CN113331429B - 一种提高乳糖-n-二糖热稳定性的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种提高乳糖‑N‑二糖热稳定性的方法，包括以下步骤：制备蛋白质/多糖纳米粒子：将蛋白质溶液和多糖溶液混合均匀，反应后冷冻干燥，得到蛋白质/多糖固体颗粒；将蛋白质/多糖固体颗粒与水混合均匀，反应后冷冻干燥，得到蛋白质/多糖纳米粒子；将乳糖‑N‑二糖包埋在蛋白质/多糖纳米粒子中：将蛋白质/多糖纳米粒子与水混合后得到蛋白质/多糖纳米溶液，将蛋白质/多糖纳米溶液与乳糖‑N‑二糖溶液混合震荡，反应后冷冻干燥，得到包埋乳糖‑N‑二糖的蛋白质/多糖纳米粒子。本发明将乳糖‑N‑二糖包埋在蛋白质/多糖纳米粒子中，解决了乳糖‑N‑二糖不耐高温的问题，保护乳糖‑N‑二糖的生物活性，提高乳糖‑N‑二糖生物利用率。
Description
技术领域
本发明涉及食品生物领域，具体涉及一种提高乳糖-N-二糖热稳定性的方法。
背景技术
母乳被公认为婴幼儿营养的黄金标准，世界卫生组织(WHO)和联合国儿童基金会建议至少6个月大的婴幼儿采用纯母乳喂养。母乳通过提供促进免疫耐受、防止致病性感染，在最初阶段为婴幼儿提供保护。
我国纯母乳喂养比例极低，婴幼儿配方乳粉应最大程度上接近母乳，以此满足婴幼儿足够的营养需求。母乳寡糖，是人类母乳中重要的生物活性化合物，在婴幼儿的健康成长中发挥着极其重要的作用。母乳寡糖通过促进有益肠道细菌的生长而起到益生元的作用，从而减少病原细菌和病毒与肠道上皮的结合，防止疾病的发生。
乳糖-N-二糖I(Lacto-N-biose I，简称LNB)是母乳寡糖的核心构成部分，被认为是具有生物活性的益生元，通过促进双歧杆菌在肠道内快速和选择性定殖，从而抑制各种病原体在肠道内的定殖或侵入，提高了婴幼儿肠道的屏障保护功能，对预防婴幼儿感染性腹泻、增强婴幼儿免疫力具有积极的促进作用，并通过微生物群-肠-脑轴调节和产生大量神经活性生物分子，对婴幼儿大脑功能产生有益影响。
但是，LNB的热稳定性差，受热很容易加热分解变性而失去其生物活性与益生元特性，严重制约着LNB的加工利用和使用特性，也会影响婴幼儿配方食品中LNB的吸收利用率。
发明内容
针对解决现有技术中存在的技术问题，本发明进行了深入研究，将LNB包埋在蛋白质/多糖纳米粒子中，解决LNB不耐高温的问题，同时保护LNB的生物活性，提高LNB生物利用率。至少部分地基于此完成了本发明。具体地，本发明包括以下内容。
本发明提供一种提高乳糖-N-二糖热稳定性的方法，包括以下步骤：
步骤一、制备蛋白质/多糖纳米粒子：
将蛋白质溶液和多糖溶液混合均匀，反应后冷冻干燥，得到蛋白质/多糖固体颗粒；将蛋白质/多糖固体颗粒与水混合均匀，反应后冷冻干燥，得到蛋白质/多糖纳米粒子；
步骤二、将乳糖-N-二糖包埋在蛋白质/多糖纳米粒子中：
将蛋白质/多糖纳米粒子与水混合后得到蛋白质/多糖纳米溶液，将蛋白质/多糖纳米溶液与乳糖-N-二糖溶液混合震荡，反应后冷冻干燥，得到包埋乳糖-N-二糖的蛋白质/多糖纳米粒子。
本发明步骤一基于蛋白质和多糖之间的静电相互作用制备蛋白质和多糖混合物，然后与水反应制备得到具有特定结构的生物聚合物纳米粒子；步骤二将LNB包埋在该生物聚合物纳米粒子中，利用生物聚合物纳米粒子本身特性，产生保护屏障，保护LNB的生物活性。
优选地，蛋白质为植物蛋白质、动物蛋白质和微生物中所提取的蛋白质中的一种或几种。更优选地，蛋白质为大豆蛋白、小麦蛋白、玉米蛋白、花生蛋白、甘薯蛋白、酪蛋白、卵黄蛋白、卵清白蛋白、乳清蛋白中的一种或几种。
优选地，多糖为植物多糖、动物多糖和微生物中提取的多糖中的一种或几种。更优选地，多糖为葡聚糖、阿拉伯糖、果胶、鼠李糖、纤维素、甘露聚糖、半乳聚糖、壳聚糖、氨基多糖、菊糖、半乳聚糖、阿拉伯胶、海藻多糖、魔芋多糖、淀粉中的一种或多种。
在某些示例性的实施方式中，所述步骤一中，蛋白质溶液的浓度为0.1～100mg/mL，多糖溶液的浓度为0.1～100mg/mL；蛋白质溶液与多糖溶液的体积比为1：0.1～20。
在某些示例性的实施方式中，所述步骤一中，蛋白质溶液与多糖溶液的反应条件为：pH值1.0～10.0、温度1～100℃。优选地，蛋白质溶液与多糖溶液的反应条件为：pH值5.0～9.0、温度4～38℃。
在某些示例性的实施方式中，所述步骤一中，蛋白质溶液与多糖溶液的反应时间为：1～200h。
在某些示例性的实施方式中，所述步骤一中，蛋白质/多糖固体颗粒与水的质量比为1：0.1～20。
在某些示例性的实施方式中，所述步骤一中，蛋白质/多糖固体颗粒与水的反应条件为：pH值1.0～7.0、温度4～100℃。优选地，蛋白质/多糖固体颗粒与水的反应条件为：pH值2.0～6.0。
在某些示例性的实施方式中，所述步骤一中，蛋白质/多糖固体颗粒与水的反应时间为：1～300min。
本发明通过精确控制影响蛋白质和多糖之间静电作用的因素：蛋白质/多糖的比例、物质浓度、pH值、温度，来制备具有稳定的本身特性的蛋白质/多糖纳米粒子。
在某些示例性的实施方式中，所述步骤二中，蛋白质/多糖纳米溶液的浓度为1～60mg/mL，乳糖-N-二糖溶液的浓度为1～60mg/mL。优选地，蛋白质/多糖纳米溶液的浓度与乳糖-N-二糖溶液的浓度相同。
在某些示例性的实施方式中，所述步骤二中，蛋白质/多糖纳米溶液与乳糖-N-二糖溶液的反应条件为：pH值1.0～10.0、温度1～55℃。优选地，蛋白质/多糖纳米溶液与乳糖-N-二糖溶液的反应条件为：pH值2.0～9.0。
在某些示例性的实施方式中，所述步骤二中，蛋白质/多糖纳米溶液与乳糖-N-二糖溶液的反应时间为1～100h。
本发明通过精确控制包埋过程的物质浓度、pH值、温度，保障蛋白质/多糖纳米粒子本身特性的稳定，同时保障乳糖-N-二糖被包埋的效果，成功被包埋在蛋白质/多糖纳米粒子中，提高乳糖-N-二糖的热稳定性。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
本发明将LNB包埋在蛋白质/多糖纳米粒子中，解决LNB不耐高温的问题，同时保护LNB的生物活性，提高LNB生物利用率。使LNB能应用于婴幼儿配方食品中，便于加工利用，具有广阔的市场前景。
附图说明
图1为实施例1中卵清白蛋白/羧甲基纤维素纳米粒子的扫描电镜图。
图2为实施例1中包埋LNB的卵清白蛋白/羧甲基纤维素纳米粒子的扫描电镜图。
图3为实施例1制备的包埋后的LNB与未包埋的LNB的热稳定性对比图。
图4为实施例2制备的包埋后的LNB与未包埋的LNB的热稳定性对比图。
图5为实施例3制备的包埋后的LNB与未包埋的LNB的热稳定性对比图。
图6为实施例4制备的包埋后的LNB与未包埋的LNB的热稳定性对比图。
具体实施方式
现详细说明本发明的多种示例性实施方式，该详细说明不应认为是对本发明的限制，而应理解为是对本发明的某些方面、特性和实施方案的更详细的描述。
应理解本发明中所述的术语仅仅是为描述特别的实施方式，并非用于限制本发明。另外，对于本发明中的数值范围，应理解为具体公开了该范围的上限和下限以及它们之间的每个中间值。在任何陈述值或陈述范围内的中间值以及任何其他陈述值或在所述范围内的中间值之间的每个较小的范围也包括在本发明内。这些较小范围的上限和下限可独立地包括或排除在范围内。
除非另有说明，否则本文使用的所有技术和科学术语具有本发明所述领域的常规技术人员通常理解的相同含义。虽然本发明仅描述了优选的方法和材料，但是在本发明的实施或测试中也可以使用与本文所述相似或等同的任何方法和材料。本说明书中提到的所有文献通过引用并入，用以公开和描述与所述文献相关的方法和/或材料。在与任何并入的文献冲突时，以本说明书的内容为准。
实施例1
本实施例为一种示例性提高乳糖-N-二糖热稳定性的方法，即包埋LNB的卵清白蛋白/羧甲基纤维素纳米粒子的制备例，具体地，其包括以下步骤：
步骤一、制备卵清白蛋白/羧甲基纤维素纳米粒子：
将浓度均为50mg/mL卵清白蛋白溶液和羧甲基纤维素溶液按体积比1:1.5搅拌混合均匀，在pH值为6.0、温度为4℃条件下反应15h，反应后冷冻干燥，得到卵清白蛋白/羧甲基纤维素固体颗粒；将卵清白蛋白/羧甲基纤维素固体颗粒与水按质量比1：2混合均匀，在pH值为4.5、温度为90℃的条件下反应20min后冷冻干燥，得到卵清白蛋白/羧甲基纤维素纳米粒子；
步骤二、将乳糖-N-二糖包埋在卵清白蛋白/羧甲基纤维素纳米粒子中：
将卵清白蛋白/羧甲基纤维素纳米粒子与水混合后得到浓度为60mg/mL的卵清白蛋白/羧甲基纤维素溶液，将卵清白蛋白/羧甲基纤维素纳米溶液与浓度为60mg/mL的乳糖-N-二糖溶液按1:1的体积比混合震荡，在pH值为7.0、温度为4℃条件下反应24h后冷冻干燥，得到包埋乳糖-N-二糖的卵清白蛋白/羧甲基纤维素纳米粒子。
图1为卵清白蛋白/羧甲基纤维素纳米粒子的扫描电镜图，图1中卵清白蛋白与羧甲基纤维素通过静电相互作用形成卵清白蛋白/羧甲基纤维素纳米粒子。图2为包埋乳糖-N-二糖的蛋白质/多糖纳米粒子的扫描电镜图，从图中可以看出，乳糖-N-二糖成功被包埋在蛋白质/多糖纳米粒子中。
将制备得到的包埋乳糖-N-二糖的卵清白蛋白/羧甲基纤维素纳米粒子与未包埋的乳糖-N-二糖粒子在90℃条件下处理30min后，结果如图3所示，未经包埋的对照组LNB完全分解，而经包埋处理后LNB剩余率高达78.9％，表现出良好的热稳定性。
实施例2
本实施例为一种示例性提高乳糖-N-二糖热稳定性的方法，即包埋LNB的酪蛋白/果胶纳米粒子的制备例，具体地，其包括以下步骤：
步骤一、制备酪蛋白/果胶纳米粒子：
将浓度均为10mg/mL酪蛋白溶液和果胶溶液按体积比1:5搅拌混合均匀，在pH值为6.0、温度为18℃条件下反应10h，反应后冷冻干燥，得到酪蛋白/果胶固体颗粒；将酪蛋白/果胶固体颗粒与水按质量比1：0.2混合均匀，在pH值为4.0、温度为80℃的条件下反应90min后冷冻干燥，得到酪蛋白/果胶纳米粒子；
步骤二、将乳糖-N-二糖包埋在酪蛋白/果胶纳米粒子中：
将酪蛋白/果胶纳米粒子与水混合后得到浓度为10mg/mL的酪蛋白/果胶纳米溶液，将酪蛋白/果胶纳米溶液与浓度为10mg/mL的乳糖-N-二糖溶液按2:1的体积比混合震荡，在pH值为6.0、温度为20℃条件下反应40h后冷冻干燥，得到包埋乳糖-N-二糖的酪蛋白/果胶纳米粒子。
将制备得到的包埋乳糖-N-二糖的酪蛋白/果胶纳米粒子与未包埋的乳糖-N-二糖粒子在90℃条件下处理30min后，结果如图4所示，未经包埋的对照组LNB完全分解，而经包埋处理后LNB剩余率高达76.2％，表现出良好的热稳定性。
实施例3
本实施例为一种示例性提高乳糖-N-二糖热稳定性的方法，即包埋LNB的卵清白蛋白/果胶纳米粒子的制备例，具体地，其包括以下步骤：
步骤一、制备卵清白蛋白/果胶纳米粒子：
将浓度均为100mg/mL卵清白蛋白溶液和果胶溶液按体积比1:3搅拌混合均匀，在pH值为8.0、温度为10℃条件下反应13h，反应后冷冻干燥，得到卵清白蛋白/果胶固体颗粒；将卵清白蛋白/果胶固体颗粒与水按质量比1：0.5混合均匀，在pH值为7.0、温度为80℃的条件下反应30min后冷冻干燥，得到卵清白蛋白/果胶纳米粒子；
步骤二、将乳糖-N-二糖包埋在卵清白蛋白/果胶纳米粒子中：
将卵清白蛋白/果胶纳米粒子与水混合后得到浓度为40mg/mL的卵清白蛋白/果胶纳米溶液，将卵清白蛋白/果胶纳米溶液与浓度为40mg/mL的乳糖-N-二糖溶液按1:1的体积比混合震荡，在pH值为8.0、温度为20℃条件下反应48h后冷冻干燥，得到包埋乳糖-N-二糖的卵清白蛋白/果胶纳米粒子。
将制备得到的包埋乳糖-N-二糖的卵清白蛋白/果胶纳米粒子与未包埋的乳糖-N-二糖粒子在90℃条件下处理30min后，结果如图5所示，未经包埋的对照组LNB完全分解，而经包埋处理后LNB剩余率高达74.5％，表现出良好的热稳定性。
实施例4
本实施例为一种示例性提高乳糖-N-二糖热稳定性的方法，即包埋LNB的大豆蛋白/阿拉伯胶纳米粒子的制备例，具体地，其包括以下步骤：
步骤一、制备大豆蛋白/阿拉伯胶纳米粒子：
将浓度均为0.1mg/mL大豆蛋白溶液和阿拉伯胶溶液按体积比1:1搅拌混合均匀，在pH值为7.0、温度为12℃条件下反应11h，反应后冷冻干燥，得到大豆蛋白/阿拉伯胶固体颗粒；将大豆蛋白/阿拉伯胶固体颗粒与水按质量比1：5混合均匀，在pH值为6.0、温度为100℃的条件下反应10min后冷冻干燥，得到大豆蛋白/阿拉伯胶纳米粒子；
步骤二、将乳糖-N-二糖包埋在大豆蛋白/阿拉伯胶纳米粒子中：
将大豆蛋白/阿拉伯胶纳米粒子与水混合后得到浓度为60mg/mL的大豆蛋白/阿拉伯胶纳米溶液，将大豆蛋白/阿拉伯胶纳米溶液与浓度为60mg/mL的乳糖-N-二糖溶液按1:1的体积比混合震荡，在pH值为7.0、温度为45℃条件下反应24h后冷冻干燥，得到包埋乳糖-N-二糖的大豆蛋白/阿拉伯胶纳米粒子。
将制备得到的包埋乳糖-N-二糖的大豆蛋白/阿拉伯胶纳米粒子与未包埋的乳糖-N-二糖粒子在90℃条件下处理30min后，结果如图6所示，未经包埋的对照组LNB完全分解，而经包埋处理后LNB剩余率高达71.9％，表现出良好的热稳定性。
综上可以看出，通过本发明包埋处理后LNB在90℃条件下处理后的剩余率高达70％以上。这是由于本发明将LNB包埋在蛋白质/多糖纳米颗粒中，蛋白质/多糖纳米颗粒性能稳定、实现对热的良好稳定性，对LNB起到良好的保护作用，保护LNB的活性与益生元特性。使LNB能应用于婴幼儿配方食品中，便于加工利用，具有广阔的市场前景。
尽管本发明已经参考示例性实施方案进行了描述，但应理解本发明不限于公开的示例性实施方案。在不背离本发明的范围或精神的情况下，可对本发明说明书的示例性实施方案做多种调整或变化。权利要求的范围应基于最宽的解释以涵盖所有修改和等同结构与功能。
Claims (1)
1.一种提高乳糖-N-二糖热稳定性的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一、制备蛋白质/多糖纳米粒子：
将蛋白质溶液和多糖溶液混合均匀，反应后冷冻干燥，得到蛋白质/多糖固体颗粒；所述蛋白质为卵清白蛋白、酪蛋白或大豆蛋白，所述多糖为羧甲基纤维素、果胶或阿拉伯胶；蛋白质溶液的浓度为0.1～100mg/mL，多糖溶液的浓度为0.1～100mg/mL，蛋白质溶液与多糖溶液的体积比为1：1～5，蛋白质溶液与多糖溶液的反应条件为：pH值5.0～9.0、温度4～38℃；
将蛋白质/多糖固体颗粒与水混合均匀，反应后冷冻干燥，得到蛋白质/多糖纳米粒子；蛋白质/多糖固体颗粒与水的质量比为1：0.2～5，蛋白质/多糖固体颗粒与水的反应条件为：pH值2.0～6.0、温度80～100℃；
步骤二、将乳糖-N-二糖包埋在蛋白质/多糖纳米粒子中：
将蛋白质/多糖纳米粒子与水混合后得到蛋白质/多糖纳米溶液，将蛋白质/多糖纳米溶液与乳糖-N-二糖溶液混合震荡，反应后冷冻干燥，得到包埋乳糖-N-二糖的蛋白质/多糖纳米粒子；蛋白质/多糖纳米溶液的浓度为10～60mg/mL，乳糖-N-二糖溶液的浓度为10～60mg/mL，蛋白质/多糖纳米溶液与乳糖-N-二糖溶液的反应条件为：pH值 2.0～9.0、温度1～55℃。
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