CN113368130A - 一种纤维状载铁复合物及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种纤维状载铁复合物及其制备方法，包括如下步骤：将乳清分离蛋白与载铁阿拉伯胶粉末按质量比(9～19):1溶于水中，得到第一前驱体溶液，搅拌，得到分散液；调节分散液的pH值为2.0～3.0，在85℃～95℃加热4h～12h，得到质量浓度为1％～2％的纤维状载铁复合物；本发明得到的纤维状载铁复合物在感官品质上得到了进一步的提升，质地均匀、呈乳白色、掩盖了铁腥味且无异味，作为口服铁强化剂具有极大的应用发展潜力。
Description
技术领域
本发明属于载铁复合物制备技术领域，具体属于一种纤维状载铁复合物及其制备方法。
背景技术
铁是人体最重要的矿物质之一，对于维持生物体的正常功能，尤其是辅助因子在代谢和免疫功能调节中至关重要。世界卫生组织的一份报告显示，全世界有约1/4的4～14岁儿童和四分之一的孕妇患有贫血，由于膳食中铁不足，吸收不良和铁的过度损失，缺铁性贫血(IDA)是一个主要的全球公共卫生问题。多年来各国学者在研发价格低廉、副作用小的铁强化剂方面做了很多努力和尝试。大多数生物可利用的水溶性铁强化剂，如硫酸亚铁和乙二胺四乙酸铁钠(EDTA-FeNa)，价格便宜、铁含量较高，但其理化性质不稳定，易与食品基质中的脂质、维生素等敏感成分发生反应，使其氧化降解，造成食品变质变色，引起食品出现不良感官变化。更重要的是，具有浓重铁腥味，胃肠刺激强烈，稳定性差，在铁代谢吸收过程中可变性高。而难溶性强化剂如焦磷酸铁、富马酸亚铁，避免了胃中瞬间浓度过大，胃肠刺激稍有降低。但在液体食品基质中具有较低的生物利用度或聚集性，具有铁腥味、易引起食品变色，生产与储存难度较大。
最新研究表明，大分子-铁复合物可被人体吸收，且生物相容性不低于硫酸亚铁，是一种具有广阔前景的铁补充剂。其中多糖-铁复合物由于其较好的稳定性、水溶性和较小的副作用，在生理条件下高铁浓度下无毒，铁复合物可作为铁强化剂添加至食品中来预防缺铁性贫血。然而，有研究表明，多糖-铁复合物与无机铁盐相比未显示出明显的优势，多糖-铁复合物在模拟胃液中迅速水解成无机铁离子，引起胃肠刺激，降低其生物利用度。因此，构建感官性能良好、具有较高生物利用度和较低反应活性的载铁复合物，被认为是新型铁强化剂的开发策略。
前期研究发现，WPI与GAFe3+在一定配比、浓度、温度和pH下可静电组装形成纳米微球，可有效包载铁离子并在模拟胃液pH下稳定存在。WPI/GA Fe3+纳米微球外观呈粉末状、质地稍粗糙、浅褐色、虽已掩盖铁腥味但稍有异味。此外，WPI/GA Fe3+纳米微球在模拟肠液中铁离子释放速率相对较慢，不利于铁离子的小肠靶向递送。
发明内容
为了解决现有技术中存在的问题，本发明的目的提供一种感官性能良好、具有较高生物利用度和较低反应活性的纤维状载铁复合物及其制备方法，该纤维状载铁复合物能改善多糖铁的感官特性，提高在模拟胃液下的稳定性，实现铁离子的小肠靶向释放和吸收。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种纤维状载铁复合物的制备方法，包括如下步骤：
S1将乳清分离蛋白与载铁阿拉伯胶粉末按质量比(9～19):1溶于水中，得到第一前驱体溶液，搅拌，得到分散液；
S2调节分散液的pH值为2.0～3.0，在85℃～95℃加热4h～12h，得到质量浓度为1％～2％的纤维状载铁复合物。
进一步的，步骤S1中，所述乳清分离蛋白与载铁阿拉伯胶粉末的质量比为15:1。
进一步的，步骤S1中，所述乳清分离蛋白与载铁阿拉伯胶粉末溶于去离子水中。
进一步的，步骤S1中，将所述搅拌采用磁力搅拌器。
进一步的，步骤S1中，所述搅拌的转速为300rpm～500rpm，时间为3h～5h。
进一步的，步骤S2中，所述分散液的pH值为3。
进一步的，步骤S2中，所述加热的温度为90℃，加热时间为5h。
进一步的，步骤S2中，所述质量浓度为2％。
本发明还提供一种纤维状载铁复合物，根据上述制备方法制得，所述载铁阿拉伯胶粉末沉积在乳清分离蛋白纤维交叉节点处，
进一步的，所述纤维状载铁复合物作为口服铁强化剂，所述口服铁强化剂在pH值为7.5时，Fe3+的释放率大于80％。
与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：
本发明提供一种纤维状载铁复合物的制备方法，采用WPI和GAFe3+在特定酸热条件下诱导发生疏水聚集形成的纤维状载铁复合物，得到形貌可控的WPI/GAFe3+纤维状复合物，即为载铁复合物，本发明的制备方法中严格控制制备过程中WPI和GAFe3+的质量比、WPI溶液和GAFe3+溶液混合后的溶液pH值、混合物浓度、加热温度和时间，从而得到能在模拟胃液pH下能稳定存在，在模拟肠液中快速释放铁离子的纤维状载铁复合物，显著提高了铁离子的生物利用度。
本发明得到的纤维状载铁复合物中GAFe3+沉积在WPI纤维交叉节点处，结构致密。与球状载铁复合物相比，在感官品质上得到了进一步的提升，质地均匀、呈乳白色、掩盖了铁腥味且无异味，作为口服铁强化剂具有极大的应用发展潜力。
附图说明
图1为WPI纤维、GAFe3+、不同原料质量比的WPI/GAFe3+复合物的TEM图，其中A为WPI纤维的TEM图、B为GAFe3+的TEM图、C为质量比为15:1的WPI/GAFe3+复合物的TEM图、D为质量比19:1WPI/GAFe3+复合物的TEM图；
图2为在仿生动态模拟系统中和WPI/GAFe3+纤维状复合物(○)和WPI/GAFe3+球状复合物(□)的铁离子释放率；
图3为WPI/GAFe3+纤维状载铁复合物的风味的主成分分析图；
图4为WPI/GAFe3+纤维状载铁复合物风味的雷达图；
图5为WPI/GAFe3+载铁复合物的感官剖析。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的说明。
本发明提供一种纤维状载铁复合物的制备方法，包括如下步骤：
S1用1M HCl处理氢离子交换树脂4h，用去离子水充分洗涤游离氯离子。配制浓度为0.5M FeCl3溶液。将FeCl3溶液加入树脂中3h，用去离子水洗涤，用0.5M AgNO3溶液检测树脂中的游离氯离子是否被完全除去。将质量浓度为15％阿拉伯胶(GA)溶液加入氢离子交换树脂中3h～5h，对交换后的GA溶液进行透析后，冷冻干燥，得到载铁阿拉伯胶(GAFe3+)；
将乳清分离蛋白与载铁阿拉伯胶粉末按质量比(9～19):1溶于去离子水中，得到第一前驱体；
S2将第一前驱体置于磁力搅拌器中在300～500rpm条件下搅拌3～5h，得到分散液；
S3调节分散液的pH值为2.0～3.0，置于水浴锅中在85℃～95℃，加热时间4～12h，得到质量浓度为1％～2％的纤维状载铁复合物溶液。
实施例1
取质量比为9:1的WPI和GAFe3+粉末样品溶于去离子水中，混合物磁力搅拌3h，调节样品的pH值至3.0并在85℃下加热12h，得到2.0％(w/w)浓度的WPI/GA Fe3+纤维状复合物溶液。较高比例多糖的存在阻碍纤维的形成，得到的WPI/GAFe3+纤维状复合物较少，因此铁含量仅为3.17±0.07mg/g。
实施例2
取质量比为15:1的WPI和GAFe3+粉末样品溶于去离子水中，混合物磁力搅拌3h，调节样品的pH值至2.5并在90℃下加热4h，得到1.5％(w/w)浓度的WPI/GAFe3+纤维状载铁复合物溶液。
实施例3
取质量比为15:1的WPI和GAFe3+的粉末样品溶于去离子水中，混合物磁力搅拌3h，调节样品的pH值至3.0并在95℃下加热5h，得到2.0％(w/w)浓度的WPI/GAFe3+纤维状载铁复合物溶液。
实施例4
取质量比为15:1的WPI和GAFe3+的粉末样品溶于去离子水中，混合物磁力搅拌3h，调节样品的pH值至3.0并在90℃下加热5h，得到2.0％(w/w)浓度的WPI/GAFe3+纤维状载铁复合物溶液。
实施例5
取质量比为19:1的WPI和GAFe3+的粉末样品溶于去离子水中，混合物磁力搅拌3h，调节样品的pH值至3.0并在90℃下加热8h，得到2.0％(w/w)浓度的WPI/GAFe3+纤维状载铁复合物溶液。
实施例6
取质量比为19:1的WPI和GAFe3+的粉末样品溶于去离子水中，混合物磁力搅拌3h。调节样品的pH值至3.0并在85℃下加热10h，得到1.0％(w/w)的WPI/GAFe3+纤维状载铁复合物溶液。
对比例1
取质量比为9:1的WPI和GAFe3+的粉末样品溶于去离子水中，混合物磁力搅拌3h调节样品的pH值至1.0，90℃下加热5h制备2.0％(w/w)的WPI/GAFe3+混合物溶液。由于高浓度多糖的存在阻碍纤维的形成，未能形成纤维。
对比例2
取质量比为1:1的WPI和GAFe3+的粉末样品溶于去离子水中，混合物磁力搅拌3h调节样品的pH值至4.0，90℃下加热5h制备5.0％(w/w)的WPI/GAFe3+混合物溶液。该pH下长时间加热蛋白易发生桥连聚集而发生相分离，因此出现大量絮状沉淀，未形成纤维状载铁复合物。
对比例3
取质量比为5:1的WPI和GAFe3+的粉末样品溶于去离子水中，混合物磁力搅拌3h调节样品的pH值至3.0，85℃下加热4h制备1.0％(w/w)的WPI/GAFe3+混合物溶液。多糖比例过高阻碍纤维的形成，该条件下未见WPI/GAFe3+纤维状复合物形成。
其中，实施例1～6制备得到的WPI/GAFe3+纤维状复合物溶液及对比例1～3中得到的产物的各项性能数据见表1。
表1 WPI/GAFe3+纤维状复合物的结合率、铁含量
由表1可知，WPI/GAFe3+纤维状复合物的总浓度为2.0％，WPI和GAFe3+的混合质量比为15:1，pH为3.0，90℃下加热5h时，WPI/GAFe3+纤维状复合物的结合率最高，且载铁含量最高(11.88±0.01mg/g)。
由表1中对比例的各项性能数据可以看出，当WPI与GAFe3+的质量比或其混合溶液的pH值偏离本发明中限定的范围，则出现蛋白絮凝引起的沉淀现象。
如图1所示，与纯的WPI纤维(图1A)和GAFe3+(图1B)相比，在WPI与GAFe3+的质量比例为15:1(图1C)或19:1(图1D)，加热时间5h时，得到的WPI/GAFe3+复合物，均能在纤维节点处找到明显的GAFe3+沉积。在纤维状复合物体系中，近似球形的GAFe3+比纯GAFe3+粒径小，这可能是因为GA分子中含AG和GP组分，而该两种组分会在热处理过程中形成类AGP结构，从而使该分子结构更加致密，粒径更小。
本发明使用仿生动态胃肠消化系统对纤维状载铁复合物的消化特性进行评价，更准确的反映了纤维状载铁复合物的消化特性，图2显示了在仿生动态胃肠消化系统中的铁离子释放特性，从图2中可以看出WPI/GAFe3+纤维状复合物在模拟胃液中释放率较低，与WPI/GAFe3+球状复合物相接近，在胃液环境下能保持结构稳定。这可能是由于WPI/GAFe3+纤维状在pH2.0时稳定性好，相对疏水表面延缓了消化酶与之接触，因此Fe3+的水解率较低。但胃蛋白酶的存在会导致纤维结构逐渐解体。
在模拟肠液中胰酶进一步发生酶解，WPI/GAFe3+纤维状复合物结构进一步被破坏，Fe3+的释放率显著升高(>80％)，明显高于WPI/GAFe3+球状复合物。对于口服铁强化剂而言，pH7.5下Fe3+的快速释放有利于其在十二指肠中被吸收，可明显提升铁离子的生物利用度。
图3显示WPI/GAFe3+纤维状复合物及其组成成分的平行检测数据均可独立成群，表明电子鼻分析检测重现性好。且WPI/GAFe3+纤维状复合物及其组成成分的PC1和PC2的累计方差贡献率为99％，大于85％，说明PC1和PC2包含的信息量大，能够反映WPI/GAFe3+纤维状复合物及其组成成分气味的整体信息。图3中，区分指数(discrimination index，DI)为电子鼻软件提供的样品区分程度的表征值，该值与区分程度成线性相关。DI最大值为100，本实验中99，表明区分有效。从图3可以看出，FeCl3与WPI/GAFe3+纤维状复合物分布区域较远，说明其在铁腥味上差别明显。通过提取各个传感器的响应值，建立了不同样品的指纹图谱，从图4中可以看到，传感器W5S、W2W、W1W分别表示氮氧化合物、芳香成分和硫化物，FeCl3的响应值与GA、WPI、WPI/GAFe3+纤维状复合物存在明显的区别，可以表明WPI/GAFe3+纤维复合物能有效掩盖铁腥味。
图5显示了通过感官评定小组对WPI/GAFe3+复合物的组织状态、色泽、风味进行感官评价，评价结果见下表2，发现WPI/GAFe3+纤维状复合物感官特性良好，质地细腻、无异味。WPI/GAFe3+纤维状复合物粉末呈乳白色，质地光滑且分布均匀。
表2不同WPI/GAFe3+载铁复合物的感官评价
本发明采用的检测方法：
(1)WPI/GAFe3+纤维状复合物的TEM分析方法：
用移液枪吸取20μL 0.02％的WPI/GAFe3+复合物分散液置于多孔碳Cu网格上并在室温下干燥。接着用毛细管吸取1％(w/w)的磷钨酸(水浴超声20min，0.22μm滤膜过滤)滴加至铜网表层，室温干燥后，采用高分辨率TEM(Tecnai G2 20，Netherlands)对样品成像。
(2)仿生动态胃肠消化系统的测定方法：
模拟胃液：将KCl(0.514g/L)、KH2PO4(0.1224g/L)、NaHCO3(2.1g/L)、MgCl2(H2O)6(0.0203g/L)、CaCl2(H2O)2(0.022g/L)、(NH4)2CO3(0.048g/L)和NaCl(0.02g/L)溶于一定量超纯水中，用盐酸(HCl)调节pH至2，再加入胃蛋白酶(0.032g/L)，添加超纯水至300mL，37℃恒温至胃蛋白酶完全溶解。
模拟肠液：将KCl(0.514g/L)、KH2PO4(0.1224g/L)、NaHCO3(7.14g/L)、MgCl2(H2O)6(0.067g/L)、CaCl2(H2O)2(0.088g/L)和NaCl(0.02g/L)溶于超纯水中，用1M NaOH调节pH值至7.5，加入胰酶(0.1g/L)和胆盐(0.025g/L)，添加超纯水至300mL，37℃恒温至胰酶和胆盐完全溶解。
参数设置：首先设置箱体温度为37℃，将模拟胃液和肠液放入消化液加注区域针管内。模拟胃液在前15min以4.8mL/min的速度注射到胃中(模拟食物进入胃中，刺激胃酸分泌过程)，再调整至2.4mL/min注射105min。待模拟胃液注射完毕，再将模拟肠液以2.8mL/min的速度注射240min至小肠中。食管装置上下阀打开时间为0.1min，食管速度为200rpm，胃倾斜角为±15°，持续时间为30min。胃蠕动前进速度为150mm/min，回位速度为800mm/min。幽门装置松开和夹紧速度为36mm/min，松开时间为1min，夹紧时间为30min。十二指肠挤压装置运行段速为200rpm，十二指肠阀夹紧时间30min，松开时间1min，循环四个周期。小肠蠕动分三阶段：第一阶段以1200mm/min速率运行1min，第二阶段以600mm/min速率运行60min，第三阶段以500mm/min速率运行。小肠阀夹紧时间为30min，松开时间为1min，循环4个周期。
将配制好的浓度为2％的球状复合物和纤维状复合物由进样口注入。胃中消化总时长为120min，消化过程中每隔30min取样一次；肠内消化总时长为240min，消化过程中每隔60min取样一次，采用邻菲罗啉比色法测定模拟胃肠液中铁离子的释放率。
(3)WPI/GAFe3+纤维状复合物的电子鼻分析方法
利用电子鼻进行复合物的气味评价。取10mL液态样品于30mL电子鼻专用顶空瓶测定。测定条件：加热箱温度40℃，震荡速度500r/min，以合成的干燥空气为载体，流速150mL/min，每个样品平行测定3次。
(4)WPI/GAFe3+纤维状复合物的感官分析方法：
由10个人组成的感观分析小组对WPI/GAFe3+复合物的组织状态、色泽、风味进行评价。
Claims (10)
1.一种纤维状载铁复合物的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1将乳清分离蛋白与载铁阿拉伯胶粉末按质量比(9～19):1溶于水中，得到第一前驱体溶液，搅拌，得到分散液；
S2调节分散液的pH值为2.0～3.0，在85℃～95℃加热4h～12h，得到质量浓度为1％～2％的纤维状载铁复合物。
2.根据权利要求1所述的一种纤维状载铁复合物的制备方法，其特征在于，步骤S1中，所述乳清分离蛋白与载铁阿拉伯胶粉末的质量比为15:1。
3.根据权利要求1所述的一种纤维状载铁复合物的制备方法，其特征在于，步骤S1中，所述乳清分离蛋白与载铁阿拉伯胶粉末溶于去离子水中。
4.根据权利要求1所述的一种纤维状载铁复合物的制备方法，其特征在于，步骤S1中，将所述搅拌采用磁力搅拌器。
5.根据权利要求1所述的一种纤维状载铁复合物的制备方法，其特征在于，步骤S1中，所述搅拌的转速为300rpm～500rpm，时间为3h～5h。
6.根据权利要求1所述的一种纤维状载铁复合物的制备方法，其特征在于，步骤S2中，所述分散液的pH值为3。
7.根据权利要求1所述的一种纤维状载铁复合物的制备方法，其特征在于，步骤S2中，所述加热的温度为90℃，加热时间为5h。
8.根据权利要求1所述的一种纤维状载铁复合物的制备方法，其特征在于，步骤S2中，所述质量浓度为2％。
9.一种纤维状载铁复合物，其特征在于，根据权利要求1所述的制备方法制得，所述载铁阿拉伯胶粉末沉积在乳清分离蛋白纤维交叉节点。
10.根据权利要求9所述的一种纤维状载铁复合物，其特征在于，所述纤维状载铁复合物作为口服铁强化剂，所述口服铁强化剂在pH值为7.5时，Fe3+的释放率大于80％。
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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