CN113229495A - 一种β-胡萝卜素双层纳米颗粒及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种β‑胡萝卜素双层纳米颗粒及其制备方法，涉及食品工程技术领域。本发明所述制备方法，以β‑胡萝卜素油相和酪蛋白水相为原料，经均质形成单层纳米乳液，再与壳聚糖水溶液复配形成混合体系，利用动态高压微射流处理以及干燥处理，形成双壁材包裹β胡萝卜素的稳定颗粒体系，从而提高β‑胡萝卜素在胃肠道的消化吸收利用率。本发明所述β‑胡萝卜素双层纳米颗粒相较于纳米乳具备更优异地改善营养物的储存和化学稳定性，水分散性和溶解性的功能，可以抑制营养素的化学降解，具有比脂质纳米传递系统更好的储存和胃肠道稳定性；显著提高β‑胡萝卜素的包埋率和稳定性，进而使得β‑胡萝卜素的利用率有所提高。
Description
技术领域
本发明属于食品工程技术领域，具体涉及一种β-胡萝卜素双层纳米颗粒及其制备方法。
背景技术
β-胡萝卜素对低的pH、氧气、热和光都很敏感，这些都会导致食物中β-胡萝卜素的颜色和生物活性丧失，更重要的是β-胡萝卜素是疏水性物质，而且室温下也只能微量的溶于油中。另外天然存在的β-胡萝卜素通常参与结合蛋白复合物，这限制了人体对它的吸收。因为β-胡萝卜素较低的生物利用率，所以难以添加到食品体系中。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种β-胡萝卜素双层纳米颗粒及其制备方法，利用所述制备方法制备得到的β-胡萝卜素双层纳米颗粒具有更优异性能，显著提高利用率。
为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
本发明提供了一种β-胡萝卜素双层纳米颗粒的制备方法，包括以下步骤：(1)将酪蛋白水相和β-胡萝卜素油相按照(1:3)～(1:15)的体积比混合，均质4～8次，得单层纳米乳液；
(2)将壳聚糖水溶液与所述单层纳米乳液按照(1:2)～(1:8)的体积比混合，动态高压微射流处理4～8次，得β-胡萝卜素双层纳米乳液；所述动态高压微射流处理的压力为80～120MPa；
(3)对所述β-胡萝卜素双层纳米乳液进行干燥处理，得β-胡萝卜素双层纳米颗粒。
优选的，步骤(1)所述酪蛋白水相中酪蛋白的质量百分含量为1％～5％。
优选的，步骤(1)所述β-胡萝卜素油相的溶剂包括甘油三酯，所述β-胡萝卜素油相中β-胡萝卜素的质量百分含量为0.1％～0.6％。
优选的，步骤(1)所述β-胡萝卜素油相的制备方法，包括：在25～55℃水浴条件下，将所述β-胡萝卜素与溶剂混合后，磁力搅拌10～30min，超声5～15min，重复三次。
优选的，步骤(1)所述均质的条件包括：均质压力为60～120MPa，温度为37～55℃，单次均质时间为3～8min。
优选的，步骤(2)所述壳聚糖水溶液中壳聚糖的质量百分含量为0.1％～0.7％。
优选的，步骤(2)所述动态高压微射流处理的条件包括：压力为80～120MPa，温度为37～55℃，单次微射流时间为5～10min。
优选的，步骤(3)所述干燥处理包括喷雾干燥，所述喷雾干燥的条件包括：进料速度为5～20r/h，进风温度为150～200℃，出风温度90℃～95℃。
本发明还提供了利用上述制备方法制备得到的β-胡萝卜素双层纳米颗粒。
优选的，所述β-胡萝卜素双层纳米颗粒的β-胡萝卜素包埋率为85～96％。
本发明提供了一种β-胡萝卜素双层纳米颗粒的制备方法，以β-胡萝卜素油相和酪蛋白水相为原料，经均质形成单层纳米乳液，再与壳聚糖水溶液复配形成混合体系，利用动态高压微射流处理以及干燥处理，形成双壁材包裹β胡萝卜素的稳定颗粒体系，从而提高β-胡萝卜素在胃肠道的消化吸收利用率。本发明所述β-胡萝卜素双层纳米颗粒相较于纳米乳具备更优异地改善营养物的储存和化学稳定性，水分散性和溶解性的功能，可以抑制营养素的化学降解，具有比脂质纳米传递系统更好的储存和胃肠道稳定性；显著提高β-胡萝卜素的包埋率和稳定性，进而使得β-胡萝卜素的利用率有所提高。
附图说明
图1为实施例1～3和对比例1～3制备得到的β-胡萝卜素双层纳米颗粒或乳液，经过14天相同条件下的等温储藏后，测得β-胡萝卜素的保留率；
图2为实施例1～3和对比例1～3制备得到的β-胡萝卜素双层纳米颗粒或乳液，经过14天相同条件下的等温储藏后，进行体外模拟消化后测得β-胡萝卜素保留率；
具体实施方式
本发明提供了一种β-胡萝卜素双层纳米颗粒的制备方法，包括以下步骤：(1)将酪蛋白水相和β-胡萝卜素油相按照(1:3)～(1:15)的体积比混合，均质4～8次，得单层纳米乳液；
(2)将壳聚糖水溶液与所述单层纳米乳液按照(1:2)～(1:8)的体积比混合，动态高压微射流处理4～8次，得β-胡萝卜素双层纳米乳液；所述动态高压微射流处理的压力为80～120MPa；
(3)对所述β-胡萝卜素双层纳米乳液进行干燥处理，得β-胡萝卜素双层纳米颗粒。
本发明将酪蛋白水相和β-胡萝卜素油相按照(1:3)～(1:15)的体积比混合，均质4～8次，得单层纳米乳液。本发明所述酪蛋白水相中酪蛋白的质量百分含量优选为1％～5％，更优选为2％～4％。本发明在配制所述酪蛋白水相时，优选将酪蛋白粉末按照上述质量百分含量溶于去离子水中，55℃水浴搅拌溶解过夜，作为水相。本发明所述β-胡萝卜素油相的溶剂优选包括甘油三酯，更优选包括中链甘油三酯，所述β-胡萝卜素油相中β-胡萝卜素的质量百分含量优选为0.1％～0.6％，更优选为0.2％～0.4％本发明在配制所述β-胡萝卜素油相时，优选包括：在25～55℃水浴条件下，将所述β-胡萝卜素与溶剂混合后，磁力搅拌10～30min，超声5～15min，重复三次。本发明将所述酪蛋白水相和β-胡萝卜素油相混合后均质，所述混合时酪蛋白水相和β-胡萝卜素油相的体积比优选为1:20，更优选为1:15，最优选为1：9。本发明所述均质的条件优选包括：均质压力为60～120MPa，温度为37～55℃，单次均质时间为3～8min。
得单层纳米乳液后，本发明将壳聚糖水溶液与所述单层纳米乳液按照(1:2)～(1:8)的体积比混合，动态高压微射流处理4～8次，得β-胡萝卜素双层纳米乳液；所述动态高压微射流处理的压力为80～120MPa。本发明所述壳聚糖水溶液中壳聚糖的质量百分含量优选为0.1％～0.7％，更优选为0.2％～0.5％。本发明对所述壳聚糖水溶液的配制方法并没有特殊限定。本发明将所述壳聚糖水溶液与所述单层纳米乳液混合进行动态高压微射流处理，所述壳聚糖水溶液与所述单层纳米乳液的体积比优选为(1:3)～(1:15)，更优选为(1:5)～(1:10)，最优选为(1:5)～(1:8)。本发明所述动态高压微射流处理的条件优选包括：压力为80～120MPa，温度为37～55℃，单次微射流时间为5～10min。
在本发明中，均质处理结合动态高压微射流处理促使β胡萝卜素油溶液与酪蛋白-壳聚糖双壁材较好的结合，β-胡萝卜素的包埋率和稳定性明显提高，进而使得β-胡萝卜素的利用率有所提高。
得所述β-胡萝卜素双层纳米乳液后，本发明对所述β-胡萝卜素双层纳米乳液进行干燥处理，得β-胡萝卜素双层纳米颗粒。本发明所述干燥处理优选包括喷雾干燥，所述喷雾干燥的条件优选包括：进料速度为5～20r/h，进风温度为150～200℃，出风温度90℃～95℃。本发明所述喷雾干燥的方法，操作灵活，成本低廉，产品质量良好。
本发明还提供了利用上述制备方法制备得到的β-胡萝卜素双层纳米颗粒。
本发明所述β-胡萝卜素双层纳米颗粒的β-胡萝卜素包埋率优选为85％～96％。本发明所述β-胡萝卜素双层纳米颗粒，相较于纳米乳具备更优异地改善营养物的储存和化学稳定性，水分散性和溶解性的功能，可以抑制营养素的化学降解，具有比脂质纳米传递系统更好的储存和胃肠道稳定性。
下面结合实施例对本发明提供的一种β-胡萝卜素双层纳米颗粒及其制备方法进行详细的说明，但是不能把它们理解为对本发明保护范围的限定。
实施例1
1)将酪蛋白粉末按溶质质量分数3％溶于去离子水中，55℃水浴搅拌溶解过夜，作为水相备用；
2)将β-胡萝卜素分别按溶质质量分数0.2％溶于中链甘油三酯中，作为油相备用；
3)将油相和水相按1:8的比例混合均匀，高压均质机80MPa压力下均质4次，得单层纳米乳液；
4)将壳聚糖粉末溶于去离子水中，得溶质质量分数为0.2％的壳聚糖水溶液，再将壳聚糖水溶液和步骤3)得到的乳液按1:5的比例混合均匀，动态高压微射流压力为95MPa处理6次，得β-胡萝卜素双层纳米乳液；
5)将得到的双层纳米乳液进行干燥喷雾，喷雾干燥条件具体为：进料速度为12r/h，进风温度为180℃，出风温度92℃，得β-胡萝卜素双层纳米颗粒。
实施例2
1)将酪蛋白粉末按溶质质量分数3％溶于去离子水中，55℃水浴搅拌溶解过夜，作为水相备用；
2)将β-胡萝卜素分别按溶质质量分数0.4％溶于中链甘油三酯中，作为油相备用；
3)将油相和水相按1:9的比例混合均匀，高压均质机80MPa压力下均质4次，得单层纳米乳液；
4)将壳聚糖粉末溶于去离子水中，得溶质质量分数为0.3％的壳聚糖水溶液，再将壳聚糖水溶液和步骤3)得到的乳液按1:6的比例混合均匀，动态高压微射流压力为95MPa处理6次，得β-胡萝卜素双层纳米乳液；
5)将得到的双层纳米乳液进行干燥喷雾，喷雾干燥条件具体为：进料速度为12r/h，进风温度为180℃，出风温度92℃，得β-胡萝卜素双层纳米颗粒。
实施例3
1)将酪蛋白粉末按溶质质量分数3％溶于去离子水中，55℃水浴搅拌溶解过夜，作为水相备用；
2)将β-胡萝卜素分别按溶质质量分数0.4％溶于中链甘油三酯中，作为油相备用；
3)将油相和水相按1:10的比例混合均匀，高压均质80MPa压力下均质4次，得单层纳米乳液；
4)将壳聚糖粉末溶于去离子水中，得溶质质量分数为0.4％的壳聚糖水溶液，再将壳聚糖水溶液和步骤3)得到的乳液按1:7的比例混合均匀，动态高压微射流压力为95MPa处理6次，得β-胡萝卜素双层纳米乳液；
5)将得到的双层纳米乳液进行干燥喷雾，喷雾干燥条件具体为：进料速度为12r/h，进风温度为180℃，出风温度92℃，得β-胡萝卜素双层纳米颗粒。
对比例1
1)将酪蛋白粉末按溶质质量分数3％溶于去离子水中，55℃水浴搅拌溶解过夜，作为水相备用；
2)将β-胡萝卜素分别按溶质质量分数0.4％溶于中链甘油三酯中，作为油相备用；
3)将油相和水相按1:9的比例混合均匀，得单层纳米乳液；
4)将壳聚糖粉末溶于去离子水中，得溶质质量分数为0.5％的壳聚糖水溶液，再将壳聚糖水溶液和步骤3)得到的乳液按1:6的比例混合均匀，动态高压微射流压力为95MPa处理6次，得β-胡萝卜素双层纳米乳液；
5)将得到的双层纳米乳液进行干燥喷雾，喷雾干燥条件具体为：进料速度为12r/h，进风温度为180℃，出风温度92℃，得β-胡萝卜素双层纳米颗粒。
对比例2
1)将酪蛋白粉末按溶质质量分数3％溶于去离子水中，55℃水浴搅拌溶解过夜，作为水相备用；
2)将β-胡萝卜素分别按溶质质量分数0.4％溶于中链甘油三酯中，作为油相备用；
3)将油相和水相按1:9的比例混合均匀，高压均质机80MPa压力下均质4次，得单层纳米乳液；
4)将壳聚糖粉末溶于去离子水中，得溶质质量分数为0.3％的壳聚糖水溶液，再将壳聚糖水溶液和步骤3)得到的乳液按1:6的比例混合均匀，得β-胡萝卜素双层纳米乳液；
5)将得到的双层纳米乳液进行干燥喷雾，喷雾干燥条件具体为：进料速度为12r/h，进风温度为180℃，出风温度92℃，得β-胡萝卜素双层纳米颗粒。
对比例3
1)将酪蛋白粉末按溶质质量分数3％溶于去离子水中，55℃水浴搅拌溶解过夜，作为水相备用；
2)将β-胡萝卜素分别按溶质质量分数0.4％溶于中链甘油三酯中，作为油相备用；
3)将油相和水相按1:9的比例混合均匀，高压均质机80MPa压力下均质4次，得单层纳米乳液；
4)将壳聚糖粉末溶于去离子水中，得溶质质量分数为0.3％的壳聚糖水溶液，再将壳聚糖水溶液和步骤3)得到的乳液按1:5的比例混合均匀，动态高压微射流压力为95MPa处理6次，得β-胡萝卜素双层纳米乳液；
实施例4
将实施例1～3和对比例1～3制备得到的β-胡萝卜双层纳米颗粒复溶并分为体系均匀的两部分，一部分样品进行37℃等温储藏，另一部分样品进行体外模拟消化；
1、等温储藏：取5～10mL复溶的样品在37℃避光储藏，取储藏时间为0天、1天、4天、7天和14天的样品测定β-胡萝卜素含量，计算其保留率，计算公式为：Ct×100％/C0，其中Ct为样品中β-胡萝卜素含量，C0为储藏第0天的样品中β-胡萝卜素含量。结果如图1所示。
由图1可知，经过本发明所述的方法处理获得单层乳液，再与壳聚糖水溶液复配形成混合体系，均质、喷雾后获得的β-胡萝卜素双层纳米颗粒具有更高的稳定性。对比对比例1和对比例2可知，对乳液进行均质和微射流以及喷雾干燥处理后得到的双层纳米颗粒有更好的均一性和更高的稳定性。
2、体外模拟消化：
2.1、原液制备：取β-胡萝卜素双层纳米颗粒，用10mM pH8的磷酸盐缓冲液对其进行复溶，通过计算将已知油相比例的样品稀释到油相比例2％，记为原液；测定所述原液β-胡萝卜素含量，记为C原液；
2.2、模拟口相消化：取20mL样品，与20mL模拟唾液混合，调整pH6.8，温度37℃，避光震荡2～10min，得口相消化液；
2.3、模拟胃相消化：将2g氯化钠与7毫升盐酸用去离子水定容至1L作为模拟胃液；取20mL模拟胃液加入终浓度2000U/mL的胃蛋白酶，放置30min，加入20mL步骤2.2所得口相消化液，调整pH2.5，避光震荡，震荡结束后得胃相消化液。
2.4、模拟小肠相消化：取30g步骤2.3所得胃相消化液在37℃恒温环境中调整pH7，与1.5mL模拟小肠液混合后加入3.5mL 53.6mg/mL胆汁盐溶液，再次调整pH为7后加入终浓度为100U/mL的脂肪酶，加入酶后混合液的pH开始降低，此时开始计时并用浓度为0.1～1M的氢氧化钠溶液滴定，保持混合液的pH恒定为7，2h后结束反应，得到小肠相消化液；其中，所述模拟小肠液具体为：用去离子水配制的氯化钙终浓度为0.25mol/L、氯化钠终浓度为3.75mol/L的混合水溶液。
2.5、取步骤2.4所得小肠相消化液1～5mL测定β-胡萝卜素含量3，记为C小肠相，取步骤S44剩余小肠相消化液进行离心，测定离心后上清液的β-胡萝卜素含量记为C离心后，计算β-胡萝卜素保留率和生物利用率，β-胡萝卜素保留率计算公式为：C离心后×100％/C原液；生物利用率计算公式为：C离心后×100％/C小肠相。
其中，所述测定β-胡萝卜素含量具体为：取1mL已稀释至一定浓度的β-胡萝卜素乳液，加入乙醇和正己烷(体积比为1:2)进行萃取，重复萃取三次，合并上层萃取液，在波长450nm处测其吸光值，根据吸光值与β-胡萝卜素浓度的标准曲线计算乳液中β-胡萝卜素的含量；其中，所述β-胡萝卜素标准曲线的制作方法具体为：配置浓度范围从0.1～100μg/mL的系列β-胡萝卜素标准溶液，测定各浓度溶液在450nm下的吸光度，根据β-胡萝卜素标准溶液的浓度及吸光度绘制标准曲线。
对比实施例1、2、3和对比实例1、2、3，经过14天相同条件下的等温储藏后，测得β-胡萝卜素保留率如图1：实施例2的中β-胡萝卜素的保留率最高，且保留率保持在60％以上；对比实施例例1～3和对比实例1～3，经过14天相同条件下的等温储藏后，进行体外模拟消化后测得β-胡萝卜素保留率如图2：实施例2的β胡萝卜素在经过体外模拟消化后的保留率仍然较高，因此可以得出，油相和水相的配比为1:9且单双壁材配比为1:6时β胡萝卜素双层纳米颗粒的消化吸收利用率最好且最稳定。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种β-胡萝卜素双层纳米颗粒的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将酪蛋白水相和β-胡萝卜素油相按照(1:3)～(1:15)的体积比混合，均质4～8次，得单层纳米乳液；
(2)将壳聚糖水溶液与所述单层纳米乳液按照(1:2)～(1:8)的体积比混合，动态高压微射流处理4～8次，得β-胡萝卜素双层纳米乳液；所述动态高压微射流处理的压力为80～120MPa；
(3)对所述β-胡萝卜素双层纳米乳液进行干燥处理，得β-胡萝卜素双层纳米颗粒。
2.根据权利要求1所述制备方法，其特征在于，步骤(1)所述酪蛋白水相中酪蛋白的质量百分含量为1％～5％。
3.根据权利要求1所述制备方法，其特征在于，步骤(1)所述β-胡萝卜素油相的溶剂包括甘油三酯，所述β-胡萝卜素油相中β-胡萝卜素的质量百分含量为0.1％～0.6％。
4.根据权利要求1或3所述制备方法，其特征在于，步骤(1)所述β-胡萝卜素油相的制备方法，包括：在25～55℃水浴条件下，将所述β-胡萝卜素与溶剂混合后，磁力搅拌10～30min，超声5～15min，重复三次。
5.根据权利要求1所述制备方法，其特征在于，步骤(1)所述均质的条件包括：均质压力为60～120MPa，温度为37～55℃，单次均质时间为3～8min。
6.根据权利要求1所述制备方法，其特征在于，步骤(2)所述壳聚糖水溶液中壳聚糖的质量百分含量为0.1％～0.7％。
7.根据权利要求1所述制备方法，其特征在于，步骤(2)所述动态高压微射流处理的条件包括：压力为80～120MPa，温度为37～55℃，单次微射流时间为5～10min。
8.根据权利要求1所述制备方法，其特征在于，步骤(3)所述干燥处理包括喷雾干燥，所述喷雾干燥的条件包括：进料速度为5～20r/h，进风温度为120～200℃，出风温度90℃～95℃。
9.利用权利要求1～8任一项所述制备方法制备得到的β-胡萝卜素双层纳米颗粒。
10.根据权利要求9所述β-胡萝卜素双层纳米颗粒，其特征在于，所述β-胡萝卜素双层纳米颗粒的β-胡萝卜素包埋率为85～96％。
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