CN111808301A - 纳米粒子与纳米纤维复合物稳定高内相乳液的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于高内相乳液的技术领域，公开了一种纳米粒子与纳米纤维复合物稳定高内相乳液的制备方法，将玉米醇溶蛋白溶于蒸馏水中，经过反溶剂法制备玉米醇溶蛋白纳米粒子溶液；将甲壳素粉末溶于蒸馏中，调节pH并搅拌过夜，经过机械处理获得甲壳素纳米纤维悬浮液；将玉米醇溶蛋白纳米粒子与甲壳素纳米纤维混合，调节混合溶液pH；通过高速剪切，逐滴添加油脂，制备玉米醇溶蛋白粒子‑甲壳素纳米纤维复合稳定的高内相乳液。本发明将通过pH调控使复合物形成特殊结构，用于稳定高内相皮克林乳液。本发明的乳液未使用表面活性剂，但是所获得乳液稳定性高，可稳定1个月以上，且对油脂抗氧化性能好。
Description
技术领域
本发明属于高内相乳液的技术领域，尤其涉及一种纳米粒子与纳米纤维复合物稳定高内相乳液的制备方法。具体涉及一种玉米醇溶蛋白粒子与甲壳素纳米纤维复合物稳定的高内相皮克林乳液的制备方法。
背景技术
目前，乳化剂在食品和制药行业中通常用于生物活性化合物的封装和递送。乳液作为一种功能活性成分运载体系，可包埋多种脂溶性物质，显著提高芯材的溶解性、稳定性和生物利用度。通过控制乳液体系中油相和水相的组成、乳化剂类型和乳化条件可改善乳液的性质，获得理想的产品，在食品领域具有广阔的应用前景，如功能食品研发、提高功能活性成分的生物利用度、改善产品品质等。如今食品工业中氢化油(PHO)已成为反式脂肪酸的主要来源，使人类面临着许多健康风险，高内相皮克林乳液(HIPPEs)的开发是在没有PHO的情况下将液态油直接转化为固体脂肪的有前途的方法之一。传统的高内相乳液通常通过高浓度的表面活性剂来稳定，但它们通常不适合食用，由于本身安全性问题在诸多领域内受到限制。皮克林乳液作为固体颗粒稳定的乳液，具有无表面活性剂和抗聚结等优点。因此，天然产物(如多糖和蛋白质)成为近年来该领域的研究热点，目前关于醇溶蛋白稳定高内相皮克林乳液方面的报道很少。
中国发明专利申请20161375516公开了一种可食性蛋白稳定高内相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小麦醇溶蛋白高内相乳液，复合物溶液在pH4.0～6.0时制备的乳液才能保持稳定两个月，在低于pH4.0条件下制备得到的乳液维持一个星期则出现破乳漏油现象。
中国发明专利申请201611004761.X公开了利用玉米醇溶蛋白制备高内相凝胶状型乳液的方法，该方法通过反溶剂法制得玉米醇溶蛋白-果胶复合纳米粒子稳定乳液，复合物在pH3.0～5.0条件下制备的高内相乳液可稳定10天以上，而在pH6.0时发生相反转，放置可明显看到蛋白质和油层的分离。
玉米醇溶蛋白(zein)是从玉米中提取的天然蛋白质，是玉米中的储藏蛋白，在自然界中产量丰富。zein分子中含有超过50％的疏水性氨基酸，具有强疏水性，不溶于油和水，能溶于60％-90％的醇溶液。此外，蛋白质分子中含有的亲疏水侧链为其自组装行为提供了可能，近年来被广泛应用于活性物质的包埋以及Pickering乳液的稳定，但zein无法单独用于稳定高内相乳液，这是因为zein的等电点在6.0左右，在等电点附近会出现蛋白溶解度降低甚至沉淀现象，且zein具有较强的疏水性，在形成高内相乳液的过程中极易发生相反转。
甲壳素纳米纤维能够均匀分散在水中，分散液易处理和成型，具有高纵横比，高表面积，低密度和反应性表面(-OH、-NHCOCH 3以及残留的-NH 2基团)从而有利于表面功能化。而且甲壳素是目前自然界中被发现的一种带有正电荷的多糖,它的分子中带有不饱和的阳离子基团,因此对带有负电荷的各类有害物质及有害细菌有强大的吸附作用，能抑制有害细菌的活动，使其失去活性，从而达到抗菌目的。得益于优异的机械性能和多功能性，甲壳素纳米材料已经显示出有前景的应用，例如纳米复合材料，药物载体，组织工程和生物医学材料。
通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：
(1)现在常用的高内相乳液制备技术中，多使用表面活性剂将液态油转化为固体脂肪，对人体健康产生不利影响。
(2)现有技术中，可用于稳定高内相乳液的天然材料有限，且天然材料成本相较于表面活性剂较高。
(3)天然材料制备的高内相乳液通常储存时间短，而且有破乳漏油现象。
解决以上问题及缺陷的难度为：
为避免PHO存在对人体产生的不利影响，采用天然安全可持续材料制备高内相乳液，对液体油脂进行塑形处理。所选用的材料需具备良好的乳化能力，能够稳定74％以上的油脂含量，且制备的高内相乳液能够在一定的货架期内保持稳定。
解决以上问题及缺陷的意义为：
本发明将通过pH调控将玉米醇溶蛋白粒子与甲壳素纳米纤维复合形成特殊结构，用于稳定高内相皮克林乳液。本发明的乳液未添加表面活性剂与PHO，降低了表面活性剂以及PHO对人体健康的不利影响。单一的玉米醇溶蛋白粒子与甲壳素纳米纤维乳化能力有限，无法稳定高内相乳液。采用本技术所制备的玉米醇溶蛋白粒子和甲壳素纳米纤维复合物，具有更优良的乳化能力，能够稳定高达80％的油相，所获得高内相乳液稳定性高，可稳定1个月以上，且抗氧化性能好。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种纳米纤维复合物稳定的高内相乳液的制备方法。
本发明是这样实现的，一种玉米醇溶蛋白粒子-甲壳素纳米纤维复合稳定高内相皮克林乳液的制备方法，包括以下步骤：
(1)将玉米醇溶蛋白溶于乙醇水溶液中，通过反溶剂法制备玉米醇溶蛋白纳米粒子分散液；
(2)将甲壳素粉末溶于蒸馏中，调节pH并搅拌过夜，经过机械处理获得甲壳素纳米纤维悬浮液；
(3)将所述玉米醇溶蛋白纳米粒子与甲壳素纳米纤维复合，调节混合溶液的pH为4.0～9.0；
(4)将所述溶液体系进行高速剪切均质，逐滴添加油脂，获得玉米醇溶蛋白粒子-甲壳素纳米纤维复合稳定的高内相乳液。
进一步，步骤(1)中所述玉米醇溶蛋白纳米粒子的配制方法为：将玉米醇溶蛋白粉末溶于75(v/v)％的乙醇水溶液中，旋转蒸发除去乙醇和部分水，得到玉米醇溶蛋白纳米粒子分散液。
进一步，步骤(1)中所述玉米醇溶蛋白纳米粒子溶液的质量浓度为0.4％～4％。
进一步，步骤(2)中所述甲壳素纳米纤维的配制方法为：将甲壳素粉末溶于蒸馏水中，调整pH为2.0～5.0，搅拌过夜，高压均质破碎为纳米纤维。均质压力为1000bar，均质次数为25～50次。
进一步，步骤(2)中所述甲壳素纳米纤维悬浮液的质量浓度为0.2～0.6％。
进一步，步骤(3)中所述玉米醇溶蛋白粒子分散液与所述甲壳素纳米纤维悬浮液的体积比为1:1～5:1。
进一步，步骤(4)中所述溶液体系与油脂的体积比为1:4，抗氧化测定实验中所包载的混合油脂中大豆油和南极虾油的比例为7:3。
进一步，步骤(4)中所述高速剪切的速率为12000rpm，剪切时间为3min。
本发明另一目的在于提供一种由所述制备方法制备得到的玉米醇溶蛋白粒子-甲壳素纳米纤维复合稳定高内相乳液。
本发明另一目的在于提供一种在延缓油品氧化、包载活性物质方面的应用，包括乳化剂和包埋体系。
结合上述的所有技术方案，本发明所具备的优点及积极效果为：
本发明以pH调控后的玉米醇溶蛋白纳米粒子与甲壳素纳米纤维复合物作为乳化剂，乳化食用油得到稳定的高内相乳液，而且乳化的分散相体积分数最高可达到80v/v％，本发明制备的高内相乳液均采用食品级原料，安全性高，制备条件简单，且样品具有较好的稳定性，能够储藏1个月不发生破乳现象，且抗氧化性能良好。
与现有技术相比，本发明还具有以下优点：
本发明基于玉米醇溶蛋白粒子-甲壳素纳米纤维复合稳定高内相皮克林乳液，成功的将液态油转化为固体脂肪，无表面活性剂。
本发明中用于稳定高内相乳液的材料均为天然物质，绿色安全，使用安全，可广泛用于食品领域。
本发明的玉米醇溶蛋白纳米粒子-甲壳素纳米纤维稳定的高内相乳液稳定性良好，储存1个月以上无破乳漏油现象。
本发明制备的高内相皮克林乳液在加速氧化实验中具有良好的抗氧化性能。
本发明可稳定高达80％的油相，制备高内相乳液。整体的效果：形成具有弹性的凝胶态乳液，倒置不变形，储藏一个月样品表观形态未发生改变。
本发明将玉米醇溶蛋白和甲壳素制备成纳米粒子和纳米纤维形态，pH调节使得纳米粒子吸附在纳米纤维上，二者的复合物具有优异的乳化能力，可以稳定高达80％的油相。我们发现使用玉米醇溶蛋白粒子和甲壳素纳米纤维复合稳定高内相乳液，调控pH和二者的复合比例缺一不可。
本发明单独使用玉米醇溶蛋白纳米粒子和甲壳素纳米纤维不能稳定高内相乳液，样品表明有明显的油滴破裂且样品呈流动态，需要二者进行复合；此外，pH6时复合物才可稳定80％的油相，pH4和8时样品存在明显的破乳漏油现象。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对本申请实施例中所需要使用的附图做简单的介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例提供的玉米醇溶蛋白粒子-甲壳素纳米纤维复合稳定高内相乳液的制备方法流程图。
图2A是本发明实施例提供的实施例1中不同pH的玉米醇溶蛋白粒子-甲壳素纳米纤维复合稳定的高内相Pickering乳液新制外观图。
图2B是本发明实施例提供的实施例1中不同pH的玉米醇溶蛋白粒子-甲壳素纳米纤维复合稳定的高内相Pickering乳液储藏1个月的外观图。
图2C是本发明实施例提供的实施例1中不同pH的玉米醇溶蛋白粒子-甲壳素纳米纤维复合稳定的高内相Pickering乳液具有优良可塑性的样品图。
图3A是本发明实施例提供的对比实施例1中纯玉米醇溶蛋白纳米粒子和纯甲壳素纳米纤维制备的高内相乳液的新制外观图。
图3B是本发明实施例提供的对比实施例1中纯玉米醇溶蛋白纳米粒子和纯甲壳素纳米纤维制备的高内相乳液储藏1个月外观图。
图4A是本发明实施例提供的实施2中玉米醇溶蛋白粒子-甲壳素纳米纤维复合稳定的高内相乳液以及单纯油脂在40℃恒温处理21天油脂中氢过氧化物含量的变化。
图4B是本发明实施例提供的实施例2中玉米醇溶蛋白粒子-甲壳素纳米纤维复合稳定的高内相乳液以及单纯油脂在60℃恒温处理21天油脂中丙二醛含量变化曲线。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种粒子与纳米纤维复合物稳定高内相乳液的制备方法，下面结合附图对本发明作详细的描述。
如图1所示，本发明提供一种玉米醇溶蛋白粒子-甲壳素纳米纤维复合稳定高内相乳液的制备方法，包括以下步骤：
S101，将玉米醇溶蛋白溶于乙醇水溶液中，通过反溶剂法制备玉米醇溶蛋白纳米粒子分散液。
S102，将甲壳素粉末溶于蒸馏中，调节pH为2.0～5.0并搅拌过夜，经过机械处理获得甲壳素纳米纤维悬浮液。
S103，将所述玉米醇溶蛋白纳米粒子与甲壳素纳米纤维复合，调节混合溶液的pH在4.0～9.0之间。
S104，将所述溶液体系进行高速剪切均质，逐滴添加油脂，获得玉米醇溶蛋白粒子-甲壳素纳米纤维复合稳定的高内相乳液。
本发明提供的粒子与纳米纤维复合物稳定的高内相乳液的制备方法，业内的普通技术人员还可以采用其他的步骤实施，图1的本发明提供的仅仅是一个具体实施例而已。
下面结合具体实施例及实验对本发明作进一步描述。
实施例1
1.将4g玉米醇溶蛋白粉末溶解在100mL乙醇溶液(75％v/v)中，然后在连续搅拌(800r/min)下将溶液添加到300mL超纯水中。搅拌15分钟，通过使用旋转蒸发仪除去颗粒分散液中的乙醇和部分水使得玉米醇溶蛋白纳米粒子(ZCPs)浓度为6％w/v。所得溶液在1000rpm下离心10分钟以去除不溶性沉淀。
2.将2g甲壳素粉末分散在200mL的蒸馏水中，用HCl调节pH为2.0～5.0，并连续搅拌过夜。然后使甲壳素悬浮液通过动态高压均质化，在1000bar条件下均质25次得到甲壳素纳米纤维悬浮液(ChNFs)为0.8％w/w，在60℃恒温条件下干燥至恒重以测定固形物含量。
3.将2ml步骤1所得的ZCPs溶液与3mL步骤2所得ChNFs溶液以及1mL的蒸馏水混合，在搅拌条件下以800r/min搅拌反应30min后调节pH为4.0～9.0形成复合物。
4.将6ml步骤3所得溶液在室温条件下以12000r/min的转速边搅拌边滴加大豆油，共添加24mL大豆油，得到不同pH条件下2％ZCPs-0.4％ChNFs复合稳定的Pickering高内相乳液(即记为Z-C 5:1)。
本实施例得到不同pH条件下的O/W型高内相乳液，内相体积比达80％，制备出的乳液粒径较大，达到94μm。由图2A和2B可知，pH6和8条件下新制备的乳液表面物漏油现象，粘稠度高，呈现凝胶状，放置一个月后，乳液外观没有发生变化，未出现破乳现象，可实现倒置。而pH值为4时制备的Pickering高内相乳液并不稳定，新制的乳液呈流动态，不能实现倒置。pH6和8条件下制备的高内相乳液具有良好的储藏稳定性，且凝胶状态的乳液具有固态油脂的特性，在食品领域具有广阔的应用前景。
图2C是本发明实施例提供的实施例1中不同pH的玉米醇溶蛋白粒子-甲壳素纳米纤维复合稳定的高内相Pickering乳液具有优良可塑性的样品图。
对比实施例1
1.准确称取4g玉米醇溶蛋白溶解于100mL体积浓度为75％的乙醇溶液中。取300mL蒸馏水，一边搅拌一边将玉米醇溶蛋白溶液倒入蒸馏水中，800r/min搅拌反应30min，在45℃，0.1Mpa真空度下旋转蒸发。所得溶液在1000rpm下离心10min以去除不溶性沉淀，调节ZCPs溶液pH值为6。实验中ZCPs的浓度为2％，取6mL ZCPs溶液在室温条件下以12000r/min的转速边搅拌边滴加24mL大豆油，制备玉米醇溶蛋白粒子高内相乳液。
2.将2g甲壳素粉末分散在200mL的蒸馏水中，用HCl调节至pH 2.0～5.0，并连续搅拌过夜。然后使甲壳素悬浮液通过动态高压均质化，在1000bar条件下均质25次得到甲壳素纳米纤维悬浮液(ChNFs)，在60℃恒温条件下干燥至恒重以测定固形物含量。用蒸馏水将甲壳素纳米纤维稀释到质量浓度为0.4％，取6mL溶液在室温条件下以12000r/min的转速边搅拌边滴加24mL大豆油，制备甲壳素纳米纤维高内相乳液。
本对比实施例通过pH6条件下的单一ZCPs和ChNFs稳定高内相乳液，观察乳液在新制和1个月后的外观如图3所示。乳液呈流动态且表面存在油滴，表明单一的ZCPs和ChNFs无法稳定高内相乳液。
实施例2
1.将4g玉米醇溶蛋白粉末溶解在100mL乙醇溶液(75％v/v)中，然后在连续搅拌(800r/min)下将溶液添加到300mL超纯水中。搅拌15分钟，通过使用旋转蒸发仪除去颗粒分散液中的乙醇和部分水使得玉米醇溶蛋白纳米粒子(ZCPs)浓度为6％w/v。所得溶液在1000rpm下离心10min以去除不溶性沉淀。
2.将2g甲壳素粉末分散在200mL的蒸馏水中，用HCl调节至pH为2.0～5.0，并连续搅拌过夜。然后使甲壳素悬浮液通过动态高压均质化，在1000bar条件下均质25次得到甲壳素纳米纤维悬浮液(ChNFs)为0.8％w/w，在60℃恒温条件下干燥至恒重以测定固形物含量。
3.按比例将步骤(2)中所得ChNFs溶液加入不同体积步骤(1)所得ZCPs溶液中，在搅拌条件下以800r/min搅拌反应30min后调节溶液pH值为6或8。
4.将6mL步骤3所得溶液在室温条件下以12000r/min的转速边搅拌边滴加大豆油，共添加24mL油脂，本实施例中所选用的油脂为大豆油和南极虾油，其中大豆油所占油脂比例为70％，南极虾油所占油脂比例为30％。得到玉米醇溶蛋白纳米粒子-甲壳素纳米纤维稳定的Pickering高内相乳液。
5.将步骤(4)中制得的Pickering乳液与混合油脂置于60℃烘箱中恒温储藏21d，探究玉米醇溶蛋白粒子-甲壳素纳米纤维复合稳定的高内相Pickering乳液抗氧化性能。图4A、4B分别为Z-C 1:1pH6、Z-C 1:1pH8、Z-C 5:1pH6、Z-C 5:1pH8以及单纯油脂在60℃储藏过程中氢过氧化物、丙二醛含量的变化。
本实施例通过测定高内相乳液在60℃恒温条件下油脂的氧化程度，探究ZCPs-ChNFs复合稳定的高内相乳液的抗氧化性。在催化氧化实验中，实验前期各样品中油脂氢过氧化物的含量无显著差别。图4A实验结果显示，因油脂暴露在空气中更易被氧化，纯油脂具有最高的过氧化氢含量，储存21d时达到1171mmol/kg oil。而ZCPs-ChNFs复合稳定的高内相乳液呈凝胶状态，不易流动以及界面处乳化剂形成的网络结构屏障，抑制了乳液所包载油脂的氧化。Z-C 5:1pH8的抑制效果最强，经过21天促氧化反应后氢过氧化物含量为219mmol/kg oil。图4B中次级氧化产物丙二醛的含量表明，复合稳定的高内相乳液体系丙二醛含量相对较低，丙二醛含量在21天的变化情况与氢过氧化物呈现一致的规律：oil>Z-C1:1pH8>Z-C 1:1pH6>Z-C 5:1pH8>Z-C 5:1pH6。从实验结果可知ZCPs-ChNFs复合稳定的高内相乳液具有明显的抗氧化效果。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种玉米醇溶蛋白粒子-甲壳素纳米纤维复合稳定高内相皮克林乳液的制备方法，其特征在于，所述玉米醇溶蛋白纳米粒子-甲壳素纳米纤维复合稳定高内相乳液的制备方法，包括：
(1)将玉米醇溶蛋白溶于乙醇水溶液中，经过反溶剂法制备玉米醇溶蛋白纳米粒子分散液；
(2)将甲壳素粉末溶于蒸馏中，调节pH并搅拌过夜，经过机械处理获得甲壳素纳米纤维悬浮液；
(3)将所述玉米醇溶蛋白纳米粒子与甲壳素纳米纤维复合，调节混合溶液的pH值；
(4)将所述溶液体系进行高速剪切均质，添加油脂，获得玉米醇溶蛋白粒子-甲壳素纳米纤维复合稳定的高内相皮克林乳液。
2.如权利要求1所述的玉米醇溶蛋白粒子-甲壳素纳米纤维复合稳定高内相乳液的制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述玉米醇溶蛋白纳米粒子的配制方法为：将玉米醇溶蛋白粉末溶于75(v/v)％的乙醇水溶液中，旋转蒸发除去乙醇和部分水，得到玉米醇溶蛋白纳米粒子分散液。
3.如权利要求1所述的玉米醇溶蛋白粒子-甲壳素纳米纤维复合稳定高内相乳液的制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述玉米醇溶蛋白纳米粒子分散液的质量浓度为0.4％～4％。
4.如权利要求1所述的玉米醇溶蛋白粒子-甲壳素纳米纤维复合稳定高内相乳液的制备方法，其特征在于，步骤(2)中所述甲壳素纳米纤维的配制方法为：将甲壳素粉末溶于蒸馏水中，调整pH为2.0～5.0，搅拌过夜，高压均质破碎为纳米纤维。均质压力为1000bar，均质次数为25～50次。
5.如权利要求1所述的玉米醇溶蛋白粒子-甲壳素纳米纤维复合稳定高内相乳液的制备方法，其特征在于，步骤(2)中所述甲壳素纳米纤维悬浮液的质量浓度为0.2～0.6％。
6.如权利要求1所述的玉米醇溶蛋白粒子-甲壳素纳米纤维复合稳定高内相乳液的制备方法，其特征在于，步骤(3)中所述玉米醇溶蛋白粒子分散液与所述甲壳素纳米纤维悬浮液的体积比为1:1～10:1，混合液的pH值在4.0～9.0之间。
7.如权利要求1所述的玉米醇溶蛋白粒子-甲壳素纳米纤维复合稳定高内相乳液的制备方法，其特征在于，步骤(4)中所述溶液体系与油脂的体积比为1:4，油脂为可食性油脂，如大豆油、中链甘油酯等，或可食性油脂与功能性油脂的混合物；步骤(4)中所述高速剪切的速率为12000rpm，剪切时间为3min。
8.一种利用权利要求1～7任意一项所述制备方法得到的玉米醇溶蛋白粒子-甲壳素纳米纤维复合稳定高内相乳液。
9.一种利用权利要求8所述玉米醇溶蛋白粒子-甲壳素纳米纤维复合物稳定高内相皮克林乳液可用于活性油脂或功能组分的包埋体系。
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