CN110279123B - 一种水溶性植物甾醇纳米水凝胶乳液的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种水溶性植物甾醇纳米水凝胶乳液的制备方法，包括，制备蛋白质水溶液，制备蛋白凝胶溶液，制备植物甾醇油相，制备蛋白纳米凝胶溶液，制备蛋白‑甾醇纳米水凝胶乳液。本发明所得的水溶性植物甾醇水凝胶乳液分散性高，稳定性好，荷载率高，能提高甾醇在体内的吸收效率，可作为功能因子添加到功能食品中，大大提高了甾醇的应用范围。
Description
技术领域
本发明属于水凝胶乳液技术领域，具体涉及一种水溶性植物甾醇纳米水凝胶乳液的制备方法。
背景技术
植物甾醇是植物体内甾醇类化合物的统称，具有类胆固醇结构的功能性脂质。目前，已经发现了40多种较为重要的植物甾醇，其中含量较大的为谷甾醇、豆甾醇、菜油甾醇以及菜籽甾醇。常温下，植物甾醇通常为无臭无味的白色结晶粉末或颗粒，具有较高的熔点，均在100℃以上，最高可达215℃。植物甾醇不溶于水，常温下微溶于无水乙醇、丙酮，易溶于氯仿、乙醚、乙酸乙酯以及石油醚等有机溶剂。
植物甾醇作为一种天然活性物质，具有许多特殊的功能特性。研究表明植物甾醇在降低血浆胆固醇、抗癌、抗氧化、抗炎和调节免疫功能等方面有着重要作用。2010年3月卫生部已批准植物甾醇为新资源食品，现行的中国居民膳食营养素参考摄入量建议普通人群植物甾醇的摄入量推荐值为900mg/d。植物甾醇的膳食来源主要包括植物油、水果蔬菜、坚果、谷物等。2007年中国疾控中心研究人员在《中国常见植物食物中植物甾醇的含量和居民摄入量初估》一文中估算我国居民膳食植物甾醇的摄入量仅为322mg/d，与DPIs推荐值相距甚远。因此其市场潜力非常巨大。此外，由于植物甾醇的水不溶性，微溶于有机溶剂，熔点高等特点，大大限制了其在食品中的应用。因此如何提高植物甾醇的水溶解性是扩大其应用的关键性技术。
目前国内外针对于水溶性植物甾醇的制备方法主要有乳液、纳米颗粒、物理包埋等手段。美国专利6，113，792发明了一种蛋白-植物甾醇微胶囊的制备方法，以蛋白为壁材，并辅以单甘脂和卵磷脂等乳化剂，将植物甾醇溶解分散于植物油中，最后喷雾干燥制备而成。该方法操作简单，安全可靠，但是该技术方案在喷雾干燥过程中高温会氧化油脂，导致产品过氧化值偏高，显著降低了植物甾醇的利用率。
植物甾醇的纳米乳液的制备过程利用亲水性高的蛋白质，如大豆分离蛋白，乳清蛋白等，虽然水溶性改善了许多，但是由于蛋白的亲水性，使得包埋复溶性较差，稳定性低，生物利用度低，而且生产过程中需要大量有机试剂，存在安全性问题。
发明内容
本部分的目的在于概述本发明的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本申请的说明书摘要和发明名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和发明名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本发明的范围。
鉴于上述的技术缺陷，提出了本发明。
因此，作为本发明其中一个方面，本发明克服现有技术中存在的不足，提供一种水溶性植物甾醇纳米水凝胶乳液的制备方法。
为解决上述技术问题，本发明提供了如下技术方案：一种水溶性植物甾醇纳米水凝胶乳液的制备方法，其包括，
(1)以千克：升计，按照固液比为(0.1～0.5)：10的比例将蛋白溶解于超纯水中，然后将其置于20～25℃温度下搅拌、水化5～7h，使其充分分散溶解，得到蛋白质水溶液；
(2)将步骤(1)所得的蛋白水溶液置于85～95℃水浴下加热20～40min，加热后冷却至室温，然后放置于低温环境中，得到蛋白凝胶溶液；
(3)以克：升计，按照固液比为(10～30)：1的比例将植物甾醇分散溶解于辛癸酸甘油三酯油相中，加热搅拌得到植物甾醇油相；
(4)将步骤(2)得到的蛋白凝胶溶液经过预乳化和高压均质，得到蛋白纳米凝胶溶液；
(5)将步骤(3)所得植物甾醇油相加入到蛋白纳米凝胶溶液中，经预乳化、高压均质后，得到蛋白-甾醇纳米水凝胶乳液。
作为本发明所述的水溶性植物甾醇纳米水凝胶乳液的制备方法的一种优选方案：所述步骤(1)中，固液比为(0.15～0.2)：10。
作为本发明所述的水溶性植物甾醇纳米水凝胶乳液的制备方法的一种优选方案：所述步骤(2)中，加热时间为30min。
作为本发明所述的水溶性植物甾醇纳米水凝胶乳液的制备方法的一种优选方案：所述步骤(3)中，固液比为20：1。
作为本发明所述的水溶性植物甾醇纳米水凝胶乳液的制备方法的一种优选方案：所述步骤(4)中，所述预乳化，为经过高速剪切仪在转速为15000～20000rpm的条件下均质2～5min。
作为本发明所述的水溶性植物甾醇纳米水凝胶乳液的制备方法的一种优选方案：所述步骤(4)中，所述高压均质，其高压均质条件为在100～500bar下进行均质1～3次。
作为本发明所述的水溶性植物甾醇纳米水凝胶乳液的制备方法的一种优选方案：所述步骤(5)中，所述预乳化，为经过高速剪切仪在转速为15000～20000rpm的条件下均质2～5min。
作为本发明所述的水溶性植物甾醇纳米水凝胶乳液的制备方法的一种优选方案：所述步骤(5)中，所述高压均质，其高压均质条件为在100～500bar下进行均质1～3次。
作为本发明所述的水溶性植物甾醇纳米水凝胶乳液的制备方法的一种优选方案：步骤(1)中，所述蛋白，为乳清分离蛋白。
作为本发明所述的水溶性植物甾醇纳米水凝胶乳液的制备方法的一种优选方案：所述步骤(2)中，所述放置于低温环境中，为放置于4℃环境中10～14h。
本发明的有益效果：本发明采用蛋白质水凝胶包埋植物甾醇制备的纳米水凝胶乳液，所采用的乳清蛋白、大豆分离蛋白是天然的生物聚合物，其固有的生物相容性、生物降解性、高营养价值以及缓释特性，使其制备的植物甾醇纳米水凝胶乳液是安全可食用的。热凝胶使得蛋白具有均一结构，耐高强度，有利于保藏过程中植物甾醇的稳定性，适用于工业化生产应用。本发明所得的水溶性植物甾醇水凝胶乳液分散性高，稳定性好，荷载率高，能提高甾醇在体内的吸收效率，可作为功能因子添加到功能食品中，大大提高了甾醇的应用范围。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。其中：
图1为实施例2制备的水凝胶乳液中植物甾醇含量GC-MS图。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合具体实施例对本发明的具体实施方式做详细的说明。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
其次，此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本发明至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本说明书中不同地方出现的“在一个实施例中”并非均指同一个实施例，也不是单独的或选择性的与其他实施例互相排斥的实施例。
实施例1：
(1)按照固液比(千克：升)为0.15：10的比例将乳清分离蛋白分散溶解于超纯水中，然后将其置于常温下机械或磁力搅拌、充分水化6.5小时，使其充分分散溶解，然后离心过滤除去不溶物及杂质颗粒，得到蛋白质水溶液；
(2)将步骤(1)所得的蛋白水溶液置于85℃水浴下加热30min，加热后冷却至室温，然后放置于4℃环境中12小时，得到蛋白凝胶溶液；
(3)按照固液比(克：升)为20：1的比例将植物甾醇分散溶解于辛癸酸甘油三酯中(辛酸与癸酸的脂肪酸分布比例为57：43)，在55℃加热搅拌，充分溶解得到植物甾醇油相；
(4)将步骤(2)得到的蛋白凝胶溶液在转速8000rpm的条件下均质4min,预乳化后，在400bar的条件下高压均质3次，得到蛋白纳米凝胶溶液；
(5)按照体积比10：90将步骤(3)所得植物甾醇油相加入到蛋白纳米凝胶溶液中，在转速15000rpm的条件下均质3min,预乳化后，在350bar的条件下高压均质3次，得到蛋白-甾醇纳米水凝胶乳液。
实施例2：
(1)按照固液比(千克：升)为0.15：10的比例将乳清分离蛋白分散溶解于超纯水中，然后将其置于常温下机械或磁力搅拌、充分水化6.5小时，使其充分分散溶解，然后离心过滤除去不溶物及杂质颗粒，得到蛋白质水溶液；
(2)将步骤(1)所得的蛋白水溶液置于95℃水浴下加热30min，加热后冷却至室温，然后放置于4℃环境中12小时，得到蛋白凝胶溶液；
(3)按照固液比(克：升)为20：1的比例将植物甾醇分散溶解于辛癸酸甘油三酯(辛酸与癸酸的脂肪酸分布比例为57：43)中，在55℃加热搅拌，充分溶解得到植物甾醇油相；
(4)将步骤(2)得到的蛋白凝胶溶液在转速15000rpm的条件下均质5min,预乳化后，在450bar的条件下高压均质5次，得到蛋白纳米凝胶溶液；
(5)按照体积比10：90将步骤(3)所得植物甾醇油相加入到蛋白纳米凝胶溶液中，在转速15000rpm的条件下均质3min,预乳化后，在350bar的条件下高压均质3次，得到蛋白-甾醇纳米水凝胶乳液。
实施例3：
本实施例与实施例2的区别在于，将步骤(1)中的乳清蛋白与水的固液比改为0.07：10，其余条件、步骤与实施例2相同。
实施例4：
本实施例与实施例2的区别在于，将步骤(1)中的乳清蛋白与水的固液比改为0.6：10，其余条件、步骤与实施例2相同。
实施例5：
本实施例与实施例2的区别在于，将步骤(2)中的水浴加热温度改为常温25℃，其余条件、步骤与实施例2相同。
实施例6：
本实施例与实施例2的区别在于，将步骤(2)中的水浴加热温度改为100℃，其余条件、步骤与实施例2相同。
实施例7：
本实施例与实施例2的区别在于，将步骤(2)中的水浴加热时间改为15min，其余条件、步骤与实施例2相同。
实施例8：
本实施例与实施例2的区别在于，将步骤(2)中的水浴加热时间改为50min，其余条件、步骤与实施例2相同。
实施例9：
本实施例与实施例2的区别在于，将步骤(3)中的辛癸酸甘油三酯替换为三丁酸甘油三酯，其余条件、步骤与实施例2相同。
实施例10：
本实施例与实施例2的区别在于，将步骤(3)中的辛癸酸甘油三酯替换为三油酸甘油三酯，其余条件、步骤与实施例2相同。
实施例11：
本实施例与实施例2的区别在于，将步骤(3)中的辛癸酸甘油三酯替换为癸酸甘油三酯，其余条件、步骤与实施例2相同。
多角度粒度与高灵敏度Zeta电位粒度仪测得蛋白-植物甾醇纳米水凝胶乳液在不同温度下贮藏一个星期后平均粒径、PDI、和电位大小的变化。纳米水凝胶乳液用超纯水稀释500倍后测定粒径、PDI以及Zeta点位，测量温度设定为25℃,将含纳米分散体的比色皿直接放入仪器模块中进行测量。结果如表1所示。
表1蛋白-植物甾醇纳米水凝胶乳液理化性质表征
气相质谱联用测定植物甾醇的含量：将制备的纳米水凝胶乳液在1，000rpm下离心15min，取上清液200微升于15mL离心管中，加入0.1mg/mL5α-胆甾烷醇0.5mL作为内标，加入3mL2mol/L的KOH乙醇溶液，85℃皂化1h，冷却后加入2mL水和5mL正己烷，离心，提取上清液收集于离心管中，下清液与5mL正己烷提取两次，合并上清液，水洗，氮吹，BSTFA75℃衍生化30min后，冷却，过膜，气质分析结果，计算甾醇含量。荷载率计算公式如下：
荷载率(％)＝(1-A/B)×100
式中，A：气质测得的甾醇含量，B：纳米乳液中甾醇含量
蛋白-植物甾醇水凝胶乳液溶解度测定：将蛋白-植物甾醇水凝胶乳液冷冻干燥24h，取一定量的冻干纳米颗粒溶解于水中，使得样品达到过饱和状态，充分振荡10min,37℃摇床振荡平衡24h后，10000rpm离心10min，取上层清液，GC-MS测定其中植物甾醇含量。
植物甾醇水溶解度＝上层清液中植物甾醇总含量(mg)/溶液总体积(mL)
结果如图1和表2。
表2蛋白-植物甾醇水凝胶乳液荷载率和溶解度
| 实施例 | 荷载率(％) | 溶解度(mg/mL) |
| 实施例1 | 93.24 | 2.697 |
| 实施例2 | 96.53 | 2.798 |
| 实施例3 | 58.63 | 0.349 |
| 实施例4 | 88.24 | 1.848 |
| 实施例5 | 75.98 | 1.589 |
| 实施例6 | 89.14 | 2.385 |
| 实施例7 | 83.21 | 1.958 |
| 实施例8 | 90.87 | 2.147 |
| 实施例9 | - | - |
| 实施例10 | 89.63 | 2.047 |
| 实施例11 | 90.59 | 2.056 |
利用富含巯基蛋白质变性后，蛋白质结构破坏，分子内部的巯基和疏水集团暴露，重新在分子间结合交联。本发明研究发现，95度热变性后，蛋白凝胶使得形成的植物甾醇纳米凝胶乳液稳定性、释放率、荷载率、溶解度均有很大的提升(机理尚不十分明确)，进而达到解决植物甾醇难溶于水和生物利用度低的问题，从而达到中国居民膳食营养素参考摄入量的建议值。此外，对比中链的辛癸酸甘油三酯、短链的三丁酸甘油三酯、长链的三油酸甘油三酯、癸酸甘油三酯，结果得出辛癸酸甘油三酯包埋效果和溶解度明显最优，且本发明的采用辛癸酸甘油三酯制得的水凝胶乳液对植物甾醇的载荷率、溶解度和稳定性均明显高于使用月桂酸甘油三酯(溶解度小于2mg/mL，荷载率低于88％)。
本发明采用蛋白质水凝胶包埋植物甾醇制备的纳米水凝胶乳液，所采用的乳清蛋白、大豆分离蛋白是天然的生物聚合物，其固有的生物相容性、生物降解性、高营养价值以及缓释特性，使其制备的植物甾醇纳米水凝胶乳液是安全可食用的。热凝胶使得蛋白具有均一结构，耐高强度，有利于保藏过程中植物甾醇的稳定性，适用于工业化生产应用。本发明所得的水溶性植物甾醇水凝胶乳液分散性高，稳定性好，荷载率高，能提高甾醇在体内的吸收效率，可作为功能因子添加到功能食品中，大大提高了甾醇的应用范围。
应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的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，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (8)
1.一种水溶性植物甾醇纳米水凝胶乳液的制备方法，其特征在于：包括，
(1)以千克：升计，按照固液比为(0.15～0.2)：10的比例将乳清分离蛋白溶解于超纯水中，然后将其置于20～25℃温度下搅拌、水化5～7h，使其充分分散溶解，得到蛋白质水溶液；
(2)将步骤(1)所得的蛋白水溶液置于85～95℃水浴下加热20～40min，加热后冷却至室温，然后放置于低温环境中，得到蛋白凝胶溶液；
(3)以克：升计，按照固液比为(10～30)：1的比例将植物甾醇分散溶解于辛癸酸甘油三酯油相中，加热搅拌得到植物甾醇油相；
(4)将步骤(2)得到的蛋白凝胶溶液经过预乳化和高压均质，得到蛋白纳米凝胶溶液；
(5)将步骤(3)所得植物甾醇油相加入到蛋白纳米凝胶溶液中，经预乳化、高压均质后，得到蛋白-甾醇纳米水凝胶乳液。
2.如权利要求1所述的水溶性植物甾醇纳米水凝胶乳液的制备方法，其特征在于：所述步骤(2)中，加热时间为30min。
3.如权利要求1所述的水溶性植物甾醇纳米水凝胶乳液的制备方法，其特征在于：所述步骤(3)中，固液比为20：1。
4.如权利要求1所述的水溶性植物甾醇纳米水凝胶乳液的制备方法，其特征在于：所述步骤(4)中，所述预乳化，为经过高速剪切仪在转速为15000～20000rpm的条件下均质2～5min。
5.如权利要求1所述的水溶性植物甾醇纳米水凝胶乳液的制备方法，其特征在于：所述步骤(4)中，所述高压均质，其高压均质条件为在100～500bar下进行均质1～3次。
6.如权利要求1所述的水溶性植物甾醇纳米水凝胶乳液的制备方法，其特征在于：所述步骤(5)中，所述预乳化，为经过高速剪切仪在转速为15000～20000rpm的条件下均质2～5min。
7.如权利要求1所述的水溶性植物甾醇纳米水凝胶乳液的制备方法，其特征在于：所述步骤(5)中，所述高压均质，其高压均质条件为在100～500bar下进行均质1～3次。
8.如权利要求1所述的水溶性植物甾醇纳米水凝胶乳液的制备方法，其特征在于：所述步骤(2)中，所述放置于低温环境中，为放置于4℃环境中10～14h。
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