CN111642745A - 一种基于植物蛋白与坚果油的β-胡萝卜素乳液凝胶及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于食品工程技术领域，提供一种基于植物蛋白与坚果油的β‑胡萝卜素乳液凝胶及其制备方法，该方法包括如下步骤：(1)将大豆分离蛋白溶于去离子水中，加入叠氮钠，室温下搅拌后，85‑92℃水浴加热得到蛋白相；(2)将β‑胡萝卜素溶解于葵花籽油中，得油相；(3)将蛋白相与油相混合均匀，高速分散机处理，得到乳液；(4)加入转谷氨酰胺酶，形成乳液凝胶。本发明制备的β‑胡萝卜素乳液凝胶稳定性高，同时具有较高的生物利用率。
Description
技术领域
本发明属于食品工程技术领域，具体而言，涉及一种包埋β-胡萝卜素的乳液凝胶及其制备方法。
背景技术
β-胡萝卜素具有很强的抗氧化能力和较高的维生素A活性，已被证实能够改善免疫系统并降低某些慢性疾病的发病率。作为一种常见的疏水性保健品，β-胡萝卜素越来越受到关注。人体不能合成β-胡萝卜素，必须从食物中获得。然而，β-胡萝卜素的水溶性低、熔点高的特点使其很难融入食品中。此外，结构中含有的共轭双键使得其对光、热和氧敏感，导致稳定性差。更重要的是，因其相对较低的口服生物利用度，β-胡萝卜素的营养价值受到很大影响。据报道，蔬菜中类胡萝卜素的生物利用率小于10％。因此，亟需找到一种方法利用食品级载体对β-胡萝卜素进行包埋，以期改善β-胡萝卜素的溶解性以及提高生物利用率。
油脂是乳液体系的重要组成部分，不同种类和来源的油脂会影响食品的风味和营养价值。例如，不同油脂制备的奶酪、冰激凌和蛋糕的香味/口感/物性不尽相同。然而，现代人因大量摄入高饱和脂肪酸和高熔点反式脂肪酸，增加了心血管疾病和糖尿病的风险。为了寻求健康的生活方式，以不饱和脂肪酸含量为主的坚果油越来越受到人们的关注。另外，坚果油中富含生育酚、鞘脂类和甾醇等生物活性成分，能够满足一些特殊人群的膳食摄入，满足“食品大健康环境”下的膳食选择。
蛋白乳液作为一种常见的食品级包埋载体，制备简单，经济效益较高，在一定程度上能够提高β-胡萝卜素应用价值。然而，由于乳液易受到外界环境(温度/pH/盐)的干扰而影响其在实际过程中的应用。乳液凝胶是一类半固体化的凝胶系统，如酸奶、奶酪等均属于乳液凝胶体系，因其独特的3D网络结构，可以控制释放和消化包裹在凝胶网络中的成分，是食品中生物活性成分的合适载体。近些年来，蛋白乳液凝胶作为包埋体系逐渐受到关注。罗等人(Luoetal.,2019)通过盐诱导制备乳液凝胶载体包埋辣椒红素。尽管已有报道通过乳液凝胶包埋营养物质以增加其生物利用率，但包埋体系在实际应用中容易受到外界环境的影响，并且产品包埋形式单一，稳定性差。
发明内容
鉴于现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种稳定性强、弹性和粘性高的β-胡萝卜素乳液凝胶。
为了实现上述技术目的，发明人结合自己多年来的科研经验，并采用体外模拟消化模型，探索β-胡萝卜素乳液凝胶的消化特性并优化工艺参数，最终获得了如下技术方案：
一种β-胡萝卜素乳液凝胶的制备方法，该方法包括如下步骤：
(1)将大豆分离蛋白溶于去离子水中，加入质量体积百分数为0.01％-0.04％的叠氮钠，室温下搅拌1.5-3h后，85-92℃水浴加热20-40min，作为蛋白相备用；
(2)将β-胡萝卜素按0.5-1.2mg/ml的浓度添加至葵花籽油中，超声处理直至β-胡萝卜素充分溶解，所得溶液作为油相备用；
(3)将蛋白相与油相混合均匀，高速分散机处理，转速设置为13000-15000rpm，时间为3min得到乳液；
(4)在步骤(3)得到的乳液中加入转谷氨酰胺酶，37℃水浴加热过夜，形成乳液凝胶。
进一步优选地，如上所述β-胡萝卜素乳液凝胶的制备方法，其中步骤(1)所得蛋白相中大豆分离蛋白的质量体积百分数为4-9％。
进一步优选地，如上所述β-胡萝卜素乳液凝胶的制备方法，其中步骤(1)水浴的温度为90℃。
进一步优选地，如上所述β-胡萝卜素乳液凝胶的制备方法，其中步骤(3)的蛋白相与油相按照(2-3):1的体积比混合均匀。
进一步优选地，如上所述β-胡萝卜素乳液凝胶的制备方法，其中步骤(3)中转速设置为14000rpm。
进一步优选地，如上所述β-胡萝卜素乳液凝胶的制备方法，其中步骤(4)的转谷氨酰胺酶的加入量为0.15-0.3mg/ml。
与现有技术相比，本发明涉及的β-胡萝卜素乳液凝胶制备方法具有如下优点和进步性：
(1)所选乳化剂为大豆分离蛋白，安全性强，提升了植物蛋白的加工利用水平，进而扩展了植物蛋白在食品领域的应用价值；所选油相为常见的葵花籽油，赋予了凝胶体系一定的营养功能和附加值。
(2)本发明将β-胡萝卜素包埋于乳液凝胶体系，不仅能够弥补蛋白乳液的不足，还能在其基础上提高β-胡萝卜素的生物利用率。
(3)本发明制备的β-胡萝卜素的乳液凝胶稳定性高。
附图说明
图1：不同坚果油制备的乳液凝胶的粒径情况；
图2：不同坚果油制备的乳液凝胶的成胶情况(A)、贮藏情况(B)、冻融稳定性情况(C)；
图3：CaCl2、GDL和TG酶诱导的β-胡萝卜素乳液凝胶的G’和G”随频率的变化情况；
图4：CaCl2、GDL和TG酶诱导的β-胡萝卜素乳液凝胶经体外模拟消化系统模型消化后的微观形态；
图5：CaCl2、GDL和TG酶诱导的β-胡萝卜素乳液凝胶经体外模拟消化系统模型消化后的粒径分布；
图6：CaCl2、GDL和TG酶诱导的β-胡萝卜素乳液凝胶经体外模拟消化系统模型消化后的游离脂肪酸释放率。
具体实施方式
以下采用实施例进一步描述本发明方法的实施过程和有益效果，试验例仅用于例证的目的，不限制本发明的保护范围，同时本领域普通技术人员根据实施例所做的显而易见的改变也包含在本发明范围之内。
实施例1
(1)将大豆分离蛋白(SPI)(4％，w/v)溶于去离子水中，加入0.02％(w/v)的叠氮钠，室温下搅拌2h。
(2)充分溶解后加入氯化钙，体系离子强度I＝300mM。
(3)选择六种常见食用坚果油：葵花籽油、花生油、核桃油、榛子油和松籽油作为油相，油相比例为30％。
(4)IKA预均质，均质转速13000rpm，均质时间1min，得到初乳。
(5)超声处理：选择直径为0.636cm探头，探头插于液面下约15mm。
(6)超声工作总时间为10min(工作2s，停止2s)。
(7)超声结束，形成乳液凝胶。
(8)制备的乳液凝胶进行粒径测量。设备选用Mastersizer2000，泵转速设为2000rpm，折光度变化1％-10％，分散相的遮光率1.330。油相折射率如表1所示。
表1不同坚果油的折射率
测量结果如图1所示，结果证明，葵花籽油制备的乳液凝胶乳液粒径最低，乳化效果最好。
实施例2
乳液凝胶制备方法与实施例1相同，观察6类乳液凝胶的稳定性能。6类坚果油形成的乳液凝胶常温下放置24h后立即斜置，观察成胶效果；6类坚果油形成的乳液凝胶于4℃放置2个月，观察乳液凝胶是否可以稳定存在；6类坚果油形成的乳液凝胶于-20℃冷冻5h，37℃解冻30min，观察6种乳液凝胶的冻融稳定性。
由图2的结果可以看出，除松籽油形成的乳液凝胶斜置下滑外，其余坚果油形成的乳液凝胶斜置后稳定存在，其中葵花籽油和扁桃油制备的乳液凝胶的凝胶效果最好。不论油脂种类如何，乳液凝胶在长达2个月贮藏中都能够稳定存在，分层不明显，其中葵花籽油制备的乳液凝胶的效果最好，最稳定；葵花籽油和扁桃油形成的乳液凝胶的冻融稳定性最好，解冻后几乎不分层，可稳定存在。
综合粒径结果、稳定性结果分析，葵花籽油乳液凝胶理化性质最好，稳定性最强。
实施例3
(1)将大豆分离蛋白(SPI)(8％，w/v)溶于去离子水中，加入0.02％(w/v)的叠氮钠，室温下搅拌2h。
(2)90℃水浴加热30min。
(3)根据实施例1、实施例2的油脂筛选结果，选择葵花籽油(6mL)作为油相。
(4)β-胡萝卜素按1mg/ml添加至葵花籽油中，超声处理10min直至β-胡萝卜素全部溶解。
(5)IKA均质处理。蛋白相(14mL)与油相(6mL)混合均匀，均质转速14000rpm，均质时间3min，得到乳液。
(6)加入氯化钙粉末0.074g。
(7)37℃水浴锅过夜形成凝胶。
实施例4
将实施例3中加入氯化钙盐诱导成胶的方式，替换为加入0.2g的葡萄糖酸内脂(GDL)，形成凝胶；以及，替换为加入0.004g的转谷氨酰胺酶(TG酶)，形成凝胶。其它条件与实施例3相同。
乳液凝胶制备完成后，采用DHR2流变仪对样品的流变性能进行表征。选择直径为40mm的钢板，间隙设置为1000μm，应变固定在0.4％。扫描频率设置为0.1rad/s-100rad/s。
由图3的试验统计结果可以看出，CaCl2和GDL制备的乳液凝胶的G’值随着频率的增加而增大，而TG酶制备的样品的G’值受频率影响较小，几乎不随着频率的变化而变化。根据实验结果推测，由CaCl2和GDL形成的凝胶主要是物理性凝胶，而TG酶形成的凝胶主要是化学凝胶，作用力主要是化学交联。
实施例5
(1)将大豆分离蛋白(SPI)(8％，w/v)溶于去离子水中，加入0.02％(w/v)的叠氮钠，室温下搅拌2h。
(2)90℃水浴加热30min。
(3)将β-胡萝卜素按1mg/ml添加至葵花籽油中，超声处理10min直至β-胡萝卜素充分溶解。
(4)IKA均质处理。蛋白相(14mL)与油相(6mL)混合均匀，均质转速14000rpm，均质时间3min，得到乳液。
(5)取乳液样品20ml，加入氯化钙粉末0.074g，形成乳液凝胶。取乳液样品20ml，加入0.2g的葡萄糖酸内脂(GDL)，形成乳液凝胶。取乳液样品20ml，加入0.004g的转谷氨酰胺酶(TG酶)，形成乳液凝胶。37℃水浴加热过夜。
(6)构建体外模拟消化系统模型，分别取步骤(5)得到的不同样品0.2g，经过口腔、胃、小肠消化后观察样品的微观形态。由图4的实验结果可知，与乳液相比，乳液凝胶包埋的β-胡萝卜素肠消化后，油滴粒径较小，油滴分散均匀。
(7)构建体外消化系统模型，分别取步骤(5)得到的不同样品0.2g，经过口腔、胃、小肠消化后观察样品的粒径大小。设备选用Mastersizer2000，泵转速设为2000rpm，折光度变化1％-10％，分散相的遮光率1.330，连续相的折光率为1.474。由图5实验结果可知，TG酶包埋的乳液凝胶经过肠消化后粒径最小，而酸诱导和盐诱导制备的乳液凝胶经过肠消化后粒径较大。
(8)构建体外模拟消化系统模型，分别取步骤(5)得到的不同样品0.2g，经过口腔、胃、小肠消化后测定样品的游离脂肪酸释放率。根据NaOH消化量计算样品的游离脂肪酸含量。计算公式为：游离脂肪酸释放率(％)＝100×VNaOH×CNaOH×Mlipid/2Wlipid。式中，VNaOH为滴定过程消耗NaOH的量；Mlipid为葵花籽油的质量分数；Wlipid为葵花籽油的质量。由图6的实验结果可知，TG酶包埋的乳液凝胶的游离脂肪酸释放率较大，而GDL诱导和CaCl2诱导制备的乳液凝胶的游离脂肪酸释放率较小。
(9)构建体外模拟消化系统模型，分别取步骤(5)得到的不同样品0.2g，经过口腔、胃、小肠消化后测定样品的生物利用率。消化后生物利用率计算公式为：生物利用率(％)＝C胶束/C消化前。式中：C胶束—消化后胶束中β-胡萝卜素的质量浓度，(μg/mL)；C消化前—消化前的β-胡萝卜素的质量浓度，(μg/mL)。
表2不同凝胶样品的β-胡萝卜素生物利用率
由表2可知：乳液凝胶包埋的β-胡萝卜素的生物利用率明显高于乳液包埋，且三种凝胶方式相比，酶诱导乳液凝胶生物利用率最高。
Claims (6)
1.一种基于植物蛋白与坚果油的β-胡萝卜素乳液凝胶及其制备方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：
(1)将大豆分离蛋白溶于去离子水中，加入质量体积百分数为0.01％-0.04％的叠氮钠，室温下搅拌1.5-3h后，85-92℃水浴加热20-40min，作为蛋白相备用；
(2)将β-胡萝卜素按0.5-1.2mg/ml的浓度添加至葵花籽油中，超声处理直至β-胡萝卜素充分溶解，所得溶液作为油相备用；
(3)将蛋白相与油相混合均匀，高速分散机处理，转速为13000-15000rpm，时间为3min，得到乳液；
(4)在步骤(3)得到的乳液中加入转谷氨酰胺酶，37℃水浴加热过夜，形成乳液凝胶。
2.根据权利要求1所述β-胡萝卜素乳液凝胶的制备方法，其特征在于，步骤(1)所得蛋白相中大豆分离蛋白的质量体积百分数为4-9％。
3.根据权利要求1所述β-胡萝卜素乳液凝胶的制备方法，其特征在于，步骤(1)水浴的温度为90℃。
4.根据权利要求1所述β-胡萝卜素乳液凝胶的制备方法，其特征在于，步骤(3)的蛋白相与油相按照(2-3):1的体积比混合均匀。
5.根据权利要求1所述β-胡萝卜素乳液凝胶的制备方法，其特征在于，步骤(3)中转速设置为14000rpm。
6.根据权利要求1所述β-胡萝卜素乳液凝胶的制备方法，其特征在于，步骤(4)中转谷氨酰胺酶的加入量为0.15-0.3mg/ml。
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