CN113229504B - 桃胶多糖-玉米醇溶蛋白纳米颗粒及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种桃胶多糖‑玉米醇溶蛋白纳米颗粒及其制备方法和应用，制备方法包括以下步骤：(1)将桃胶多糖溶于去离子水中，得到桃胶多糖溶液；(2)将玉米醇溶蛋白溶于乙醇溶液中，得到玉米醇溶蛋白溶液；将玉米醇溶蛋白溶液滴加到去离子水中，蒸发除去乙醇，滤膜过滤除去粒径为220μm以上的大颗粒，冷冻干燥后得到玉米醇溶蛋白纳米粒子，将玉米醇溶蛋白纳米粒子复溶于去离子水中，得到玉米醇溶蛋白复溶液；(3)将玉米醇溶蛋白复溶液滴加到桃胶多糖溶液中，蒸发除去乙醇，滤膜过滤除去粒径为220μm以上的大颗粒，冷冻干燥后得到桃胶多糖‑玉米醇溶蛋白纳米颗粒。本发明的桃胶多糖‑玉米醇溶蛋白纳米颗粒可以显著提高Pickering乳液的稳定性。
Description
技术领域
本发明涉及食品科学与工程技术领域，尤其涉及一种桃胶多糖-玉米醇溶蛋白纳米颗粒及其制备方法和应用。
背景技术
食品乳化剂是指添加于食品后可显著降低油水两相界面张力，使油水两相形成稳定乳液的食品添加剂。目前市场上广泛应用的食品乳化剂主要包括蔗糖脂肪酸酯、单硬脂酸甘油酯、山梨醇酐脂肪酸酯和大豆磷脂等等。与传统乳化剂相比，食品级固体颗粒具有不可逆界面吸附能力，其稳定的Pickering乳液一直被认为具有高度稳定性。由于胶粒的高解吸能，Pickering乳液可以有效保护包裹的生物活性物质。用于Pickering乳液稳定的食品级纳米颗粒应价格低廉，仅由食用材料合成。迄今为止，已经成功探索了几种食品级纳米颗粒，如蛋白质纳米颗粒、多糖纳米颗粒、蛋白质-多糖复合纳米颗粒和蛋白质-多酚复合纳米颗粒，以稳定Pickering乳液。
桃胶多糖是一种高度分支的酸性多糖，由阿拉伯糖、半乳糖、糖醛酸、甘露糖、木糖和鼠李糖组成。桃胶多糖的具体化学成分和结构取决于生桃胶的类型和提取方法。据报道，桃胶多糖具有多种生物活性，包括降血糖和降血脂作用、抗菌作用、抗肿瘤作用和抗氧化活性，可以用于添加到保健品或功能性食品中，近几年在市场中受到众多消费者的青睐。由于桃胶多糖中含有多个带负电的羧基，使得它很容易通过静电作用吸附带正电的大分子。据报道，桃胶多糖的大分子量特点可增加乳液的粘度，并在油滴表面形成二级保护层。
玉米醇溶蛋白具有生物可降解性与生物相容性，是公认的食品安全材料。它带有正电荷，非极性氨基酸(包括脯氨酸、丙氨酸和丙氨酸)含量大于50％，因此可以溶解在60-95％的乙醇溶液中。玉米醇溶蛋白具有清除自由基的活性，它能与脂质结合并防止脂质变质。然而，单独使用玉米醇溶蛋白颗粒并不能稳定Pickering乳液，因为其具有疏水性且在等电点(pH6)的稳定性较差。将玉米醇溶蛋白与亲水性物质的结合可以显著提高其稳定性和乳化性能。
依据GB2760规定，乳化剂主要适用范围包括调味乳、稀奶油、豆类制品、可可制品、巧克力和面包等等。部分合成型表面活性剂的生物安全性依然受到质疑。
公开号为CN106188437B的中国专利文献公开了基于玉米醇溶蛋白与藻酸丙二醇酯的纳米粒子用于稳定乳液，该蛋白-多糖纳米粒子稳定的乳液很难在不同条件下保持稳定。
目前急需一种既能在不同条件下高效稳定乳液，又能增强营养价值的食品级天然乳化剂。
发明内容
本发明提供了一种桃胶多糖-玉米醇溶蛋白纳米颗粒及其制备方法，该桃胶多糖-玉米醇溶蛋白纳米颗粒在不同温度下可有效稳定乳液。
本发明的技术方案如下：
一种桃胶多糖-玉米醇溶蛋白纳米颗粒的制备方法，包括以下步骤：
(1)将桃胶多糖溶于去离子水中，得到桃胶多糖溶液；
(2)将玉米醇溶蛋白溶于乙醇溶液中，得到玉米醇溶蛋白溶液；
将玉米醇溶蛋白溶液滴加到去离子水中，蒸发除去乙醇，滤膜过滤除去粒径为220μm以上的大颗粒，冷冻干燥后得到玉米醇溶蛋白纳米粒子，将玉米醇溶蛋白纳米粒子复溶于去离子水中，得到玉米醇溶蛋白复溶液；
(3)将玉米醇溶蛋白复溶液滴加到桃胶多糖溶液中，蒸发除去乙醇，滤膜过滤除去粒径为220μm以上的大颗粒，冷冻干燥后得到桃胶多糖-玉米醇溶蛋白纳米颗粒。
桃胶多糖的分子量大小对最终制得的桃胶多糖-玉米醇溶蛋白纳米颗粒的乳化能力有较大影响。
优选的，步骤(1)中，所述的桃胶多糖的分子量为1×107-2×107g/mol。桃胶多糖的分子量通过高效凝胶渗透色谱法测得。
所述的桃胶多糖溶液中，桃胶多糖的浓度为1-5mg/mL；最优选为2mg/mL。
步骤(2)中，乙醇溶液的体积分数为65-85％。所述的玉米醇溶蛋白溶液中，玉米醇溶蛋白的浓度为15-25mg/mL；最优选为20mg/mL。
所述的玉米醇溶蛋白复溶液，玉米醇溶蛋白的浓度为15-25mg/mL；最优选为20mg/mL。
步骤(1)和步骤(2)中，所述的去离子水的pH值为3-4。
优选的，步骤(3)中，将玉米醇溶蛋白复溶液滴加到桃胶多糖溶液中之前，将玉米醇溶蛋白复溶液和桃胶多糖溶液预热到25-40℃。预热后，玉米醇溶蛋白溶液在桃胶多糖溶液中扩散更加均匀，从而使制备的桃胶多糖-玉米醇溶蛋白纳米颗粒尺寸分布更加均匀。
优选的，步骤(3)中，玉米醇溶蛋白复溶液滴加完全后，混合液中桃胶多糖与玉米醇溶蛋白质量比为1:0.5-1.5；最优选为1：1。
步骤(2)和步骤(3)中，通过真空旋转蒸发除去乙醇；真空旋转蒸发温度为55-60℃。
步骤(2)和步骤(3)中，冷冻干燥包括：在-80℃下预冻12-24h，然后真空冷冻干燥24-36h。
本发明还提供了采用上述制备方法制备的桃胶多糖-玉米醇溶蛋白纳米颗粒。
本发明还提供了上述桃胶多糖-玉米醇溶蛋白纳米颗粒在制备Pickering乳液中的应用，包括：
将所述的桃胶多糖-玉米醇溶蛋白纳米颗粒溶于水中作为水相；将水相加入到油相中，高速剪切、超声处理得到Pickering乳液。
优选的，所述的Pickering乳液中，桃胶多糖-玉米醇溶蛋白纳米颗粒的质量浓度为2-5％。
优选的，所述的Pickering乳液中，油相的体积分数为30-60％。
优选的，所述的高速剪切速度为8000-12000r/min，时间为1-3min；超声处理的功率为100-300W，时间为1-5min(工作1s，停止1s)。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
(1)本发明制备的桃胶多糖-玉米醇溶蛋白纳米颗粒可以显著提高Pickering乳液的稳定性，比传统食品乳化剂具有更强的乳化能力。
(2)本发明制备的桃胶多糖-玉米醇溶蛋白纳米颗粒不但具有很强的乳化能力，而且能够进一步加强其营养价值。桃胶多糖和玉米醇溶蛋白来源于食品基质，且都表现出一定的生理活性。
(3)本发明的制备方法绿色环保、操作简单，成本低廉。
(4)本发明的制备方法通过改变桃胶多糖的添加顺序，使制得的桃胶多糖-玉米醇溶蛋白纳米颗粒的Pickering乳液具有更宽的适用温度范围，可更加适应不同加工储藏过程中的条件变化。
附图说明
图1为桃胶多糖-玉米醇溶蛋白纳米粒子的SEM图，其中(a)为对比例1，(b)为实施例1；
图2为桃胶多糖-玉米醇溶蛋白纳米粒子的接触角，其中(a)为对比例1，(b)为实施例1；
图3为桃胶多糖-玉米醇溶蛋白纳米粒子稳定乳液在25℃(a)，37℃(b)下的稳定性图。
具体实施方式
下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法。实施例中所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。
桃胶采自枣阳桃园(中国湖北省襄阳市)，玉米醇溶蛋白购自Sigma生物科技有限公司，大豆油购自益海嘉里有限公司(中国上海)，乙醇购自上海阿拉丁生化科技股份有限公司，本实验中使用的去离子水来自美国Milli-Q系统。仪器设备包括GL-3250磁力搅拌器(其林贝尔仪器有限公司)，SU8010扫描电子显微镜(日本日立有限公司)，纳米粒度分析仪为ZS90纳米粒度分析仪(英国马尔文仪器有限公司)，OCA20AMP动态接触角测量仪(德国Dataphysics股份有限公司)，JY96-IIN超声仪(宁波新芝生物科技股份有限公司)，TURBISCAN稳定分析仪(北京朗迪森科技有限公司)。
下列实施例中涉及的测定方法的具体步骤如下：
1、扫描电子显微镜观察
将冷冻干燥的桃胶多糖-玉米醇溶蛋白纳米复合粒子粉末薄薄涂于导电胶上，而后进行喷金处理。随后在加速电压5.0kV条件下，通过SU8010扫描电子显微镜进行观察。
2、接触角测定
将冷冻干燥的桃胶多糖-玉米醇溶蛋白纳米复合粒子粉末通过压片机压成薄片(13mm×2mm)，浸入大豆油中。将去离子水(2μL)缓慢地沉积到样品薄片表面。在达到平衡后用相机记录液滴图像，并用sca20软件通过Laplace-Young方程计算θo/w。
3、纳米粒度仪检测
将冷冻干燥的桃胶多糖-玉米醇溶蛋白纳米复合粒子粉末溶解于pH为3的去离子水中，终浓度为1mg/mL。取1mL样品溶液置于测量池中，测定温度为25℃，每次测量平衡120s，重复测量3次获得平均值。
4、油滴尺寸和浊度测定
将桃胶多糖-玉米醇溶蛋白纳米复合粒子稳定的乳液(20mL)置于玻璃样品瓶中，自下而上扫描记录其散射光信号。对于油滴尺寸测试，用于计算乳液粒径的大豆油和去离子水的折射率分别为1.472和1.333。
对比例1
本对比例制备一种桃胶多糖-玉米醇溶蛋白纳米粒子，用于制备Pickering乳液，包括如下步骤：
(1)称取1g桃胶多糖溶于500mL的pH为3的去离子水中得到桃胶多糖溶液；称取1g玉米醇溶蛋白溶于50mL乙醇溶液(75％)中配制玉米醇溶蛋白溶液，室温下磁力搅拌300rpm，12h使其充分溶解。
(2)玉米醇溶蛋白溶液与桃胶多糖溶液在37℃条件下预热30min。将步骤(1)制备的玉米醇溶蛋白溶液在磁力搅拌条件下(600rpm)逐滴加入到500mL桃胶多糖溶液中，得到桃胶多糖-玉米醇溶蛋白纳米粒子，真空旋转蒸发(55℃)除去多余乙醇，过滤膜(220μm)除去大颗粒，在-80℃冰箱预冷24h后，冷冻干燥24h，得到桃胶多糖-玉米醇溶蛋白纳米粒子，保存备用。
将上述冷冻干燥所得桃胶多糖-玉米醇溶蛋白纳米粒子0.4g，溶于6mL的pH为3的去离子水中，加入4mL大豆油，10000rpm高速剪切1min制备粗乳液。而后300w超声2min(工作1s，停止1s)得到O/W乳液。
实施例1
本实施例制备一种桃胶多糖-玉米醇溶蛋白纳米粒子，用于制备Pickering乳液，包括如下步骤：
(1)称取1g桃胶多糖溶于500mL的pH为3的去离子水中，得到桃胶多糖溶液；称取1g玉米醇溶蛋白溶于50mL乙醇溶液(75％)中配制玉米醇溶蛋白溶液，室温下磁力搅拌300rpm，12h使其充分溶解。
(2)将步骤(1)制备的玉米醇溶蛋白溶液在磁力搅拌条件下(600rpm)逐滴加入到500mL的pH为3的去离子水中得到玉米醇溶蛋白纳米粒子，真空旋转蒸发(55℃)除去多余乙醇，过滤膜(220μm)除去大颗粒，在-80℃冰箱预冷24h后，冷冻干燥。称取1g制备的玉米醇溶蛋白纳米粒子溶于50mL的pH为3的去离子水中，得到玉米醇溶蛋白纳米粒子溶液。
(3)将步骤(2)制备的玉米醇溶蛋白纳米粒子溶液与桃胶多糖溶液在37℃条件下提前预热30min。将步骤(2)所得玉米醇溶蛋白纳米粒子溶液在磁力搅拌条件下(600rpm)逐滴加入到500mL桃胶多糖溶液中，得到桃胶多糖-玉米醇溶蛋白纳米粒子，过滤膜(220μm)除去大颗粒，在-80℃冰箱预冷24h后，冷冻干燥24h，得到桃胶多糖-玉米醇溶蛋白纳米粒子，保存备用。
将上述冷冻干燥所得桃胶多糖-玉米醇溶蛋白纳米粒子0.4g，溶于6mL的pH为3的去离子水中，加入4mL大豆油，10000rpm高速剪切1min制备粗乳液。而后300w超声2min(工作1s，停止1s)得到O/W乳液。
对比例2
本对比例制备一种桃胶多糖-玉米醇溶蛋白纳米粒子，用于制备Pickering乳液，包括如下步骤：
(1)称取1g桃胶多糖溶于500mL的pH为3的去离子水中，得到玉米醇溶蛋白溶液；称取1g玉米醇溶蛋白溶于50mL乙醇溶液(75％)中配制玉米醇溶蛋白溶液，室温下磁力搅拌300rpm，12h使其充分溶解。
(2)玉米醇溶蛋白溶液与桃胶多糖溶液在37℃条件下预热30min。将步骤(1)制备的玉米醇溶蛋白溶液在磁力搅拌条件下(600rpm)逐滴加入到500mL桃胶多糖溶液中，得到桃胶多糖-玉米醇溶蛋白纳米粒子，真空旋转蒸发(55℃)除去多余乙醇，过滤膜(220μm)除去大颗粒，在-80℃冰箱预冷24h后，冷冻干燥24h，得到桃胶多糖-玉米醇溶蛋白纳米粒子，保存备用。
将上述冷冻干燥所得桃胶多糖-玉米醇溶蛋白纳米粒子0.4g，溶于4mL，pH为3的去离子水中，加入6mL大豆油，10000rpm高速剪切1min制备粗乳液。而后300w超声2min(工作1s，停止1s)得到O/W乳液。
实施例2
本实施例制备一种桃胶多糖-玉米醇溶蛋白纳米粒子，用于制备Pickering乳液，包括如下步骤：
(1)称取1g桃胶多糖溶于500mL的pH为3的去离子水中，称取1g玉米醇溶蛋白溶于50mL乙醇溶液(75％)中配制玉米醇溶蛋白溶液，室温下磁力搅拌300rpm，12h使其充分溶解。
(2)将步骤(1)制备的玉米醇溶蛋白溶液在磁力搅拌条件下(600rpm)逐滴加入到500mL的pH为3的去离子水中得到玉米醇溶蛋白纳米粒子，真空旋转蒸发(55℃)除去多余乙醇，过滤膜(220μm)除去大颗粒，在-80℃冰箱预冷24h后，冷冻干燥。称取1g制备的玉米醇溶蛋白纳米粒子溶于50mL的pH为3的去离子水中。
(3)将步骤(2)得到的玉米醇溶蛋白纳米粒子溶液与桃胶多糖溶液在37℃条件下预热30min。将步骤(2)所得玉米醇溶蛋白纳米粒子溶液在磁力搅拌条件下(600rpm)逐滴加入到500mL桃胶多糖溶液中，得到桃胶多糖-玉米醇溶蛋白纳米粒子，过滤膜(220μm)除去大颗粒，在-80℃冰箱预冷24h后，冷冻干燥24h，得到桃胶多糖-玉米醇溶蛋白纳米粒子，保存备用。
将上述冷冻干燥所得桃胶多糖-玉米醇溶蛋白纳米粒子0.4g，溶于4mL的pH为3的去离子水中，加入6mL大豆油，10000rpm高速剪切1min制备粗乳液。而后300w超声2min(工作1s，停止1s)得到O/W乳液。
对上述实施例和对比例制得的桃胶多糖-玉米醇溶蛋白纳米颗粒进行检测，具体如下：
(1)纳米粒度测定
如表1所示，对比例1与实施例1所得桃胶多糖-玉米醇溶蛋白纳米复合粒子水合粒径分别为207.5nm和172.8nm，PDI分别为0.363与0.365，表明该方法制备所得纳米粒子粒径较小，分散度好，粒径均一。
表1桃胶多糖-玉米醇溶蛋白纳米复合粒子水合粒度测定
| 实验 | 粒子水合粒径 | PDI |
| 对比例1 | 172.8±3.1nm | 0.363±0.006 |
| 实施例1 | 207.5±3.4nm | 0.365±0.005 |
(2)场发射扫描式电子显微观测
图1中的(a)和(b)分别为对比例1和实施例1所得桃胶多糖-玉米醇溶蛋白纳米复合粒子的SEM图。
如图1所示，对比例1所得桃胶多糖-玉米醇溶蛋白纳米复合粒子为球形，实施例1所得桃胶多糖-玉米醇溶蛋白纳米复合粒子为棒状。
(3)接触角观察
图2中的(a)和(b)分别为对比例1和实施例1所得桃胶多糖-玉米醇溶蛋白纳米复合粒子稳定乳液的接触角图。
如图2所示，实施例1所得桃胶多糖-玉米醇溶蛋白纳米复合粒子稳定乳液的接触角接近90°，有利于稳定乳液。
(4)乳液尺寸
如表2所示，实施例1所得乳液粒径较小，更为稳定。随着油相体积的增加，实施例2的乳液粒径增大。
表2：桃胶多糖-玉米醇溶蛋白纳米复合粒子稳定乳液粒径
| 实验 | 稳定乳液粒径 |
| 对比例1 | 4.58μm |
| 实施例1 | 4.40μm |
| 对比例2 | 7.78μm |
| 实施例2 | 13.75μm |
(5)乳液温度稳定性
如图3所示，在25℃与37℃条件下，实施例1所得桃胶多糖-玉米醇溶蛋白纳米复合粒子稳定的乳液TSI值明显低于对比例1，表明实施例1所得桃胶多糖-玉米醇溶蛋白纳米复合粒子稳定的乳液在25℃与37℃条件下更稳定。
以上所述的实施例对本发明的技术方案和有益效果进行了详细说明，应理解的是以上所述仅为本发明的具体实施例，并不用于限制本发明，凡在本发明的原则范围内所做的任何修改、补充和等同替换等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种桃胶多糖-玉米醇溶蛋白纳米颗粒的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）将桃胶多糖溶于pH值为3-4的去离子水中，得到桃胶多糖溶液；
（2）将玉米醇溶蛋白溶于乙醇溶液中，得到玉米醇溶蛋白溶液；
将玉米醇溶蛋白溶液滴加到pH值为3-4的去离子水中，蒸发除去乙醇，滤膜过滤除去粒径为220μm以上的大颗粒，冷冻干燥后得到玉米醇溶蛋白纳米粒子，将玉米醇溶蛋白纳米粒子复溶于去离子水中，得到玉米醇溶蛋白复溶液；
（3）将玉米醇溶蛋白复溶液滴加到桃胶多糖溶液中，蒸发除去乙醇，滤膜过滤除去粒径为220μm以上的大颗粒，冷冻干燥后得到桃胶多糖-玉米醇溶蛋白纳米颗粒。
2.根据权利要求1所述的桃胶多糖-玉米醇溶蛋白纳米颗粒的制备方法，其特征在于，所述的桃胶多糖的分子量为1×107 - 2×107 g/mol。
3.根据权利要求1所述的桃胶多糖-玉米醇溶蛋白纳米颗粒的制备方法，其特征在于，所述的桃胶多糖溶液中，桃胶多糖的浓度为1-5mg/mL；所述的玉米醇溶蛋白复溶液，玉米醇溶蛋白的浓度为15-25 mg/mL。
4.根据权利要求1所述的桃胶多糖-玉米醇溶蛋白纳米颗粒的制备方法，其特征在于，步骤（3）中，将玉米醇溶蛋白复溶液滴加到桃胶多糖溶液中之前，将玉米醇溶蛋白复溶液和桃胶多糖溶液预热到25-40℃。
5.根据权利要求1或3所述的桃胶多糖-玉米醇溶蛋白纳米颗粒的制备方法，其特征在于，步骤（3）中，玉米醇溶蛋白复溶液滴加完全后，混合液中桃胶多糖与玉米醇溶蛋白质量比为1:0.5-1.5。
6.一种桃胶多糖-玉米醇溶蛋白纳米颗粒，其特征在于，采用如权利要求1-5任一项所述的制备方法制备得到。
7.一种如权利要求6所述的桃胶多糖-玉米醇溶蛋白纳米颗粒在制备Pickering乳液中的应用，其特征在于，包括：
将所述的桃胶多糖-玉米醇溶蛋白纳米颗粒溶于水中作为水相；将水相加入到油相中，高速剪切、超声处理得到Pickering乳液。
8.根据权利要求7所述的应用，其特征在于，所述的Pickering乳液中，桃胶多糖-玉米醇溶蛋白纳米颗粒的质量浓度为2-5%。
9.根据权利要求7所述的应用，其特征在于，所述的Pickering乳液中，油相的体积分数为30-60%。
10.根据权利要求7所述的应用，其特征在于，所述的高速剪切速度为8000-12000 r/min，时间为1-3 min；超声处理的功率为100-300W，时间为1-5min。
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