CN110192651A - 一种利用大豆分离蛋白负载植物甾醇酯的纳米乳液的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种利用大豆分离蛋白负载植物甾醇酯的纳米乳液的制备方法，该方法包括：将植物甾醇酯溶于乙酸乙酯后，在高速剪切的作用下逐滴加入至含大豆分离蛋白的超声水溶液中，进行分散；再经旋转蒸发，除去乙酸乙酯；然后，经超声波处理后，形成纳米颗粒分散液，得到负载植物甾醇酯的纳米乳液。本发明通过试验摸索找到了适合于负载植物甾醇酯的壁材—大豆分离蛋白，并通过调整芯壁比，选择高速剪切和超声波处理的组合形式，优化参数条件，使大豆分离蛋白对植物甾醇酯进行有效结合和包埋，得到重力学稳定、粒径小且包埋率高的纳米乳液；此纳米乳液的包埋率高达94％以上，Zeta电位绝对值大于30mV，粒径小于110nm。
Description
技术领域
本发明涉及一种食品加工领域的纳米乳液制备方法，尤其涉及一种利用大豆分离蛋白负载植物甾醇酯的纳米乳液的制备方法
背景技术
植物甾醇具有降低血浆总胆固醇和低密度脂蛋白胆固醇的效果。由于植物甾醇的水溶性和油溶性均不理想，而酯化后能明显提高在食用油和脂肪中的溶解度，甾醇酯能够在人体内转化成甾醇和脂肪酸，植物甾烷醇酯在肠道中的水解率达到90％，所以其具有植物甾醇和脂肪酸两部分的生理功能。植物甾醇酯制品已经获得美国FDA“一般认为安全(GRAS)”的认可，成为功能性食品的一种发展方向。
目前，植物甾醇酯主要应用于涂抹食品和色拉调料中，通过将其制成负载植物甾醇的纳米乳液，在增加其应用范围的同时也改善其应用效果。
与微胶囊相比，纳米载体为生物活性物质提供了更多的表面接触机会、提高生物利用率、改善特殊生物活性物质的释放性等。近年来，脂质纳米载体在营养成分和生物活性成分的储藏和智能供给系统中得到了广泛的应用。纳米乳液的制备方法主要有高能法和低能法。作为负载纳米乳液的载体物质可选择蛋白质、多糖及其他聚合物，具体应用则需要根据内含物的性质与特点进行选择。
高能法可通过高速剪切及超声波处理等方法实现，这些方法赋予乳液一定的能量，促使水溶性蛋白质中的疏水性官能团暴露出来，从而提高其表面疏水性，以提高水溶性蛋白质与难溶生物活性分子之间的疏水作用，实现包埋。
发明内容
本发明目的旨在提供一种利用大豆分离蛋白负载植物甾醇酯的纳米乳液的制备方法，该方法利用大豆分离蛋白对植物甾醇酯进行包埋，不仅制备方法操作简便、效率高，产品的粒径较小，获得的乳液具有重力学稳定的性质；同时也增加植物甾醇酯的水溶性，拓宽其应用范围，增加其生物利用度。
具体技术方案如下：
一种利用大豆分离蛋白负载植物甾醇酯的纳米乳液的制备方法，包括：
(1)将植物甾醇酯溶于乙酸乙酯后，在高速剪切的作用下逐滴加入至含大豆分离蛋白的超声水溶液中，进行分散，得到分散液I；
所述植物甾醇酯与大豆分离蛋白的质量比为1:5～10；
所述高速剪切的转速为8000～10000rpm，时间为2～3min；
(2)所述分散液I经旋转蒸发，除去乙酸乙酯，得到分散液II；
(3)所述分散液II经超声波处理后，形成纳米颗粒分散液，得到负载植物甾醇酯的纳米乳液；
所述超声波处理采用脉冲方式，超声的功率为200～400W。
本发明的创新之处在于：申请人通过试验摸索，找到了适合于包埋植物甾醇酯的壁材—大豆分离蛋白，并通过调整芯壁比，选择高速剪切和超声波处理的组合形式，优化参数条件，使大豆分离蛋白对植物甾醇酯进行有效结合和包埋，得到重力学稳定、粒径小且包埋率高的纳米乳液。
此外，本发明还通过试验发现，植物甾醇酯能够与大豆分离蛋白以非共价键形式结合，在氢键和疏水力作用下植物甾醇酯与大豆分离蛋白疏水结构特异性结合，形成了稳定的负载结构。作为优选，步骤(1)中，所述植物甾醇酯与大豆分离蛋白的质量比为1:5。
作为优选，步骤(1)中，所述逐滴加入的速度为1～3mL/min。
作为优选，步骤(2)中，旋转蒸发的温度为40～50℃，转速为40～70rpm；进一步优选，旋转蒸发的温度为45℃，转速为65rpm。
进一步优选，步骤(1)中，所述高速剪切的转速为10000rpm，时间为2.5min；所述植物甾醇酯与大豆分离蛋白的质量比为1:5。
作为优选，步骤(3)中，所述脉冲的频率为“1s”、“4s”、“8s”或“连续”。
作为优选，步骤(3)中，超声波处理过程中采用冰水浴，超声的时间为8～12min。
作为优选，步骤(1)中，含大豆分离蛋白的超声水溶液的制备方法为：
(a)将大豆分离蛋白溶解至去离子水中，进行磁力搅拌并水化过夜，得到含大豆分离蛋白的水溶液；
(b)取含大豆分离蛋白的水溶液，在脉冲方式为“连续”、超声功率为200W的超声条件下超声10min，得到大豆分离蛋白的超声水溶液。
步骤(3)中，超声波处理采用脉冲方式，脉冲的频率为“1s”，超声的功率为200W，频率为20KHZ，时间为10min，超声波处理过程中采用冰水浴。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
(1)本发明通过试验摸索找到了适合于包埋植物甾醇酯的壁材—大豆分离蛋白，并通过调整芯壁比，选择高速剪切和超声波处理的组合形式，优化参数条件，使大豆分离蛋白对植物甾醇酯进行有效结合和包埋，得到重力学稳定、粒径小且包埋率高的纳米乳液；此纳米乳液的包埋率高达94％以上，Zeta电位绝对值大于30mV，粒径小于110nm。
(2)本发明方法通过采用乙酸乙酯有机溶剂增加了植物甾醇酯的水溶性，同时拓宽了产品的应用范围，增加了产品的生物利用度。
附图说明
图1为实施例2中不同脉冲方式的乳液的粒径分布；
其中，volume(％)表示乳液中颗粒的体积分布百分比，size(nm)表示粒径。
图2为实施例1中在“超声功率200W，脉冲方式1s，超声时间10min，芯壁比为1:5”超声条件下制备的乳液和大豆分离蛋白的圆二色光谱图。
图3为实施例1中在“超声功率200W，脉冲方式1s，超声时间10min，芯壁比为1:5”超声条件下制备的乳液和未经实施例1处理的大豆分离蛋白超声水溶液(简称大豆分离蛋白)的场发射扫描电镜图。
图4为实施例1中在“超声功率200W，脉冲方式1s，超声时间10min，芯壁比为1:5”超声条件下制备的乳液、未经实施例1处理的大豆分离蛋白超声水溶液和植物甾醇酯的差示热量扫描仪图。
图5为实施例1中在“超声功率200W，脉冲方式1s，超声时间10min，芯壁比为1:5”超声条件下制备的乳液、未经实施例1处理的大豆分离蛋白超声水溶液和植物甾醇酯的傅里叶红外光谱图。
图6为实施例2中不同超声功率下的乳液的粒径分布。
图7为实施例2中不同芯壁比的乳液的粒径分布。
图8为对比例1中魔芋胶制备的乳液的粒径大小。
图9为对比例1～3中不同大分子制备的乳液的粒径大小。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步阐释，本发明根据发明技术方案进行实施，给出了详细的实施方式和操作步骤，但本发明的保护范围并不限于下述的实施例。下列实施例中未注明具体条件的实验方法，通常按照常规条件。
下列实施例中采用的含表面活性物质的超声水溶液的配制方法如下：
取10.00g表面活性物质(大豆分离蛋白、大米蛋白、魔芋胶或干酪素中的一种)于烧杯中并加入去离子水溶解，转移至容量瓶中并定容至1000mL，配制得到10mg/mL的溶液；倒入至烧杯中磁力搅拌2h并水化过夜。取100mL上述溶液，在脉冲方式为“连续”、超声功率为200W的超声条件下超声10min，得到超声溶液，收集保存备用。
实施例1
一种负载植物甾醇酯的纳米乳液制备方法，具体步骤如下：
(1)取2000mg植物甾醇酯样品，加入至乙酸乙酯中，配制得到20mg/mL的植物甾醇酯乙酸乙酯溶液；
(2)取15mL步骤(1)的植物甾醇酯乙酸乙酯溶液，在高速剪切作用下加入到150mL大豆分离蛋白超声水溶液中，得到分散液I；分散液混合过程中以2mL/min的滴加速度滴加混合，混合结束后继续剪切2.5min，剪切转速为10000rpm；
(3)将剪切后的分散液于45℃，65rpm条件下旋转蒸发(RE-2000A真空旋转蒸发仪)，除尽乙酸乙酯后，加入去离子水至150mL，得到分散液II。
(4)取25mL分散液II，经超声波处理进行纳米颗粒的制备(FS-1200pv探头式超声波处理器，超声频率为20KHZ，功率为200W，超声时间为10min，脉冲方式为“1s”)，形成纳米颗粒分散液，得到负载植物甾醇酯的纳米乳液。
取10mL纳米乳液放入样品瓶进行粒径及Zeta电位测定(Omni动态光散射粒径分析仪)。测得平均粒径为97.20±4.95nm，Zeta电位为-38.91±3.24mV，包埋率为95.46％±0.40％，荷载量为(19.09±0.80g)/100g。
结果如图1，表1所示。
如图2～5及表2所示，通过圆二色光谱研究发现，经过超声处理和植物甾醇酯配合后的大豆分离蛋白乳液的β-折叠比例上升，β-转角比例下降，这表明大豆分离蛋白与植物甾醇酯之间存在氢键作用。场发射扫描电镜图表明，在氢键作用和超声处理的作用下，大豆分离蛋白粒子从方块状转变为规则球状。差示热量扫描仪的图谱表明所形成的纳米颗粒的熔点(192.75℃)较植物甾醇酯的熔点(27.09℃)极显著提高，较大豆分离蛋白的熔点(160.38℃)也有一定提高。傅里叶红外光谱的图谱表明，大豆分离蛋白-植物甾醇酯经超声处理后的光谱在3000～3600cm-1左右有一个较宽的谱带，表明大豆分离蛋白与植物甾醇酯的氢键作用增强。
实施例2
本实施例针对于制备工艺中的各步骤条件进行了摸索、优化和验证，为了便于检测方法的摸索、优化和验证，在下列条件的摸索过程中，除提及的步骤有所变化外，其余内容与实施例1相同。
1、脉冲方式的选择
(1)分散液I和分散液II的制备方式同实施例1中的(1)～(3)所述。
(2)取25mL分散液II，经超声波处理进行纳米颗粒的制备(FS-1200pv探头式超声波处理器，超声频率为20KHZ，功率为200W，超声时间为10min，脉冲方式为“4s”、“8s”或“连续”)，取10mL纳米乳液放入样品瓶进行粒径及Zeta电位测定(Omni动态光散射粒径分析仪)。
结果如图1，表1所示。
2、超声功率的选择
(1)分散液I和分散液II的制备方式同实施例1中的(1)～(3)所述。
(2)取25mL分散液II，经超声波处理进行纳米颗粒的制备(FS-1200pv探头式超声波处理器，超声频率为20KHZ，功率为0W(不进行超声处理)，400W或600W，超声时间为10min，脉冲方式为“1s”)，取10mL纳米乳液放入样品瓶进行粒径及Zeta电位测定(Omni动态光散射粒径分析仪)。
结果如图6，表1所示。
3、不同芯壁比的选择
(1)取一定量植物甾醇酯样品配制得到10、40、50、100mg/mL的植物甾醇酯乙酸乙酯溶液，取15mL上述溶液，在高速剪切作用下分别加入到150mL大豆分离蛋白超声溶液中，得到分散液I；分散液混合过程中以2mL/min的滴加速度滴加混合，混合结束后继续剪切2.5min，剪切转速为10000rpm。
(2)将剪切后的分散液于45℃，65rpm条件下旋转蒸发(RE-2000A真空旋转蒸发仪)，除尽乙酸乙酯后，加入去离子水至150mL，得到得到分散液II。
(3)取25mL分散液II，经超声波处理进行纳米颗粒的制备(FS-1200pv探头式超声波处理器，超声频率为20KHZ，功率为200W，超声时间为10min，脉冲方式为“1s”)，取10mL乳液放入样品瓶进行粒径及Zeta电位测定(Omni动态光散射粒径分析仪)。
结果如图7，表1所示。
对比例1
一种负载植物甾醇酯的纳米乳液制备方法，具体步骤如下：
(1)取2000mg植物甾醇酯样品，加入至乙酸乙酯中，配制得到20mg/mL的植物甾醇酯乙酸乙酯溶液；
(2)取15mL步骤(1)的植物甾醇酯乙酸乙酯溶液，在高速剪切作用下加入到150mL魔芋胶超声水溶液中，得到分散液I；分散液混合过程中以2mL/min的滴加速度滴加混合，混合结束后继续剪切2.5min，剪切速度为10000rpm；
(3)将剪切后的分散液于45℃，65rpm条件下旋转蒸发(RE-2000A真空旋转蒸发仪)，除尽乙酸乙酯后，加入去离子水至150mL，得到分散液II；
(4)取25mL分散液II，经超声波处理进行纳米颗粒的制备(FS-1200pv探头式超声波处理器，超声频率为20KHZ，功率为200W，超声时间为10min，脉冲方式为“1s”)，形成纳米颗粒分散液，得到负载植物甾醇酯的纳米乳液。
取10mL纳米乳液放入样品瓶进行粒径及Zeta电位测定(Omni动态光散射粒径分析仪)。测得粒径为1159.59±55.32nm，Zeta电位为-38.66±0.46mV，包埋率为93.77％±1.35％，荷载量为(18.75±0.27g)/100g。
结果如图8，表3所示。
对比例2
一种负载植物甾醇酯的纳米乳液制备方法，具体步骤如下：
(1)取2000mg植物甾醇酯样品，加入至乙酸乙酯中，配制得到20mg/mL的植物甾醇酯乙酸乙酯溶液；
(2)取15mL步骤(1)的植物甾醇酯乙酸乙酯溶液，在高速剪切作用下加入到150mL大米蛋白超声溶液中，，得到分散液I；分散液混合过程中以2mL/min的滴加速度滴加混合，混合结束后继续剪切2.5min，剪切速度为1000rpm。
(2)将剪切后的分散液于45℃，65rpm条件下旋转蒸发(RE-2000A真空旋转蒸发仪)，除尽乙酸乙酯后，加入去离子水至150mL，得到分散液II；
(3)取25mL分散液II，经超声波处理进行纳米颗粒的制备(FS-1200pv探头式超声波处理器，超声频率为20KHZ，功率为200W，超声时间为10min，脉冲方式为“1s”)，形成纳米颗粒分散液，得到负载植物甾醇酯的纳米乳液。
取10mL纳米乳液放入样品瓶进行粒径及Zeta电位测定(Omni动态光散射粒径分析仪)。测得粒径为138.46±6.21nm，Zeta电位为-37.94±0.23mV，包埋率为92.63％±0.54％，荷载量为(18.53±0.13g)/100g。
试验发现，相比于大豆分离蛋白，大米蛋白的溶解度较低，大米蛋白作为一种重要的谷蛋白，在蛋白质分子之间形成了较多的氢键而交联在一起，即使通过超声等方式破坏蛋白质分子之间的氢键及疏水作用，但是又会乳化而继续交联，且大米蛋白所含的疏水性氨基酸比例比大豆分离蛋白少，故所形成的乳液较大豆分离蛋白与植物甾醇酯乳液更大，包埋率更低，乳液稳定性较差。
结果如图9，表3所示。
对比例3
一种负载植物甾醇酯的纳米乳液制备方法，具体步骤如下：
(1)取2000mg植物甾醇酯样品，加入至乙酸乙酯中，配制得到20mg/mL的植物甾醇酯乙酸乙酯溶液；
(2)取15mL步骤(1)的植物甾醇酯乙酸乙酯溶液，在高速剪切作用下加入到150mL干酪素超声溶液中，得到分散液I；分散液混合过程中以2mL/min的滴加速度滴加混合，混合结束后继续剪切2.5min，剪切速度为10000rpm；
(3)将剪切后的分散液于45℃，65rpm条件下旋转蒸发(RE-2000A真空旋转蒸发仪)，除尽乙酸乙酯后，加入去离子水至150mL，得到分散液II；
(4)取25mL分散液II，经超声波处理进行纳米颗粒的制备，(FS-1200pv探头式超声波处理器，超声频率为20KHZ，功率为200W，超声时间为10min，脉冲方式为“1s”)，形成纳米颗粒分散液，得到负载植物甾醇酯的纳米乳液。
取10mL纳米乳液放入样品瓶进行粒径及Zeta电位测定(Omni动态光散射粒径分析仪)。测得粒径为90.41±5.70nm，Zeta电位为-38.46±0.07mV，包埋率为84.15％±0.08％，荷载量为(16.83±0.02g)/100g。
结果如图9，表3所示。
表1不同制备工艺的乳液的包埋率、荷载量、Zeta电位及平均粒径
表2超声处理得到的乳液和大豆分离蛋白的α-螺旋、β-折叠、β-转角和无规则卷曲比例
表3不同大分子制备的乳液包埋率及荷载量、Zeta电位及平均粒径
由上述实施例、对比例、表1、表2、图1-5比较可知，植物甾醇酯和大豆分离蛋白的添加质量比为1:5，采用高速剪切+超声波法，且输入超声功率为200W，作用时间为10min，超声脉冲方式为“1s”或“4s”时，制备得到的纳米乳液稳定(Zeta电位绝对值大于30mV)，且其平均粒径较小，包埋率较大。
Claims (7)
1.一种利用大豆分离蛋白负载植物甾醇酯的纳米乳液的制备方法，其特征在于，包括：
(1)将植物甾醇酯溶于乙酸乙酯后，在高速剪切的作用下逐滴加入至含大豆分离蛋白的超声水溶液中，进行分散，得到分散液I；
所述植物甾醇酯与大豆分离蛋白的质量比为1:5～10；
所述高速剪切的转速为8000～10000rpm，时间为2～3min；
(2)所述分散液I经旋转蒸发，除去乙酸乙酯，得到分散液II；
(3)所述分散液II经超声波处理后，形成纳米颗粒分散液，得到负载植物甾醇酯的纳米乳液；
所述超声波处理采用脉冲方式，超声的功率为200～400W。
2.如权利要求1所述的利用大豆分离蛋白负载植物甾醇酯的纳米乳液的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述植物甾醇酯与大豆分离蛋白的质量比为1:5。
3.如权利要求1所述的利用大豆分离蛋白负载植物甾醇酯的纳米乳液的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述逐滴加入的速度为1～3mL/min。
4.如权利要求1所述的利用大豆分离蛋白负载植物甾醇酯的纳米乳液的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，旋转蒸发的温度为40～50℃，转速为40～70rpm。
5.如权利要求1所述的利用大豆分离蛋白负载植物甾醇酯的纳米乳液的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，所述脉冲的频率为“1s”、“4s”、“8s”或“连续”。
6.如权利要求1所述的利用大豆分离蛋白负载植物甾醇酯的纳米乳液的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，超声波处理过程中采用冰水浴，超声的时间为8～12min。
7.如权利要求1所述的利用大豆分离蛋白负载植物甾醇酯的纳米乳液的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述高速剪切的转速为10000rpm，时间为2.5min；所述植物甾醇酯与大豆分离蛋白的质量比为1:5；
步骤(3)中，超声波处理采用脉冲方式，脉冲的频率为“1s”，超声的功率为200W，频率为20KHZ，时间为10min，超声波处理过程中采用冰水浴。
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