CN112205627B - 一种富含功能因子的蛋白乳液微凝胶及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种富含功能因子的蛋白乳液微凝胶及其制备方法，该蛋白乳液微凝胶是将乳状液滴用蛋白所形成的凝胶包裹形成的软颗粒物质；所述乳状液滴中含有亲脂性功能因子。本发明得到的蛋白乳液微凝胶显示出较强的避免多不饱和脂肪酸等亲脂性功能因子被氧化的能力，能够用于亲脂性功能因子的递送，且其在食品、药品和其他软物质应用中具有定点释放亲脂性活性化合物的巨大潜力，同时，由于其是以软颗粒的存在形式，可以提供或增强消费者对脂肪的感知，有助降低食品脂肪添加量但不牺牲食品感官品质的潜力，具有良好的应用前景。
Description
技术领域
本发明属于食品加工技术领域，具体涉及一种富含功能因子的蛋白乳液微凝胶及其制备方法。
背景技术
近些年，功能性食品消费市场蓬勃发展。功能性食品因含有维生素、不饱和脂肪酸、多酚类化合物或益生菌等生物活性成分，具有调节人体生理机能的功能，可以延缓和预防慢性疾病的发生。但一些亲脂性活性分子，如脂溶性维生素、风味物质等，由于其部分或完全的水不溶性，并且对光、热、氧气及过渡金属离子等环境因素敏感，在生产、加工及贮藏过程中容易被氧化降解，丢失生物活性，使之在食品、药物或其他软物质产品中应用时遇到了挑战。除了快速氧化外，大多数这些化合物在生理学上传递较为困难，并且，通常仅部分被皮肤或通过胃肠道方式吸收。因此，非常需要保护这些亲脂性化合物免受环境降解并在特定生物位点释放。为满足消费者对食品多样性的需求，需要寻找一种稳定的载体来包埋这些功能因子，提高其稳定性、水溶性和有效性。
已经开发了多种技术来包封油溶性分子，例如乳液、乳液凝胶、脂质体、胶束、纳米颗粒等。在保护程度、成本、易用性、生物降解性和生物相容性等方面，每种方法都有其特定的优点和缺点。
专利CN 109288065A公开了一种负载脂溶性维生素的悬浮液乳液凝胶及其制备方法。专利CN 101878904A公开了一种乳清蛋白凝胶状乳液的生产方法。专利CN 106035743A公开了一种谷物蛋白基类胡萝卜素乳液凝胶及其制备方法与应用。专利CN 108669550A公开了一种富含功能因子的肌原纤维蛋白乳液凝胶的制备方法。以上专利涉及的乳液或乳液凝胶的制备方法，都是用来包封油溶性分子。然而，现有技术中尚未见制备乳液微凝胶用于递送亲脂性功能因子的的报道。
乳液微凝胶颗粒是一个或多个乳状液滴被软固体包裹形成的微米级软颗粒。与乳液相比，其在制备过程中加入使蛋白形成凝胶的步骤，可在一个或若干个乳液液滴周围形成柔软的固体壳，从而显示出较强的保护多不饱和脂肪酸等亲脂化合物不被氧化的能力；与乳液凝胶相比，在蛋白凝胶过程中利用剪切条件通过诱导使其形成不连续凝胶，进而形成具有可控的液滴大小、流动性和机械性能的乳液微凝胶，其在食品、药品和其他软物质中具有定点释放亲脂性活性化合物的巨大应用潜力。
本发明利用蛋白乳液微凝胶的特点，通过蛋白稳定含有功能因子的脂肪颗粒并使其形成乳液，在一个或若干个乳液液滴周围形成柔软的固体壳，从而使其以“填充物”的形式被固定在蛋白质的凝胶基质的网络空隙中，使得其一方面受到软固体壳的保护，另一方面被凝胶结构固化。这样制备出的富含功能因子的乳液微凝胶食品较传统乳液凝胶产品有更好的口感和更为丰富的营养价值，满足了人们对食品的多样化需求。
发明内容
为了解决以上现有技术的缺点和不足之处，本发明提供了一种富含功能因子的蛋白乳液微凝胶及其制备方法。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种富含功能因子的蛋白乳液微凝胶，其是将一个或多个乳状液滴用蛋白所形成的凝胶包裹形成的软颗粒物质，其颗粒直径为5-60微米；所述乳状液滴以食用性液体油脂为油相，并含有亲脂性功能因子，因此该蛋白乳液微凝胶能够用于递送亲脂性功能因子。
所述蛋白具有凝胶性能，其来源于动物、植物或微生物，或为动物、植物、微生物来源蛋白的物理/化学改性物，如大豆分离蛋白。
所述食用性液体油脂包括玉米油、花生油、大豆油中的一种或多种。
所述亲脂性功能因子为精油、脂溶性维生素、脂肪酸中的一种或多种。
所述富含功能因子的蛋白乳液微凝胶的制备方法包括以下步骤：
1）将蛋白分散在水中，并搅拌直至完全水合，然后于50~100 ℃加热5~15 min，再降温至5~25 ℃，得蛋白溶液，储存备用；
2）将亲脂性功能因子溶进食用性液体油脂，然后加入到步骤1）制备的蛋白溶液中，高速剪切均质后高压均质两次，再调节pH至3～7，得到乳液；
3）将所得乳液在剪切加热条件下诱导形成微凝胶，然后冰水浴冷却至室温，得到富含功能因子的蛋白乳液微凝胶。
步骤1）所得蛋白溶液的浓度范围为5-30wt％。
步骤2）中食用性液体油脂的用量为所得乳液体积的1%~70%，亲脂性功能因子的用量按每100 mL乳液使用0.04~0.08 g进行换算，蛋白溶液的用量按所含蛋白在乳液中的质量浓度达1~5wt%进行换算。
步骤2）所述高速剪切均质是在高剪切混合器中以3000-22000 rpm的剪切速度均质3~5 min；所述高压均质的压力为10~100MPa。
高压处理可以改变蛋白的天然构象，影响其诸多功能特性。如高压处理会使球蛋白的结构展开，同时伴随着亚基的解离与重聚，可显著改善球蛋白的溶解性、乳化性等特性。而二次高压均质技术可以提高食品加工的效率，还能显著提高乳液体系的物理和微生物稳定性，有利于乳液食品的贮存。
步骤3）所述剪切加热是以0.5~2 ℃/min的速率加热至70~90 ℃，期间使用顶置式搅拌器施加450 rpm的剪切力。所述诱导是采用物理或化学的方法使蛋白变性，如加入CaSO4溶液、MgSO4溶液或两者的混合溶液（至金属离子浓度为5~40 mmol/L），或加入0.2~0.5%的葡萄糖内脂，或将乳液加热至蛋白变性温度（60~100 ℃）。
本发明的有益效果在于：
（1）本发明所制备的富含功能因子的蛋白乳液微凝胶营养丰富，口感优良，稳定性好；
（2）本发明操作工艺简便，生产周期短，反应过程容易控制，成本较低，处理方式安全；
（3）本发明制得的富含功能因子的蛋白乳液微凝胶作为包埋功能因子的载体，稳定性高，能更好的保持功能因子的生物活性。
附图说明
图1为实施例1所制备乳液微凝胶的CLSM图。
图2为实施例1所制备乳液微凝胶的粒径分布图。
图3为实施例1所制备乳液微凝胶的稳定性分析图。
图4为实施例2所制备乳液微凝胶的CLSM图。
图5为实施例2所制备乳液微凝胶的粒径分布图。
图6为实施例2所制备乳液微凝胶的稳定性分析图。
图7为实施例3所制备乳液微凝胶的CLSM图。
图8为实施例3所制备乳液微凝胶的粒径分布图。
图9为实施例3所制备乳液微凝胶的稳定性分析图。
图10为实施例4所制备乳液微凝胶的CLSM图。
图11为实施例4所制备乳液微凝胶的粒径分布图。
图12为实施例4所制备乳液微凝胶的稳定性分析图。
图13为实施例1-4所得乳液微凝胶的样品图。
具体实施方式
为使本领域研究人员详细了解本发明的生产工艺和技术效果，通过以下具体的生产实例来进一步描述本发明的应用和技术效果。
以下实施例中使用的大豆分离蛋白通过以下方法（碱溶酸沉法）制备：在室温下，将低温脱脂豆粕（购自于山东禹王非转大豆食业公司）按1:8的料液比加水，用3 mol/L的NaOH溶液调pH至8.0，机械搅拌1 h。溶液用冷冻离心机在10000 g离心力下离心10 min，取上清液。豆渣按1:5的料液比加水，机械搅拌10 min，再于10000 g离心力下离心10 min，取上清液，将两次离心得到的上清液混合，用3 mol/L HCl溶液调节pH到4.5，至等电点后立即停止搅拌，静置30 min，再于3000 g离心力下离心10 min，弃去上清液，将沉淀物加一定量水复溶，用3 mol/L的NaOH溶液调节pH到7.0，得到大豆分离蛋白。
以下实施例中使用的β-胡萝卜素购自于上海阿拉丁生化科技股份有限公司。
实施例1：
通过将15g大豆分离蛋白分散在150ml去离子水中，室温下搅拌过夜直至完全水合，然后于90℃加热15 min，再降温至25 ℃，得大豆分离蛋白溶液，储存备用；按0.05 g/100mL的量将β-胡萝卜素溶进玉米油，之后加入到所得大豆分离蛋白溶液中，制备水包油乳液，控制玉米油的加入量为乳液体积的20%。随后将水包油乳液以4000 rpm高速剪切均质10min，接着放入高压均质机40 MPa均质2次，用浓度为2 mol/L的HCl溶液调节pH至4.0，得到乳液；将CaSO4溶液加入乳液中至Ca离子最终浓度为35 Mm，然后使用顶置式搅拌器以450rpm施加剪切，并以0.5 ℃/min的速率加热乳液至70 ℃使其形成凝胶，然后冰水浴冷却至室温，从而得到富含功能因子的大豆分离蛋白乳液微凝胶。
本实施例制备的富含功能因子的大豆分离蛋白乳液微凝胶在剪切速率为1-100s-1的测试范围内的最大表观粘度为20 Pa·s，稳定期达48天以上。
实施例2：
通过将15g大豆分离蛋白分散在150ml去离子水中，室温下搅拌直至完全水合，然后于95 ℃加热10 min，再降温至25 ℃，得大豆分离蛋白溶液，储存备用；按0.04 g/100mL的量将β-胡萝卜素溶进玉米油，之后加入到所得大豆分离蛋白溶液中，制备水包油乳液，控制玉米油的加入量为乳液体积的20%。随后将水包油乳液以18000 rpm高速剪切均质3 min，接着通过高压均质机70 MPa均质2次，用浓度为2 mol/L的HCl溶液调节pH至6.0，得到乳液；向所得乳液中加入MgSO4和CaSO4的混合溶液，使最终乳液中金属离子总浓度为35 mM，然后使用顶置式搅拌器以450 rpm施加剪切，并以1 ℃/min的速率加热乳液至80 ℃使其形成凝胶，然后冰水浴冷却至室温，从而得到富含功能因子的大豆分离蛋白乳液微凝胶。
本实施例制备的富含功能因子的大豆分离蛋白乳液微凝胶在剪切速率为1-100s-1的测试范围内的最大表观粘度为400 Pa·s，稳定期达90天以上。
实施例3：
通过将15g大豆分离蛋白分散在150ml去离子水中，室温下搅拌直至完全水合，然后于95 ℃加热10 min，再降温至25 ℃，得大豆分离蛋白溶液，储存备用；按0.06 g/100mL的量将β-胡萝卜素溶进玉米油，之后加入到所得大豆分离蛋白溶液中，制备水包油乳液，控制玉米油的加入量为乳液质量体积的10%。随后将水包油乳液以10000 rpm高速剪切均质8min，接着通过高压均质机50 MPa均质2次，用浓度为2 mol/L的HCl溶液调节pH至7.0，得到乳液；向所得乳液中加入葡萄糖内脂溶液至葡萄糖内脂的最终浓度为0.3%（w/v），然后使用顶置式搅拌器以450rpm施加剪切，并以0.5 ℃/min的速率加热乳液至80 ℃使其形成凝胶，然后冰水浴冷却至室温，从而得到富含功能因子的大豆分离蛋白乳液微凝胶。
本实施例制备的富含功能因子的大豆分离蛋白乳液微凝胶在剪切速率为1-100s-1的测试范围内的最大表观粘度为140 Pa·s，稳定期达70天以上。
实施例4：
通过将15g大豆分离蛋白分散在150ml去离子水中，室温下搅拌直至完全水合，然后于85℃加热15 min，再降温至25 ℃，得大豆分离蛋白溶液，储存备用；按0.05 g/100mL的量将β-胡萝卜素溶进玉米油，之后加入到所得大豆分离蛋白溶液中，制备水包油乳液，控制玉米油的加入量为乳液体积的20%。随后将水包油乳液以12000 rpm高速剪切均质5 min，接着通过高压均质机60 MPa均质2次，用浓度为2 mol/L的HCl溶液调节pH至5.0，得到乳液；将CaSO4溶液加入到乳液中至Ca离子最终浓度为35 Mm，然后使用顶置式搅拌器以450 rpm施加剪切，并以0.5 ℃/min的速率加热乳液至80 ℃使其形成凝胶，然后冰水浴冷却至室温，从而得到富含功能因子的大豆分离蛋白乳液微凝胶。
本实施例制备的富含功能因子的大豆分离蛋白乳液微凝胶在剪切速率为1-100s-1的测试范围内的最大表观粘度为140 Pa·s，稳定期达65天以上。
图1、4、7、10为实施例1-4所制备乳液微凝胶的CLSM图。通过CLSM图片可以直观的看到，一个或多个乳状液滴被软固体包裹形成微米级软颗粒。
图2、5、8、11为实施例1-4所制备乳液微凝胶的粒径分布图。通过粒径分布图可以说明，本发明制备的乳液微凝胶粒径分布均一。
图3、6、9、12为实施例1-4所制备乳液微凝胶的稳定性分析图。稳定性分析图说明，本发明制备的乳液微凝胶稳定性高。
图13为实施例1-4所得乳液微凝胶的样品图。
本发明不局限于上述具体的实施方式，本领域的技术人员可从上述构思出发，不经过创造性的劳动，所做出的种种变换，均应涵盖在本发明的权利要求范围内。
Claims (4)
1.一种富含功能因子的蛋白乳液微凝胶的制备方法，其特征在于：该蛋白乳液微凝胶是将乳状液滴用蛋白所形成的凝胶包裹形成的软颗粒物质；所述乳状液滴以食用性液体油脂为油相，并含有亲脂性功能因子；其制备包括以下步骤：
1）将蛋白分散在水中，并搅拌直至完全水合，然后于50~100 ℃加热5~15min，再降温至5~25 ℃，得蛋白溶液；
2）将亲脂性功能因子溶进食用性液体油脂，然后加入到步骤1）制备的蛋白溶液中，高速剪切均质后高压均质两次，再调节pH至3～7，得到乳液；
3）将所得乳液在剪切加热条件下诱导形成微凝胶，然后冰水浴冷却至室温，得到富含功能因子的蛋白乳液微凝胶；所述剪切加热是以0.5~2 ℃/min的速率加热至70~90 ℃，并施加450 rpm的剪切力；
所述蛋白具有凝胶性能；
所述食用性液体油脂包括玉米油、花生油、大豆油中的一种或多种；
所述亲脂性功能因子为脂溶性维生素；
步骤1）所得蛋白溶液的浓度范围为5-30wt％；
步骤2）中食用性液体油脂的用量为所得乳液体积的10%~20%，亲脂性功能因子的用量按每100 mL乳液使用0.04~0.08 g进行换算，蛋白溶液的用量按所含蛋白在乳液中的质量浓度达1~5wt%进行换算。
2.根据权利要求1所述的富含功能因子的蛋白乳液微凝胶的制备方法，其特征在于：所述蛋白来源于动物、植物或微生物，或为动物、植物、微生物来源蛋白的物理/化学改性物。
3.根据权利要求1所述的富含功能因子的蛋白乳液微凝胶的制备方法，其特征在于：步骤2）所述高速剪切均质是以3000-22000 rpm的剪切速度均质3~5 min；所述高压均质的压力为10~100MPa。
4.根据权利要求1所述的富含功能因子的蛋白乳液微凝胶的制备方法，其特征在于：步骤3）所述诱导是采用物理或化学的方法使蛋白变性。
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