CN110089753A - 一种提高姜黄素生物利用率的纳米微粒的制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种提高姜黄素生物利用率的纳米微粒的制备方法，属于功能性食品的生产工艺技术领域。解决姜黄素溶解度低，加工储藏稳定性差、生物利用率低的问题，本发明首先将姜黄素与玉米醇溶蛋白溶于乙醇形成有机相，然后将酪蛋白的水溶液进行超声处理后，利用转谷氨酰胺酶交联酪蛋白，并将壳寡糖接枝在酪蛋白上，形成交联酪蛋白和酪蛋白‑壳寡糖接枝物的纳米凝胶水相，最后采用高压均质法或溶剂挥发法，将上述有机相与酪蛋白‑壳寡糖的纳米凝胶水相混合，采用旋转蒸发法除去乙醇，高速离心后冻干，最终获得负载姜黄素的纳米颗粒。纳米颗粒平均粒径在140~390 nm之间，姜黄素包封率在70%~82%左右，纳米颗粒在贮藏过程中有良好的物理化学稳定性。
Description
技术领域
本发明属于功能性食品生产工艺技术领域，具体涉及一种提高姜黄素生物利用率的纳米微粒的制备方法。
背景技术
姜黄素是从姜黄中提取的一种天然疏水性多酚物质，大量的研究表明，姜黄素具有抗炎、抗菌、抗氧化、降血压、降低胆固醇、抗癌等多种生物活性，对人体健康发挥重要作用。但是其水溶性差、生物利用率低、化学稳定性差等多种因素限制了其生物活性的发挥，使其难以在食品加工中作为功能性配料直接添加利用。如何提高其溶解性、加工储藏稳定性和生物利用率成为当前重要研究课题之一。基于蛋白质、多糖等食物大分子的输送体系为这一问题的解决提供了安全绿色的途径。
酪蛋白作为乳中的主要蛋白质，由αs1-、αs2-、β-、κ-CN 组成，具有良好的热稳定性，但是与结构致密的球状乳清蛋白相比，酪蛋白富含脯氨酸，干扰α-螺旋和β-折叠等二级结构的形成，其开放的结构使以酪蛋白为载体的输送体系在消化过程中容易受到胃蛋白酶作用，引起被包埋营养素在强酸性环境中破坏或降解，不能达到提高姜黄素生物利用率的目的。降低胃蛋白酶对负载姜黄素载体的消化性，提高姜黄素的肠道细胞吸收作用是研究的核心。
发明内容
本发明的目的是为了提高姜黄素的溶解性、加工储藏稳定性和生物利用率，提供一种提高姜黄素生物利用率的纳米微粒的制备方法，该方法以食品材料为原料，加工过程安全绿色。
为实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：
一种提高姜黄素生物利用率的纳米微粒的制备方法，所述的方法步骤如下：
步骤一：将玉米醇溶蛋白和姜黄素溶解在体积分数为70%的乙醇溶液中，磁力搅拌1h，形成有机相；
步骤二：将一定量酪蛋白酸钠和壳寡糖分别溶解在水中，将酪蛋白溶液经过超声处理后，与壳寡糖溶液混合，加入转谷氨酰胺酶，调节混合溶液的pH为6.5~8.0，在37℃条件下反应2~6 h，在85℃水浴中加热5 min，灭活转谷氨酰胺酶，然后在4℃水浴中冷却，并在4℃冷柜中对样品进行透析，除去未接枝到酪蛋白上的壳寡糖，形成酪蛋白-壳寡糖的纳米凝胶水相；
步骤三：采用高压均质法或反溶剂法，将有机相和纳米凝胶水相充分混合，得到负载姜黄素的纳米颗粒。
本发明相对于现有技术的有益效果是：方法简单易行，对设备没有特殊要求，难溶性玉米醇溶蛋白与水相（反溶剂）混合时，在水相中瞬间产生超饱和行为，自聚集成包埋姜黄的微小颗粒，水相中交联的酪蛋白分子和酪蛋白-壳寡糖接枝产物在玉米醇溶蛋白颗粒表面覆盖，为纳米颗粒中的姜黄素提供了多层保护。制备的负载姜黄素的纳米颗粒极大地提高了姜黄素的溶解性和贮藏过程中的化学稳定性，降低了胃肠消化过程中蛋白酶对蛋白质载体的消化性，提高了姜黄素的生物利用率。
本发明制备出的纳米颗粒平均粒径在140~390 nm之间，姜黄素包封率在70%~82%左右，纳米颗粒在贮藏过程中有良好的物理化学稳定性，在胃肠消化过程中，可显著降低酪蛋白为载体的姜黄素转运体系的消化性，可有效提高姜黄素生物利用率。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明的技术方案作进一步的说明，但并不局限于此，凡是对本发明技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的保护范围中。
在本发明申请中，包封率计算采用下列公式：包封率（%）=纳米颗粒中姜黄素含量/姜黄素总量。
胃肠消化过程中，体外模拟胃液（pH 3.0，2g NaCl、7mL HCl和3.2g胃蛋白酶溶于1L水中）和小肠（pH 7.0，0.3mM CaCl2、30.72mM NaCl，5mg/mL 胆汁盐和8mg/mL胰液）环境，经2 h胃部消化和2 h小肠消化后姜黄素的转化率和生物利用率采用下列公式计算：姜黄素的转化率=（消化液中姜黄素浓度/姜黄素最初浓度）×100%，姜黄素的生物利用率=（消化液胶束中姜黄素浓度/姜黄素最初浓度）×100%。
转谷氨酰胺酶（transglutaminase，TGase）是一种可催化转酰胺基反应的酶，它可以催化蛋白质赖氨酸上的氨基与谷氨酸上的酰胺基结合，而导致蛋白质之间发生共价交联，相比于其他化学性交联剂，转谷氨酰胺酶具有安全性高、无毒害、不污染环境等优点。
壳寡糖又叫低聚壳聚糖，是自然界中唯一带正电荷碱性氨基低聚糖，具有水溶性好，容易被生物体吸收利用等多种功能，不能被胃酸和消化酶降解。在壳寡糖的结构中含有氨基，能够在转谷氨酰胺酶的作用下，引起酪蛋白与壳寡糖的接枝反应。因此，在转谷氨酰胺酶的作用下，不仅能够引起酪蛋白的交联反应，还能使壳寡糖在酪蛋白上发生接枝反应，能够降低蛋白酶对酪蛋白为载体的营养素输送体系的消化性。
玉米醇溶蛋白是广泛存在于植物中的食物蛋白，可溶解于60%~95%的醇类中，由于其不溶解于水中，在溶解于水相（反溶剂）时，会形成瞬间超饱和行为，从而自聚集成微小颗粒。基于此，可以利用玉米醇溶蛋白与生物活性物质形成的有机相，与蛋白质和糖类的水相混合，玉米醇溶蛋白会与水相中蛋白质等物质依靠疏水相互作用、静电相互作用、氢键等作用将生物活性物质包埋在颗粒内部，用于生物活性物质的包埋和输送，提高生物活性物质的生物利用率。
具体实施方式一：本实施方式记载的是一种提高姜黄素生物利用率的纳米微粒的制备方法，所述的方法步骤如下：
步骤一：将玉米醇溶蛋白和姜黄素溶解在体积分数为70%的乙醇溶液中，磁力搅拌1h，使玉米醇溶蛋白和姜黄素充分溶解，形成有机相；
步骤二：将一定量酪蛋白酸钠和壳寡糖分别溶解在水中，将酪蛋白溶液经过超声处理后，与壳寡糖溶液混合，加入转谷氨酰胺酶，调节混合溶液的pH为6.5~8.0，在37℃条件下，使酪蛋白发生交联，同时将壳寡糖接枝到酪蛋白上，反应2~6 h，在85℃水浴中加热5 min，灭活转谷氨酰胺酶，然后在4℃水浴中冷却，并在4℃冷柜中对样品进行透析，除去未接枝到酪蛋白上的壳寡糖，形成酪蛋白-壳寡糖的纳米凝胶水相；
步骤三：采用高压均质法或反溶剂法，将有机相和纳米凝胶水相充分混合，得到负载姜黄素的纳米颗粒。
具体实施方式二：具体实施方式一所述的一种提高姜黄素生物利用率的纳米微粒的制备方法，步骤一中，所述的玉米醇溶蛋白在有机相中的质量分数为0.5%~3%，所述的姜黄素在有机相中的质量分数为0.1%~2%。
具体实施方式三：具体实施方式一所述的一种提高姜黄素生物利用率的纳米微粒的制备方法，步骤二中，所述的超声处理的频率为300~500 W，20 kHz，时间为10~30 min。
具体实施方式四：具体实施方式一所述的一种提高姜黄素生物利用率的纳米微粒的制备方法，步骤二中，所述的纳米凝胶水相中酪蛋白的质量分数为1%~4%，壳寡糖的质量分数为1%~3%，壳寡糖的分子量在1~3 kDa之间，转谷氨酰胺酶的加入量为10~20 U/g 酪蛋白。
具体实施方式五：具体实施方式一所述的一种提高姜黄素生物利用率的纳米微粒的制备方法，步骤三中，所述的有机相和水相混合的体积比为1:5~10。
具体实施方式六：具体实施方式一所述的一种提高姜黄素生物利用率的纳米微粒的制备方法，步骤三中，所述的高压均质法：将有机相在剪切乳化条件下，逐渐加入到纳米凝胶水相中，4000 rpm条件下剪切5 min，得到粗乳化液，然后采用高压均质机，30~50 MPa下均质三次，使用旋转蒸发器除去乙醇，将样品在3000 rpm条件下离心10 min，除去不溶性物质，上清液冻干保存。
具体实施方式七：具体实施方式一所述的一种提高姜黄素生物利用率的纳米微粒的制备方法，步骤三中，所述的反溶剂法：在搅拌条件下，将有机相逐渐加入到纳米凝胶水相中，磁力搅拌1 h，然后在50℃条件下，使用旋转蒸发器除去乙醇，将样品在3000 rpm条件下离心10 min，除去不溶性物质，上清液冻干保存。
实施例1
一种提高姜黄素生物利用率的纳米微粒的制备方法，所述方法如下：
（1）按以下重量配比制备有机相：玉米醇溶蛋白的质量分数为1%，姜黄素的质量分数为0.2%，余量为70%乙醇，磁力搅拌下充分搅拌1 h，使之充分溶解，形成有机相。
（2）将2%酪蛋白酸钠溶液在300 W，20 kHz条件下超声20 min后，并按以下重量配比制备纳米凝胶水相：酪蛋白酸钠1%、壳寡糖1%（分子量约为1 kDa）、转谷氨酰胺酶（活性100 U/g）0.2%，余量为水，用1M HCl和1 M NaOH调节水溶液的pH值为6.5。在37℃条件下反应3 h，使酪蛋白发生交联，同时将壳寡糖接枝到酪蛋白上，反应结束后，在85℃水浴中加热5 min，灭活转谷氨酰胺酶，然后在4℃水浴中冷却，并在4℃冷柜中对样品进行透析，除去未接枝到酪蛋白上的壳聚糖，形成酪蛋白-壳寡糖的纳米凝胶水相。
（3）有机相和水相按照体积比1:9混合而成，在搅拌条件下，将有机相逐渐加入到酪蛋白-壳寡糖的纳米凝胶水相中，磁力搅拌1 h，然后在50℃条件下，使用旋转蒸发器除去乙醇，将样品在3000 rpm条件下离心10min，除去不溶性物质，上清液冻干保存。
按照本实施例所述方法制备出的纳米微粒具有很多优良特性。纳米微粒的粒径约为150 nm，姜黄素的包封率约为69%；光照条件下保存7 d，纳米微粒中姜黄素的含量较未包封姜黄素的含量高30%；胃肠消化后，姜黄素的转化率达92%，生物利用率达52%，高于姜黄素粉末的转化率（55.5%）和生物利用率（18.4%），显著提高了姜黄素的生物利用率。
实施例2
本实施例与实施例1的不同点是：步骤一中玉米醇溶蛋白的质量分数为1.5%，姜黄素的质量分数为0.4%，步骤二中超声处理条件为400 W，20 kHz，10 min，纳米凝胶水相中酪蛋白酸钠为1.5%、转谷氨酰胺酶（活性100 U/g）为0.3%，水溶液的pH值为7.0。
本实施例制备出的负载姜黄素的纳米微粒的粒径约为170 nm，姜黄素的包封率约为72%；光照条件下保存7 d，纳米微粒中姜黄素的含量较未包封姜黄素的含量高35%；胃肠消化后，姜黄素的转化率达93.2%，生物利用率达53.2%，显著高于姜黄素粉末的转化率（55.5%）和生物利用率（18.4%）。
实施例3
本实施例与实施例1的不同点是：步骤一中，玉米醇溶蛋白的质量分数为2.0%，姜黄素的质量分数为0.6%，步骤二纳米凝胶水相中酪蛋白酸钠为2.0%、转谷氨酰胺酶（活性100 U/g）为0.4%，水溶液的反应pH值为7.0。步骤三中，有机相和纳米凝胶水相的体积比为1:8。
本实施例制备出的负载姜黄素的纳米微粒的粒径约为185 nm，姜黄素的包封率约为75%；光照条件下保存7 d，纳米微粒中姜黄素的含量较未包封姜黄素的含量高38%；胃肠消化后，姜黄素的转化率达94.1%，生物利用率达54.1%，显著高于姜黄素粉末的转化率（55.5%）和生物利用率（18.4%）。
实施例4
本实施例与实施例1的不同点是：步骤一中，玉米醇溶蛋白的质量分数为2.5%，姜黄素的质量分数为0.8%，步骤二纳米凝胶水相中酪蛋白酸钠为2.5%、转谷氨酰胺酶（活性100 U/g）为0.5%，水溶液的反应pH值为7.5。步骤三中，有机相和纳米凝胶水相的体积比为1:7。
本实施例制备出的负载姜黄素的纳米微粒的粒径约为190 nm，姜黄素的包封率约为77%；光照条件下保存7 d，纳米微粒中姜黄素的含量较未包封姜黄素的含量高40%；胃肠消化后，姜黄素的转化率达94.9%，生物利用率达53.2%，显著高于姜黄素粉末的转化率（55.5%）和生物利用率（18.4%）。
实施例5
本实施例与实施例1的不同点是：步骤一中，玉米醇溶蛋白的质量分数为3.0%，姜黄素的质量分数为1.0%，步骤二纳米凝胶水相中酪蛋白酸钠为3.0%、转谷氨酰胺酶（活性100 U/g）为0.6%，水溶液的反应pH值为7.5。步骤三中，有机相和纳米凝胶水相的体积比为1:6。
本实施例制备出的负载姜黄素的纳米微粒的粒径约为210 nm，姜黄素的包封率约为79%；光照条件下保存7 d，纳米微粒中姜黄素的含量较未包封姜黄素的含量高42%；胃肠消化后，姜黄素的转化率达92.7%，生物利用率达51.2%，显著高于姜黄素粉末的转化率（55.5%）和生物利用率（18.4%）。
实施例6
本实施例与实施例1的不同点是：步骤一中，玉米醇溶蛋白的质量分数为3.5%，姜黄素的质量分数为1.0%，步骤二纳米凝胶水相中酪蛋白酸钠为3.5%、转谷氨酰胺酶（活性100 U/g）为0.7%，水溶液的反应pH值为8.0。步骤三中，有机相和纳米凝胶水相的体积比为1:5。
本实施例制备出的负载姜黄素的纳米微粒的粒径约为320 nm，姜黄素的包封率约为80%；光照条件下保存7 d，纳米微粒中姜黄素的含量较未包封姜黄素的含量高45%；胃肠消化后，姜黄素的转化率达95.6%，生物利用率达53.4%，显著高于姜黄素粉末的转化率（55.5%）和生物利用率（18.4%）。
上述实施例仅为对本发明的实例性说明，本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，凡是在本发明的精神和原则之内，所作的改变、修饰、等同替换，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 (7)
1.一种提高姜黄素生物利用率的纳米微粒的制备方法，其特征在于：所述的方法步骤如下：
步骤一：将玉米醇溶蛋白和姜黄素溶解在体积分数为70%的乙醇溶液中，磁力搅拌1h，形成有机相；
步骤二：将一定量酪蛋白酸钠和壳寡糖分别溶解在水中，将酪蛋白溶液经过超声处理后，与壳寡糖溶液混合，加入转谷氨酰胺酶，调节混合溶液的pH为6.5~8.0，在37℃条件下反应2~6 h，在85℃水浴中加热5 min，然后在4℃水浴中冷却，并在4℃冷柜中对样品进行透析，除去未接枝到酪蛋白上的壳寡糖，形成酪蛋白-壳寡糖的纳米凝胶水相；
步骤三：采用高压均质法或反溶剂法，将有机相和纳米凝胶水相充分混合，得到负载姜黄素的纳米颗粒。
2.根据权利要求1所述的一种提高姜黄素生物利用率的纳米微粒的制备方法，其特征在于：步骤一中，所述的玉米醇溶蛋白在有机相中的质量分数为0.5%~3%，所述的姜黄素在有机相中的质量分数为0.1%~2%。
3.根据权利要求1所述的一种提高姜黄素生物利用率的纳米微粒的制备方法，其特征在于：步骤二中，所述的超声处理的频率为300~500 W，20 kHz，时间为10~30 min。
4.根据权利要求1所述的一种提高姜黄素生物利用率的纳米微粒的制备方法，其特征在于：步骤二中，所述的纳米凝胶水相中酪蛋白的质量分数为1%~4%，壳寡糖的质量分数为1%~3%，壳寡糖的分子量在1~3 kDa之间，转谷氨酰胺酶的加入量为10~20 U/g 酪蛋白。
5.根据权利要求1所述的一种提高姜黄素生物利用率的纳米微粒的制备方法，其特征在于：步骤三中，所述的有机相和水相混合的体积比为1:5~10。
6.根据权利要求1所述的一种提高姜黄素生物利用率的纳米微粒的制备方法，其特征在于：步骤三中，所述的高压均质法：将有机相在剪切乳化条件下，加入到纳米凝胶水相中，4000 rmp条件下剪切5 min，得到粗乳化液，然后采用高压均质机，30~50 MPa下均质三次，使用旋转蒸发器除去乙醇，将样品在3000 rpm条件下离心10 min，除去不溶性物质，上清液冻干保存。
7.根据权利要求1所述的一种提高姜黄素生物利用率的纳米微粒的制备方法，其特征在于：步骤三中，所述的反溶剂法：在搅拌条件下，将有机相加入到纳米凝胶水相中，磁力搅拌1 h，然后在50℃条件下，使用旋转蒸发器除去乙醇，将样品在3000 rpm条件下离心10min，除去不溶性物质，上清液冻干保存。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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