超声波技术，因为不添加复合物的蛋白质基本难以稳定乳液，稳定乳液的蛋白质需要具有两亲性，即亲水亲油性，而一般的蛋白质虽然具有两亲性，但都表现出较为明显的亲水性，所以在经过超声波处理时会因为剪切场的作用而导致相反转、破乳；本发明发现，小麦醇溶蛋白具有两亲性，但其亲水性不明显，在经过超声波处理时候能够稳定在油滴界面上，形成更为稳定的Pickering乳液。

本发明的目的通过以下技术方案实现：

一种超声制备稳定凝胶状小麦醇溶蛋白Pickering乳液的方法，包括以下步骤：

(1)将小麦醇溶蛋白溶解到醇溶液中；

(2)配制乙酸溶液；

(3)将步骤(1)所得溶液倒入乙酸溶液中进行均质、旋蒸；

(4)将步骤(3)所得溶液与玉米油混合后剪切乳化；

(5)将步骤(4)所得乳液进行超声处理，得到稳定的小麦醇溶蛋白Pickering乳液。

步骤(1)所述的小麦醇溶蛋白与醇溶液的质量体积比为2.13～2.86％g/ml。

所述醇溶液的体积浓度为60～80％v/v。

步骤(2)所述乙酸溶液的浓度为1～5％v/v。

步骤(2)所述乙酸溶液与步骤(1)所得溶液体积比为1：0.47～1：0.35。

步骤(3)所述的溶液与玉米油的体积比为1:1。

所述均质的转速为5000～7000rpm，时间为3～5min。

所述旋转蒸发温度为35～45℃，真空度为0.1Mpa，时间为18～25min。

步骤(4)所述剪切的转速为3000～5000rpm，时间为1～2min。

步骤(5)所述超声的功率为160W～400W，占总功率的40～100％，脉冲60～80％，超声时间为5～7min。

与现有技术相比，具有以下优点和有益效果：

(1)本发明不需要添加复合物即可连续化制备食品级稳定的小麦醇溶蛋白Pickering乳液。

(2)本发明的小麦醇溶蛋白Pickering乳液粒径比不经过超声处理的乳液小，稳定性更高，储藏时间达到五个月以上不发生反乳漏油现象，可在强酸性条件下保持稳定不破乳，在强酸性食品领域有较强的应用前景。

(3)本发明的低内相乳液能够实现液态油向固态油的转变，乳液产品具有凝胶性，无使用任何表面活性添加剂，而这是一般低内相乳液无法做到的效果。

附图说明

图1-1为实施例1不同超声功率的小麦醇溶蛋白乳液的新制外观图。

图1-2为实施例1不同超声功率的小麦醇溶蛋白乳液在储藏2个月后外观图。

图2为实施例2超声功率40％的小麦醇溶蛋白乳液储藏5个月后外观图。

图3为实施例2超声功率40％的小麦醇溶蛋白乳液粒径分布图。

图4a为实施例3超声功率0的新制乳液的微观结构图。

图4b为实施例3超声功率40％的新制乳液的微观结构图。

图4c为实施例3超声功率40％的乳液储藏5个月后的微观结构图。

图5a为实施例4超声功率80％乳液流变频率扫描图。

图5b为实施例4超声功率80％乳液流变应力扫描图。

具体实施方式

为更好地理解本发明，下面结合附图和实施例对本发明作进一步地说明，但本发明的实施方式不限于此。

实施例1

一种小麦醇溶蛋白Pickering乳液的制备方法，包括以下步骤：

(1)将1g小麦醇溶蛋白，溶解到40ml 70％的乙醇溶液中；取100ml 1％的乙酸溶液，一边均质一边将溶有小麦醇溶蛋白的醇溶液倒入其中，转数为6000rpm，4min；

(2)将步骤(1)得到的溶液旋转蒸发，真空度为0.1Mpa，温度控制为40℃，20min；

(3)取5ml步骤(3)所得溶液，加入5ml玉米油，在3000rpm下剪切2min；

(4)将步骤(3)得到的乳液在功率为0，80W，160W，240W，320W，400W，分别占总功率0，20％，40％，60％，80％，100％，脉冲为70％的条件下超声处理6min，得到小麦醇溶蛋白Pickering乳液。

步骤(4)得到的不同超声功率的小麦醇溶蛋白Pickering乳液在新制、储藏2个月后的外观如图1-1，1-2所示；超声功率为160W，占总功率40％的乳液储藏5个月后的外观如图2所示。

图1-1，1-2分别是超声功率为0，80W，160W，240W，320W，400W，占总功率0，20％，40％，60％，80％，100％的小麦醇溶蛋白乳液在新制和储藏2个月后的外观图，由图可知，超声功率为0，20％的乳液储藏2个月后表面有黄色油滴出现，表明乳液破乳现象，超声功率为40％，60％，80％，100％的乳液只是析出了部分水，(乳析指数大概20％)；从图2可看到，超声功率为40％的乳液在放置5个月后仍保持稳定，而且可以倒置。表明经过超声的乳液能够长期稳定储藏，可实现连续化生产，满足工业化需要。

实施例2

一种小麦醇溶蛋白Pickering乳液的制备方法，包括以下步骤：

(1)将1g小麦醇溶蛋白，溶解到40ml 80％的乙醇溶液中；取100ml 3％的乙酸溶液，一边均质一边将溶有小麦醇溶蛋白的醇溶液倒入其中，转速为8000rpm，5min；

(4)将步骤(3)得到的乳液在功率为0，80W，160W，240W，320W，400W，分别占总功率0，20％，40％，60％，80％，100％，脉冲为80％的条件下超声5min，得到小麦醇溶蛋白Pickering乳液。

采用不同超声功率得到的小麦醇溶蛋白Pickering乳液的粒径见表1。

超声功率为40％的乳液在不同时间的粒径分布如图3所示。

表1实施例2得到的小麦醇溶蛋白Pickering乳液的粒度情况表

表中D3,2表示表面积平均粒径、D4,3表示体积平均粒径，而D3,2和D4,3的值越接近，则表明乳液滴形状越规整，乳液滴粒径分布越集中；其中新制表示乳液刚刚制备出来，两个月表示新鲜制备的乳液在常温条件下放置两个月。从表1可以看出，新制乳液经过超声处理后，乳液粒径明显变小，与超声功率为0相比，超声功率为20％的乳液粒径减小一半以上，而且乳液的粒径随着超声强度的增大而减小，在超声功率超过40％的乳液粒径基本稳定在2um以下。乳液在放置两个月后，超声功率为0和20％的乳液破乳，超声功率在40％以上的乳液比新制乳液稍微有所增大，但粒径仍比较小。而中国发明专利申请2016103755106制备的小麦醇溶蛋白乳液在不同pH条件下粒径在15um到50um之间，远大于本发明制备的乳液粒径，而乳液粒径越小，则表明乳液越稳定，说明本发明制备的乳液具有极高的稳定性。

图3表明，超声功率为160W，占总功率40％的乳液在新制、2个月、5个月后的粒径大小一致，且分布均匀，说明超声的乳液在经过长时间储存后仍然保持稳定，粒径基本保持不变，满足工业化生产的需要。同时该乳液达到了可食性标准，制备乳液所用的小麦醇溶蛋白、玉米油都是可食用的，用于溶解小麦醇溶蛋白的醋酸溶液和乙醇绝大部分都已经通过旋蒸挥发，极少残留，达到可食标准，有望稳定荷载脂性活性物质(如姜黄素、脂溶性维生素等)构建一套符合人体消化吸收特点的输送体系，提高活性物质的生物利用率。

实施例3

一种小麦醇溶蛋白Pickering乳液的制备方法，包括以下步骤：

(1)将1g小麦醇溶蛋白，溶解到50ml 60％的乙醇溶液中；取100ml 5％的乙酸溶液，一边均质一边将溶有小麦醇溶蛋白的醇溶液倒入其中，转数为6500rpm，7min；

(2)将步骤(1)得到的溶液旋转蒸发，真空度为0.1Mpa，温度控制为40℃，25min；

(3)取5ml步骤(3)所得溶液，加入5ml玉米油，在4000rpm下剪切90s；

(4)将步骤(3)得到的乳液在功率为0，160W(占总功率40％)，脉冲为70％的条件下超声6min，得到小麦醇溶蛋白Pickering乳液。

步骤(4)得到的超声功率为0的新制乳液以及超声功率为160W，占总功率40％的乳液在新制、储藏5个月后的微观结构如图4a、图4b和图4c所示。具体而言，图4a为本实施例3超声功率0的新制乳液的微观结构图。图4b为本实施例3超声功率40％的新制乳液的微观结构图。图4c为本实施例3超声功率40％的乳液储藏5个月后的微观结构图。上述实际图中红色部分表示蛋白质，绿色部分表示油滴，从图4a可看出，新制的超声功率为0的乳液粒径较大，图中绿色油滴外围无明显红色亮圈(蛋白质)出现，红色部分大部分存在连续相中，表明蛋白质较少包裹住油滴，大部分存在连续相中，这样形成的乳液较为不稳定。而由图4b、4c可看出，超声功率为160W占总功率40％的乳液乳滴较小，新制乳液(图b)中可以看到连续相中红色较暗，表明连续相中蛋白质较少，而且乳液滴存在絮凝聚结靠拢情况，这表明吸附在油滴表明的蛋白质同时也吸附了其他的油滴，才会出现絮凝聚结而又不聚并的情况；图c是乳液放置5个月后的显微镜图片，图中可以看到明显的红色亮圈围绕在油滴表面，这表明经过一段时间的放置，存在连续相中的蛋白质更多的吸附到了油滴表明，同样的，油滴之间也是彼此黏连絮凝，这表明蛋白质吸附了多个油滴，使得油滴彼此紧密相连，失去流动性，形成了更为稳定的三维网络结构，因而使乳液能长达5个月而粒径不发生明显变化。

实施例4

一种小麦醇溶蛋白Pickering乳液的制备方法，包括以下步骤：

(1)将1g小麦醇溶蛋白，溶解到40ml 70％的乙醇溶液中；取100ml 2％的乙酸溶液，一边均质一边将溶有小麦醇溶蛋白的醇溶液倒入其中，转数为6000rpm，4min；

(4)将步骤(3)得到的乳液在功率为320W，占总功率80％，脉冲为70％的条件下超声6min，得到小麦醇溶蛋白Pickering乳液。

取步骤(4)的乳液2ml进行流变学特性测试，所用平板直径为27.83，温度为25℃，频率扫描，范围设定为0.1-10Hz，应力1Pa，其流变学特性图如图5a所示；应力扫描，频率设定为1Hz，其流变学特性图如图5b所示。

超声功率为320W占总功率80％的乳液经过频率扫描和应力扫描图分别如图5a、5b所示，由图可知，该乳液的弹性模量远大于粘性模量，这表明乳液具有一定的粘弹性；该乳液频率扫描弹性模量超过2500Pa，应力扫描弹性模量接近4000Pa，而在流变学特性实验中，一般高内相乳液的频率扫描弹性模量在1000Pa左右，应力扫描的弹性模量也在1000Pa左右，因此该实验制备的乳液具有比高内相乳液更优的黏弹性和凝胶性，乳液实现了液态油脂向固态油脂的转变，在食品领域有较好的应用前景，可取代具有反式酸的专用油脂。在食品和药品领域有非常好的应用，可用于替代具有反式酸的专用油脂。

与中国发明专利申请2016103755106不同，本发明通过超声波剪切技术，蛋白胶体粒子可以同时稳定多个油滴，使得油滴与油滴之间被胶体粒子固定下来，失去流动性，形成了更为固定的三维网络结构，达到较强的凝胶强度，而且在强酸条件下就可以达到稳定的效果，可以应用于强酸性食品领域，有更广泛的应用前景。

现阶段我国食品工业中所用的专用油脂，如起酥油、人造奶油、代可可脂等，通常是将氢化改性后的油脂和精炼的天然动植物油脂相混合，具有特定晶型的半固态或固态油脂，具有良好的可塑性、起酥性等加工性能，在获得良好加工性能同时也带来了一些对人体健康不利的组分，其中最受关注的当属反式酸。过量食用含反式酸的食物容易导致糖尿病、心脑血管疾病和老年痴呆等疾病。构建具有安全和良好加工性能的专用油脂替代品势在必行。在食品和药品领域中，以有机凝胶的形式赋予液体油固态油脂属性是一种极具前景的途径。小麦醇溶蛋白是一种可食性的材料，通过超声制备的小麦醇溶蛋白Pickering乳液具有很好的凝胶性，实现了液态油向固态油的过渡，在食品和药品领域有很好的应用前景。

Claims

1.一种超声制备稳定凝胶状小麦醇溶蛋白Pickering乳液的方法，其特征在于包括以下步骤：

（1）将小麦醇溶蛋白溶解到醇溶液中；

（2）配制乙酸溶液；

（3）将步骤（1）所得溶液倒入乙酸溶液中进行均质、旋转蒸发；

（4）将步骤（3）所得溶液与玉米油混合后剪切乳化，所述的溶液与玉米油的体积比为1:1；

（5）将步骤（4）所得乳液进行超声处理，得到稳定的小麦醇溶蛋白Pickering乳液；所述超声的功率为160W~400W，占总功率的40%~100%，脉冲60~80%，超声时间为5~7min。

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（1）所述的小麦醇溶蛋白与醇溶液的质量体积比为0.0213g/ml~0.0286g/ml。

3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述醇溶液的体积浓度为60~80%。

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（2）所述乙酸溶液的体积浓度为1~5%。

5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（2）所述乙酸溶液与步骤（1）所得溶液体积比为1：0.47~1：0.35。

6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（3）所述均质的转速为5000~7000rpm，时间为3~5min。

7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（3）所述旋转蒸发的温度为35~45℃，真空度为0.1Mpa，时间为18~25min。

8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（4）所述剪切的转速为3000~5000rpm，时间为1~2min。