CN113647626B - 一种载类胡萝卜素的植物蛋白纳米微囊及其制备方法和应用 - Google Patents
一种载类胡萝卜素的植物蛋白纳米微囊及其制备方法和应用 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种载类胡萝卜素的植物蛋白纳米微囊及其制备方法和应用，属于食品技术领域。其包括以下步骤：向植物蛋白溶液中加入有机造孔剂制成得到造孔植物蛋白纳米球；造孔植物蛋白纳米球与得到类胡萝卜素溶液在真空浸渍处理得到初载植物蛋白纳米微囊，在初载植物蛋白纳米微囊最外层包裹植物蛋白层，得到载类胡萝卜素的植物蛋白纳米微囊。本发明的类胡萝卜素的植物蛋白纳米微囊，大大提高了类胡萝卜素稳定性、抗氧化性、水溶性以及生物活性，并且更容易穿越消化道屏障，具有缓释和靶向运输的功效。
Description
技术领域
本发明涉及食品技术领域，具体涉及一种载类胡萝卜素的植物蛋白纳米微囊及其制备方法和应用。
背景技术
类胡萝卜素是生物体内通过类异戊二烯途径合成而呈现黄色、橙红色和红色的一大类萜类色素物质。类胡萝卜素主要的功能之一是体内的抗氧化功能，可以保护体内电子传递媒介物质不被氧化。文献报道类胡萝卜素的抗氧化机理包括淬灭激发态的电子类化合物和淬灭活性基团化合物。可以降低光、氧和光敏色素在细胞内的氧化损伤，可以抑制双氧水和氢氧基、超氧自由基等导致的氧化损伤，β-胡萝卜素和含β-环的胡萝卜素是人类及动物体内维生素A合成的前体。许多其它非维生素A类胡萝卜素如叶黄体素和玉米黄质对人体也是非常有益的，它们具有抗癌和抗心血管疾病等作用。正因为类胡萝卜素的抗氧化性较强所以，在仓储保存过程中，很容易被氧化，而且溶解性差，在消化道中稳定性差、容易被消化道菌群代谢、消化道屏障等原因，导致口服生物利用度很低。
随着纳米技术的发展，越来越多的研究表明，难溶性生物活性物质一旦荷载于一些特定的纳米颗粒，其稳定性、水溶性、生物活性和生物效价均可显著提高，因此纳米微胶囊输送载体是一条有效增加生物活性物质的途径。蛋白质是一类天然折叠的高分子化合物，蛋白基纳米复合物可以显著提高生物活性物质的溶解性和稳定性，以及生物活性和生物效价，食物源蛋白质作为构建生物活性物质输送载体的基质具有以下优点：1、蛋白质肽链含有多种不同的氨基酸残基，可与多种生物活性小分子相互作用，用于荷载极性或疏水性生物活性物质；2、蛋白质具有多个疏水结合区域，对活性物质的荷载量更高，并能与活性物质共组装形成纳米颗粒；3、食物蛋白质作为天然食物成分，具有可靠的安全性、生物相容性，并且经蛋白酶水解后能产生多肽片段，这些多肽可能具有抗氧化、降血压、降血糖等功效；4、蛋白质分子中含有氨基、巯基等功能基团，可进行表面修饰，使蛋白基纳米输送载体具有靶向输送、吸收增强等特性。
目前微囊技术可以利用蛋白实现类胡萝卜素运载，常用的微囊技术主要是乳液法，但在乳液法中，存在类胡萝卜素的化学稳定性和水溶性差，担载量也较低的情况。
发明内容
本发明的目的是提供一种载类胡萝卜素的植物蛋白纳米微囊及其制备方法和应用，以解决现有微囊乳液制备中，存在类胡萝卜素的化学稳定性和水溶性差，担载量较低的问题。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：
本发明提供了一种载类胡萝卜素的植物蛋白纳米微囊的制备方法，包括以下步骤：
(1)将植物蛋白加水溶解配成的植物蛋白溶液，调节pH至6-8后，加入有机造孔剂混合分散均匀后进行水热反应，经过滤、洗涤、干燥后，得到造孔植物蛋白纳米球；
(2)将类胡萝卜素溶解在溶剂中，搅拌均匀，得到类胡萝卜素溶液；
(3)将造孔植物蛋白纳米球加入到类胡萝卜素溶液，真空浸渍处理后，过滤、干燥后，得到初载植物蛋白纳米微囊；
(4)将初载植物蛋白纳米微囊置于植物蛋白水溶液中，混合分散均匀进行加热反应后，经干燥处理，完成植物蛋白在初载植物蛋白纳米微囊外表面包裹后，得到载类胡萝卜素的植物蛋白纳米微囊；
在载类胡萝卜素的植物蛋白纳米微囊中，类胡萝卜素与植物蛋白的重量比为(0.001～0.5):1。
进一步地，所述植物蛋白包括：大豆蛋白、豌豆蛋白、小米蛋白、小麦蛋白、玉米蛋白、大米蛋白和花生蛋白中的任意一种或几种；植物蛋白溶液的浓度为2～5wt％。
进一步地，所述类胡萝卜素包括：叶黄素、玉米黄素、胡萝卜素、番茄红素、虾青素、隐黄质、辣椒红、辣椒玉红素、虾红素、海胆烯酮、蒲公英黄质、新黄质和柠黄质中的任意一种或几种；所述类胡萝卜素的浓度为 1～20g/cm3。
进一步地，步骤(1)中的所述有机造孔剂包括：聚乙二醇；有机造孔剂在植物蛋白溶液中的浓度为0.01～0.1wt％。
进一步地，步骤(1)中的所述水热反应过程包括：温度40～60℃，超声搅拌反应1～10h，超声频率10～100kHz。
进一步地，步骤(2)中的溶剂包括：甲醇、乙醇、丁醇、乙酸乙酯、和丙酮中的任意一种或几种。
进一步地，步骤(3)中的所述真空浸渍过程包括：压力0.1～0.2Mpa，浸渍0.5～1h。
进一步地，步骤(4)中的所述加热反应过程包括：温度3～10℃，搅拌反应1～1.5h。
本发明还提供了载类胡萝卜素的植物蛋白纳米微囊的制备方法制得的载类胡萝卜素的植物蛋白纳米微囊。
本发明还提供了载类胡萝卜素的植物蛋白纳米微囊在食品添加剂中的应用。
本发明具有以下有益效果：
1、本发明的类胡萝卜素的植物蛋白纳米微囊，大大提高了类胡萝卜素稳定性、抗氧化性、水溶性以及生物活性，并且更容易穿越消化道屏障，具有缓释和靶向运输的功效。
2、本发明的制备方法适应范围广，大多数类胡萝卜素都能制备成植物蛋白纳米微囊粉，可以根据需求调节成本和更多的载体选择。同时，该制备方法步骤简单，便于生产操作。
3、本发明采用有机造孔剂制成造孔植物蛋白纳米球，通过真空浸渍的方式将类胡萝卜素浸渍填充到造孔植物蛋白纳米球的孔隙中，再进行封堵，形成完整的植物蛋白纳米微囊，有效客户了乳液法导致的类胡萝卜素的化学稳定性和水溶性差的问题，通过先造孔后填充的方式有效提高类胡萝卜素的担载量。并且还能控制载类胡萝卜素的植物蛋白纳米微囊最外层植物蛋白的厚度来调节控制植物蛋白的溶解速度以及类胡萝卜素的释放速度。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
实施例1：
在本实施例中植物蛋白为大豆蛋白，类胡萝卜素为玉米黄质，步骤(2) 中的溶剂为甲醇。
本实施例的载类胡萝卜素的植物蛋白纳米微囊的制备方法，包括以下步骤：
(1)将植物蛋白加水溶解配成浓度为2wt％的植物蛋白溶液，调节pH 至6后，加入有机造孔剂混合分散均匀后进行水热反应，经过滤、洗涤、干燥后，得到造孔植物蛋白纳米球；
其中，水热反应过程包括：温度40℃，超声搅拌反应10h，超声频率 10kHz；
所述有机造孔剂包括：聚乙二醇；有机造孔剂在植物蛋白溶液中的浓度为0.01wt％
(2)将类胡萝卜素溶解在溶剂中，搅拌均匀，得到浓度为1g/cm3的类胡萝卜素溶液；
(3)将造孔植物蛋白纳米球加入到类胡萝卜素溶液，真空浸渍处理后，过滤、干燥后，得到初载植物蛋白纳米微囊；其中，真空浸渍过程包括：压力0.1Mpa，浸渍1h
(4)将初载植物蛋白纳米微囊置于植物蛋白水溶液中，混合分散均匀进行加热反应后，经干燥处理，完成植物蛋白在初载植物蛋白纳米微囊外表面包裹后，得到载类胡萝卜素的植物蛋白纳米微囊；
其中，加热反应过程包括：温度3℃，搅拌反应1.5h。
在载类胡萝卜素的植物蛋白纳米微囊中，类胡萝卜素与植物蛋白的重量比为0.001:1。
在本实施例中，得到的载类胡萝卜素的植物蛋白纳米微囊中包埋率为 96.4％，获得率为94.7％。
实施例2：
在本实施例中植物蛋白为小麦蛋白，类胡萝卜素为虾青素，步骤(2) 中的溶剂为乙醇。
本实施例的载类胡萝卜素的植物蛋白纳米微囊的制备方法，包括以下步骤：
(1)将植物蛋白加水溶解配成浓度为3wt％的植物蛋白溶液，调节pH 至7后，加入有机造孔剂混合分散均匀后进行水热反应，经过滤、洗涤、干燥后，得到造孔植物蛋白纳米球；
其中，水热反应过程包括：温度50℃，超声搅拌反应4h，超声频率50kHz；
所述有机造孔剂包括：聚乙二醇；有机造孔剂在植物蛋白溶液中的浓度为0.05wt％
(2)将类胡萝卜素溶解在溶剂中，搅拌均匀，得到浓度为7g/cm3的类胡萝卜素溶液；
(3)将造孔植物蛋白纳米球加入到类胡萝卜素溶液，真空浸渍处理后，过滤、干燥后，得到初载植物蛋白纳米微囊；其中，真空浸渍过程包括：压力0.1Mpa，浸渍1h
(4)将初载植物蛋白纳米微囊置于植物蛋白水溶液中，混合分散均匀进行加热反应后，经干燥处理，完成植物蛋白在初载植物蛋白纳米微囊外表面包裹后，得到载类胡萝卜素的植物蛋白纳米微囊；
其中，加热反应过程包括：温度5℃，搅拌反应1.5h。
在载类胡萝卜素的植物蛋白纳米微囊中，类胡萝卜素与植物蛋白的重量比为0.005:1。
在本实施例中，得到的载类胡萝卜素的植物蛋白纳米微囊中包埋率为 97.1％，获得率为95.3％。
实施例3：
在本实施例中植物蛋白为大米蛋白，类胡萝卜素为番茄红素，步骤(2) 中的溶剂为丙酮。
本实施例的载类胡萝卜素的植物蛋白纳米微囊的制备方法，包括以下步骤：
(1)将植物蛋白加水溶解配成浓度为4wt％的植物蛋白溶液，调节pH 至6-8后，加入有机造孔剂混合分散均匀后进行水热反应，经过滤、洗涤、干燥后，得到造孔植物蛋白纳米球；
其中，水热反应过程包括：温度55℃，超声搅拌反应1～10h，超声频率 70kHz；
所述有机造孔剂包括：聚乙二醇；有机造孔剂在植物蛋白溶液中的浓度为0.075wt％
(2)将类胡萝卜素溶解在溶剂中，搅拌均匀，得到浓度为15g/cm3的类胡萝卜素溶液；
(3)将造孔植物蛋白纳米球加入到类胡萝卜素溶液，真空浸渍处理后，过滤、干燥后，得到初载植物蛋白纳米微囊；其中，真空浸渍过程包括：压力0.1Mpa，浸渍1h
(4)将初载植物蛋白纳米微囊置于植物蛋白水溶液中，混合分散均匀进行加热反应后，经干燥处理，完成植物蛋白在初载植物蛋白纳米微囊外表面包裹后，得到载类胡萝卜素的植物蛋白纳米微囊；
其中，加热反应过程包括：温度7℃，搅拌反应1.5h。
在载类胡萝卜素的植物蛋白纳米微囊中，类胡萝卜素与植物蛋白的重量比为0.03:1。
在本实施例中，得到的载类胡萝卜素的植物蛋白纳米微囊中包埋率为 98.8％，获得率为96.8％。
实施例4：
在本实施例中植物蛋白为豌豆蛋白，类胡萝卜素为壳寡糖，步骤(2) 中的溶剂为丁醇。
本实施例的载类胡萝卜素的植物蛋白纳米微囊的制备方法，包括以下步骤：
(1)将植物蛋白加水溶解配成浓度为5wt％的植物蛋白溶液，调节pH 至8后，加入有机造孔剂混合分散均匀后进行水热反应，经过滤、洗涤、干燥后，得到造孔植物蛋白纳米球；
其中，水热反应过程包括：温度60℃，超声搅拌反应10h，超声频率 10kHz；
所述有机造孔剂包括：聚乙二醇；有机造孔剂在植物蛋白溶液中的浓度为0.1wt％
(2)将类胡萝卜素溶解在溶剂中，搅拌均匀，得到浓度为1～20g/cm3的类胡萝卜素溶液；
(3)将造孔植物蛋白纳米球加入到类胡萝卜素溶液，真空浸渍处理后，过滤、干燥后，得到初载植物蛋白纳米微囊；其中，真空浸渍过程包括：压力0.2Mpa，浸渍1h
(4)将初载植物蛋白纳米微囊置于植物蛋白水溶液中，混合分散均匀进行加热反应后，经干燥处理，完成植物蛋白在初载植物蛋白纳米微囊外表面包裹后，得到载类胡萝卜素的植物蛋白纳米微囊；
其中，加热反应过程包括：温度10℃，搅拌反应1h。
在载类胡萝卜素的植物蛋白纳米微囊中，类胡萝卜素与植物蛋白的重量比为0.5:1。
在本实施例中，得到的载类胡萝卜素的植物蛋白纳米微囊中包埋率为 97.8％，获得率为96.2％。
试验例
载类胡萝卜素为叶黄素、姜黄素和β胡萝卜素的水解以及保存率数据如下：
分别采用载类胡萝卜素为叶黄素、姜黄素和β胡萝卜素采用实施例2 的载类胡萝卜素的植物蛋白纳米微囊的制备方法进行制备得到对应的载类胡萝卜素的植物蛋白纳米微囊：植物蛋白-姜黄素、植物蛋白-叶黄素和植物蛋白-β胡萝卜素，并进行体外消化试验，其结果如下：
从上述结果可以看出，类胡萝卜素在水溶液中都很容易发生降解或水解，一般在25℃的碱性或者中性的水中，1-4h降解率超过50％，有的甚至达到90％以上。而做成类胡萝卜素的植物蛋白纳米微囊后，同样条件下4h，类胡萝卜素的降解率均不到10％。经过实验，在模拟小肠液和模拟胃液的实验中，降解率同样极大降低。在连续的胃液(60min)和小肠液(120min) 体外模拟消化模型，植物蛋白纳米复合能提高类胡萝卜素在模拟消化液中的稳定性，经3h消化后，游离类胡萝卜素的降解率50-90％，而植物蛋白复合类胡萝卜素的降解率仅为10-30％。
而生物利用率(经消化后转移到胆盐胶束中胡萝卜素的含量)也与类胡萝卜素的存在形式以及蛋白酶的存在与否相关。在不添加蛋白酶的消化液中，经3h消化后，游离类胡萝卜素组中仅有1％-5％的类胡萝卜素转移到胆盐胶束中，说明游离类胡萝卜素的生物可利用率极低；而植物蛋白纳米复合能提高类胡萝卜素的转移率高达60-90％。在添加胃蛋白酶的消化液中，蛋白酶的水解可以使蛋白质的疏水区域暴露或产生疏水性的多肽，因而诱导蛋白质聚集形成聚集体，通过原子力显微镜观察可以发现，随着消化时间增加，蛋白质的大粒径颗粒数量明显增加；而在添加胰酶的小肠消化液中，进一步消化实验，蛋白质的粒径分布又会从大到小变化，最终会被胰酶完全崩解。通过蛋白质在胃液和肠液中的聚集和崩解，进一步说明了，该制剂方式处理的增加了类胡萝卜素缓释性和生物活性。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种载类胡萝卜素的植物蛋白纳米微囊的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）将植物蛋白加水溶解配成植物蛋白溶液，调节pH至6-8后，加入有机造孔剂混合分散均匀后进行水热反应，经过滤、洗涤、干燥后，得到造孔植物蛋白纳米球；所述有机造孔剂包括：聚乙二醇；有机造孔剂在植物蛋白溶液中的浓度为0.01~0.1wt%；
（2）将类胡萝卜素溶解在溶剂中，搅拌均匀，得到类胡萝卜素溶液；
（3）将造孔植物蛋白纳米球加入到类胡萝卜素溶液，真空浸渍处理后，过滤、干燥后，得到初载植物蛋白纳米微囊；
（4）将初载植物蛋白纳米微囊置于植物蛋白水溶液中，混合分散均匀进行加热反应后，经干燥处理，完成植物蛋白在初载植物蛋白纳米微囊外表面包裹后，得到载类胡萝卜素的植物蛋白纳米微囊；
在载类胡萝卜素的植物蛋白纳米微囊中，类胡萝卜素与植物蛋白的重量比为（0.001~0.5）:1；
其中，步骤（1）中的所述水热反应过程包括：温度40~60℃，超声搅拌反应1~10h，超声频率10~100kHz；
其中，步骤（3）中的所述真空浸渍过程包括：压力0.1~0.2Mpa，浸渍0.5~1h；
其中，步骤（4）中的所述加热反应过程包括：温度3~10℃，搅拌反应1~1.5h。
2.根据权利要求1所述的载类胡萝卜素的植物蛋白纳米微囊的制备方法，其特征在于，所述植物蛋白包括：大豆蛋白、豌豆蛋白、小米蛋白、小麦蛋白、玉米蛋白、大米蛋白和花生蛋白中的任意一种或几种；所述植物蛋白溶液的浓度为2~5wt%。
3.根据权利要求1所述的载类胡萝卜素的植物蛋白纳米微囊的制备方法，其特征在于，所述类胡萝卜素包括：叶黄素、玉米黄素、胡萝卜素、番茄红素、虾青素、隐黄质、辣椒红、辣椒玉红素、虾红素、海胆烯酮、蒲公英黄质、新黄质和柠黄质中的任意一种或几种；所述类胡萝卜素的浓度为1~20g/cm3。
4.根据权利要求1所述的载类胡萝卜素的植物蛋白纳米微囊的制备方法，其特征在于，步骤（2）中的溶剂包括：甲醇、乙醇、丁醇、乙酸乙酯、和丙酮中的任意一种或几种。
5.权利要求1-4任一项所述的载类胡萝卜素的植物蛋白纳米微囊的制备方法制得的载类胡萝卜素的植物蛋白纳米微囊。
6.根据权利要求5所述的载类胡萝卜素的植物蛋白纳米微囊在食品添加剂中的应用。
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