CN114557440B - 一种玉米醇溶蛋白-甘草酸-壳聚糖稳定的Pickering乳液凝胶及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种玉米醇溶蛋白‑甘草酸‑壳聚糖稳定的Pickering乳液凝胶及其制备方法，属于食品、药品及化妆品加工技术领域。本发明用反溶剂法制备了玉米醇溶蛋白纳米颗粒，再与甘草酸复合形成带负电的复合纳米颗粒，将该复合纳米颗粒与大豆油混合乳化得到Pickering乳液，玉米醇溶蛋白‑甘草酸纳米颗粒可快速吸附在水油界面上形成固体壳层，再加入壳聚糖溶液，带正电的壳聚糖可以通过静电相互作用将表面带负电油滴交联在一起形成三维网络结构，制备得到乳液凝胶。本发明得到的Pickering乳液凝胶原料绿色安全，并且乳液稳定性强，具有良好的流变性能，可稳定储存30天以上，可作为脂肪替代物以代替传统塑性脂肪。
Description
技术领域
本发明涉及一种Pickering乳液凝胶，特别是由玉米醇溶蛋白-甘草酸纳米颗粒稳定及壳聚糖交联的Pickering乳液凝胶，可作为塑性脂肪替代品，属于食品、药品及化妆品加工技术领域。
背景技术
乳液凝胶被称为具有凝胶状网络结构的半固态乳液体系，主要通过聚集乳液液滴或凝胶化连续相将液态乳液转化成凝胶状乳液。乳液凝胶具有固体性能，类似塑性脂肪结构，可作为塑性脂肪替代品。塑性脂肪是一类液态油和固态脂两部分组成的混合物，在食品网络结构和感官特征形成中发挥着重要作用，是大多脂类食品的主要成分，然而这类塑性脂肪含有较多的饱和脂肪酸，过多饱和脂肪酸的摄入对人体健康会造成不利影响，甚至会导致各种代谢、心血管相关疾病的发生。因此，如何有效降低食物中的饱和脂肪酸含量同时保持良好的塑性脂肪的加工性能感官特性成为亟需解决的难题。近年来，开发低饱和脂肪酸的新型固化油脂，提高食物营养品质已成为食品领域的研究热点。
Pickering乳液是用固体颗粒代替乳化剂不可逆地吸附在油水界面阻止乳液液滴聚集，从而实现稳定的乳液。目前，食品级Pickering乳液稳定剂主要有蛋白质类、多糖类和蛋白质-多糖复合物等纳米颗粒。玉米醇溶蛋白是从玉米中提取的一种富含脯氨酸的蛋白质，是食品和乙醇工业的副产品。玉米醇溶蛋白含有50％以上的疏水氨基酸，具有极高的疏水性，不溶于水，可通过反溶剂法自组装制得纳米颗粒，因其制备方法简单成为用来稳定Pickering乳液的优质材料，然而但未经改性的玉米醇溶蛋白纳米颗粒仍具有较高疏水性(接触角～120°)，因此通过多种途径调节玉米醇溶蛋白纳米颗粒的润湿性成为了一项研究热点。
据报道，大多数研究者通过将玉米醇溶蛋白与多糖、蛋白质、多酚等添加剂混合以改善其表面性能，但其稳定性能有限，尤其是难以稳定高内相乳液。
发明内容
针对以上技术问题，本发明通过甘草酸对玉米醇溶蛋白进行表面修饰，形成复合纳米颗粒改善颗粒的界面吸附和聚集效应，形成宏观尺度的界面蛋白膜，并通过加入壳聚糖进一步静电交联形成具有三维网络结构的Pickering乳液凝胶，可用于开发新型塑性油脂替代物，在健康食品领域有良好的应用前景。
具体的，本发明的技术方案是：一种玉米醇溶蛋白-甘草酸-壳聚糖稳定的Pickering乳液凝胶的制备方法，包括：利用反溶法制备得到玉米醇溶蛋白纳米颗粒悬浮液，再与甘草酸复合形成二元纳米颗粒得到玉米醇溶蛋白-甘草酸复合纳米颗粒悬浮液，再加入油脂，搅拌后，最后加入壳聚糖作为交联剂，搅拌均匀后得到类似塑性脂肪结构的乳液凝胶，即玉米醇溶蛋白-甘草酸-壳聚糖稳定的Pickering乳液凝胶。
在本发明的一种实施方式中，所述利用反溶法制备得到玉米醇溶蛋白纳米颗粒的具体步骤包括：取玉米醇溶蛋白溶于65～80％乙醇/水溶液(v/v)中，然后逐滴加入到水中，旋蒸即可得到玉米醇溶蛋白纳米颗粒或玉米醇溶蛋白纳米颗粒悬浮液。
在本发明的一种实施方式中，上述制备玉米醇溶蛋白纳米颗粒的过程中，玉米醇溶蛋白的乙醇/水溶液的浓度为10～20g/L。
在本发明的一种实施方式中，上述制备玉米醇溶蛋白纳米颗粒的过程中，所述旋蒸优选为真空旋蒸，旋蒸温度为35～45℃。
在本发明的一种实施方式中，所述玉米醇溶蛋白纳米颗粒与甘草酸的质量比为1:0.4～1:1。
在本发明的一种实施方式中，所述甘草酸以甘草酸溶液的方式加入至玉米醇溶蛋白纳米颗粒悬浮液中，其中，所述甘草酸溶液的浓度为8～20g/L。
在本发明的一种实施方式中，所述油脂为植物油脂或动物油脂。
在本发明的一种实施方式中，所述植物油脂包括但不限于大豆油、花生油、玉米油、菜籽油。
在本发明的一种实施方式中，所述动物油脂包括但不限于鱼油、猪油、牛油。
在本发明的一种实施方式中，所述油脂的加入量占乳液凝胶体积的0.60～0.75，即含油量为60％～75％。
在本发明的一种实施方式中，所述壳聚糖溶液的加入体积为玉米醇溶蛋白-甘草酸复合纳米颗粒悬浮液的0.5倍。
在本发明的一种实施方式中，所述壳聚糖溶液的浓度为10～20g/L。
在本发明的一种实施方式中，所述壳聚糖溶液的制备方法为：称量1～2g壳聚糖加入到100mL的1～3％醋酸溶液中，搅拌至溶解即可。
在本发明的一种实施方式中，制备方法中的搅拌为高速搅拌，一般的，12000～14000rpm高速搅拌1～3min。
在本发明的一种实施方式中，所述制备方法具体步骤如下：
准确称量2g玉米醇溶蛋白溶于100mL 70％乙醇/水溶液中，然后逐滴加入到100mL水中，在40℃真空旋蒸到溶液体积为100mL，将0.8～2g甘草酸加入在100mL蒸馏水中，煮沸溶解，待冷却至30℃时与上述玉米醇溶蛋白纳米颗粒悬浮液1：1混合，室温下搅拌1h，得到玉米醇溶蛋白-甘草酸复合纳米颗粒悬浮液；准确称量1～2g壳聚糖加入到100mL的1％醋酸溶液中，搅拌溶解，取4.5～8mL玉米醇溶蛋白-甘草酸复合纳米颗粒悬浮液加入到50mL烧杯，缓慢加入18～22.5mL大豆油，12000rpm高速搅拌2min，缓慢加入1.5～4mL的壳聚糖溶液12000rpm高速搅拌1min，在4℃下存储24h制得玉米醇溶蛋白-甘草酸复合纳米颗粒-壳聚糖复合乳液凝胶。
在本发明的一种实施方式中，制备过程中玉米醇溶蛋白-甘草酸复合纳米颗粒和壳聚糖的添加顺序不能改变。
本发明还提供了上述制备方法制备得到的Pickering乳液凝胶。
本发明提供包含上述Pickering乳液凝胶的食品。
本发明还提供了上述Pickering乳液凝胶在食品领域的应用。
与现有技术相比，本发明的优点如下：
本发明以天然小分子乳化剂甘草酸对玉米醇溶蛋白纳米颗粒进行表面修饰制备得到了Pickering乳液，再加入油脂，最后以壳聚糖作为交联剂进一步加强了乳液凝胶网络结构，由于油滴表面带负电的壳层可与带正电的壳聚糖产生静电交联、氢键作用等以形成稳定的凝胶网络结构，最终制备得到了稳定性高，机械性能强的乳液凝胶，可以作为塑性脂肪的替代品。本发明方法简单、绿色、成本低，不添加任何化学有机试剂，具有良好的应用前景。
附图说明
图1：含有不同甘草酸比例的复合纳米颗粒的平均粒径。
图2：玉米醇溶蛋白-甘草酸复合纳米颗粒的SEM图像。
图3：不同含油量的乳液凝胶图像。
图4：a表示不同含油量的乳液凝胶在频率扫描下的弹性模量(G’)和粘性模量(G”)，b表示不同含油量的乳液凝胶在动态剪切扫描下的黏度，c表示含油量为60％，65％，70％及75％的乳液凝胶图像。
图5：不同油比例乳液凝胶的平均粒径。
图6：基于不同玉米醇溶蛋白与甘草酸质量比的纳米颗粒与不同质量的壳聚糖的乳液凝胶的流变学性质，a是在应变扫描下的G’，G”，b是在在动态剪切扫描下的黏度，c是在频率扫描下的G’，G”。
图7：4℃储存30天后乳液凝胶图像。
图8：不同植物油制备的含油量为70％的乳液凝胶图像。
图9：含/不含壳聚糖的乳液凝胶的流变学性质，基于甘草酸-玉米醇溶蛋白纳米颗粒的含油量为70％的乳液图像。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步的描述，但本发明的实施方式不限于此。
实施例1
准确称量2g玉米醇溶蛋白溶于100mL 70％乙醇/水溶液中，然后逐滴加入到100mL水中，在40℃真空旋蒸到溶液体积为100mL，将0、0.4、0.8、1.2、1.6、2g的甘草酸分别加入在100mL蒸馏水中，煮沸溶解，待冷却至30℃时分别与上述玉米醇溶蛋白纳米颗粒悬浮液1：1混合，室温下搅拌1h，得到玉米醇溶蛋白-甘草酸复合纳米颗粒悬浮液。准确称量1g壳聚糖加入到100mL的1％醋酸溶液中，搅拌24h溶解。取6mL玉米醇溶蛋白-甘草酸复合纳米颗粒悬浮液加入到50mL烧杯，缓慢加入21mL大豆油，12000rpm高速搅拌2min，缓慢加入3mL的壳聚糖溶液12000rpm高速搅拌1min，制得玉米醇溶蛋白-甘草酸复合纳米颗粒-壳聚糖复合乳液凝胶，在4℃下存储24h。
测定制得的玉米醇溶蛋白与不同浓度的甘草酸形成复合纳米颗粒的尺寸，结果如图1所示，在甘草酸浓度高于0.4(％，w/v，g/mL)时，复合纳米颗粒的尺寸要小于单纯的玉米醇溶蛋白纳米颗粒。其中，Z-GA1：1(玉米醇溶蛋白和甘草酸的质量比1:1)的复合纳米颗粒的扫描电镜图像如图2所示，尺寸在200nm左右。基于不同玉米醇溶蛋白与甘草酸质量比的纳米颗粒的乳液凝胶的流变特性如图6所示，甘草酸的质量比越大，形成的乳液凝胶强度越高。
实施例2
准确称量2g玉米醇溶蛋白溶于100mL 70％乙醇/水溶液中，然后逐滴加入到100mL水中，在40℃真空旋蒸到溶液体积为100mL，将2g甘草酸加入在100mL蒸馏水中，煮沸溶解，待冷却至30℃时与上述玉米醇溶蛋白纳米颗粒悬浮液1：1混合，室温下搅拌1h，得到玉米醇溶蛋白-甘草酸复合纳米颗粒悬浮液。准确称量2g壳聚糖加入到100mL的1％醋酸溶液中，搅拌24h溶解。取8mL玉米醇溶蛋白-甘草酸复合纳米颗粒悬浮液加入到50mL烧杯，缓慢加入18mL大豆油，12000rpm高速搅拌2min,缓慢加入4mL的壳聚糖溶液12000rpm高速搅拌1min，制得含油量为70％玉米醇溶蛋白-甘草酸复合纳米颗粒-壳聚糖复合乳液凝胶，在4℃下存储24h。通过改变大豆油的添加量制备得到含油量为10％，30％，50％的乳液/乳液凝胶。
其在4℃储存24h的结果如图3所示，可见，油含量为10％，30％时无法形成乳液凝胶且不稳定，油含量为50％，70％时可以形成乳液凝胶，但是油含量为50％时，乳液凝胶出现分层，而油含量为70％时乳液凝胶处于稳定的状态，没有出现相分离现象，证明油含量为70％可以成功制备稳定的乳液凝胶。进一步实验确定了制备乳液凝胶的油含量范围，油含量为60％～75％时可以制备得到稳定的乳液凝胶，其流变性能如图4所示，并且随着油含量的增加，凝胶强度增大。
用Zetasizer3000激光粒度仪测定油滴的粒径分布，如图5所示，油含量为0.7时无大颗粒分布，说明乳液比较稳定，后续实施例油含量都为0.7。
实施例3
准确称量2g玉米醇溶蛋白溶于100mL 70％乙醇/水溶液中，然后逐滴加入到100mL水中，在40℃真空旋蒸到溶液体积为100mL，将0.8～2g甘草酸加入在100mL蒸馏水中，煮沸溶解，待冷却至30℃时与上述玉米醇溶蛋白纳米颗粒悬浮液1：1混合，室温下搅拌1h，得到玉米醇溶蛋白-甘草酸复合纳米颗粒悬浮液。准确称量1～2g壳聚糖加入到100mL的1％醋酸溶液中，搅拌24h溶解。取6mL玉米醇溶蛋白-甘草酸复合纳米颗粒悬浮液加入到50mL烧杯，缓慢加入21mL大豆油，12000rpm高速搅拌2min，缓慢加入3mL的壳聚糖溶液12000rpm高速搅拌1min，制得玉米醇溶蛋白-甘草酸复合纳米颗粒-壳聚糖复合乳液凝胶，在4℃下存储24h。采用TA流变仪对油含量为70％，甘草酸添加量不同的玉米醇溶蛋白-甘草酸纳米颗粒(Z-GA)，不同壳聚糖(CS)浓度的样品的流变特性进行测定，结果如图6所示，所有乳液凝胶的储能模量(G’)都高于损耗模量(G”)，说明形成了具有固态特性的乳液凝胶，并且随着Z-GA中GA含量的增加，凝胶强度增加，壳聚糖浓度从1％增大到2％，凝胶强度增强。
实施例4
准确称量2g玉米醇溶蛋白溶于100mL 70％乙醇/水溶液中，然后逐滴加入到100mL水中，在40℃真空旋蒸到溶液体积为100mL，将2g甘草酸加入在100mL蒸馏水中，煮沸溶解，待冷却至30℃时与上述玉米醇溶蛋白纳米颗粒悬浮液1：1混合，室温下搅拌1h，得到玉米醇溶蛋白-甘草酸复合纳米颗粒悬浮液。准确称量2g壳聚糖加入到100mL的1％醋酸溶液中，搅拌24h溶解。取6mL玉米醇溶蛋白-甘草酸复合纳米颗粒悬浮液加入到50mL烧杯，缓慢加入21mL大豆油，12000rpm高速搅拌2min，缓慢加入3mL的壳聚糖溶液12000rpm高速搅拌1min，制得含油量为70％的玉米醇溶蛋白-甘草酸复合纳米颗粒-壳聚糖复合乳液凝胶，在4℃下存储30d，凝胶图像如图7所示，无分层现象，说明乳液凝胶具有较高的稳定性。
实施例5
准确称量2g玉米醇溶蛋白溶于100mL 70％乙醇/水溶液中，然后逐滴加入到100mL水中，在40℃真空旋蒸到溶液体积为100mL，将2g甘草酸加入在100mL蒸馏水中，煮沸溶解，待冷却至30℃时与上述玉米醇溶蛋白纳米颗粒悬浮液1：1混合，室温下搅拌1h，得到玉米醇溶蛋白-甘草酸复合纳米颗粒悬浮液。准确称量2g壳聚糖加入到100mL的1％醋酸溶液中，搅拌24h溶解。取6mL玉米醇溶蛋白-甘草酸复合纳米颗粒悬浮液加入到50mL烧杯，分别缓慢加入21mL花生油、菜籽油、玉米油及大豆油，12000rpm高速搅拌2min,缓慢加入3mL的壳聚糖溶液12000rpm高速搅拌1min，制得含油量为70％的玉米醇溶蛋白-甘草酸复合纳米颗粒-壳聚糖复合乳液凝胶，凝胶图像如图8所示，不同油脂都可以形成稳定的乳液凝胶。
对比例1
准确称量2g玉米醇溶蛋白溶于100mL 70％乙醇/水溶液中，然后逐滴加入到100mL水中，在40℃真空旋蒸到溶液体积为100mL，准确称量2g壳聚糖加入到100mL的1％醋酸溶液中，搅拌24h溶解，与上述玉米醇溶蛋白纳米颗粒悬浮液1：1混合，室温下搅拌1h，得到玉米醇溶蛋白-壳聚糖纳米颗粒悬浮液。将2g甘草酸加入在100mL蒸馏水中，煮沸溶解，得到甘草酸溶液。取6mL玉米醇溶蛋白-壳聚糖复合纳米颗粒悬浮液加入到50mL烧杯，缓慢加入21mL大豆油，12000rpm高速搅拌2min，不能形成均匀的乳液，加入3mL甘草酸溶液，2000rpm高速搅拌1min，不能形成乳液凝胶，出现明显的相分离现象，说明甘草酸和壳聚糖的顺序不能改变。
对比例2
准确称量2g玉米醇溶蛋白溶于100mL 70％乙醇/水溶液中，然后逐滴加入到100mL水中，在40℃真空旋蒸到溶液体积为100mL，将2g甘草酸加入在100mL蒸馏水中，煮沸溶解，待冷却至30℃时与上述玉米醇溶蛋白纳米颗粒悬浮液1：1混合，室温下搅拌1h，得到玉米醇溶蛋白-甘草酸复合纳米颗粒悬浮液。取6mL玉米醇溶蛋白-甘草酸复合纳米颗粒悬浮液和3mL的去离子水加入到50mL烧杯，缓慢加入21mL大豆油，12000rpm高速搅拌3min，制得不含壳聚糖的含油量为70％的玉米醇溶蛋白-甘草酸复合纳米颗粒乳液凝胶，其图像及与含2％壳聚糖的乳液凝胶在频率扫描下的G’和G”如图9所示，可以形成乳液凝胶，但其凝胶强度远低于添加壳聚糖的乳液凝胶。
对比例3
准确称量2g玉米醇溶蛋白溶于100mL 70％乙醇/水溶液中，然后逐滴加入到100mL水中，在40℃真空旋蒸到溶液体积为100mL，将2g甘草酸加入在100mL蒸馏水中，煮沸溶解，待冷却至30℃时与上述玉米醇溶蛋白纳米颗粒悬浮液1：1混合，室温下搅拌1h，得到玉米醇溶蛋白-甘草酸复合纳米颗粒悬浮液。取6mL玉米醇溶蛋白-甘草酸复合纳米颗粒悬浮液和3mL的2％的γ-环糊精溶液加入到50mL烧杯，缓慢加入21mL大豆油，12000rpm高速搅拌3min，制得含油量为70％的玉米醇溶蛋白-甘草酸-γ-环糊精复合纳米颗粒乳液凝胶，该凝胶强度较低(G’～200Pa)。
对比例4
准确称量2g玉米醇溶蛋白溶于100mL 70％乙醇/水溶液中，然后逐滴加入到100mL水中，在40℃真空旋蒸到溶液体积为100mL，将2g甘草酸加入在100mL蒸馏水中，煮沸溶解，待冷却至30℃以下以1：1的体积比逐滴加入上述玉米醇溶蛋白纳米颗粒悬浮液中，发现玉米醇溶蛋白纳米颗粒发生聚集，不能形成复合纳米颗粒。
虽然本发明已以较佳实施例公开如上，但其并非用以限定本发明，任何熟悉此技术的人，在不脱离本发明的精神和范围内，都可做各种的改动与修饰，因此本发明的保护范围应该以权利要求书所界定的为准。
Claims (4)
1.一种玉米醇溶蛋白-甘草酸-壳聚糖稳定的Pickering乳液凝胶的制备方法，其特征在于，所述方法包括：利用反溶法制备得到玉米醇溶蛋白纳米颗粒悬浮液，再与甘草酸复合形成二元纳米颗粒得到玉米醇溶蛋白-甘草酸复合纳米颗粒悬浮液，再加入油脂，搅拌后，最后加入壳聚糖作为交联剂，搅拌均匀后得到玉米醇溶蛋白-甘草酸-壳聚糖稳定的Pickering乳液凝胶；所述甘草酸以甘草酸溶液的方式加入至玉米醇溶蛋白纳米颗粒悬浮液中，其中，所述甘草酸溶液的浓度为8~20g/ L；甘草酸溶液冷却温度为30℃；
所述利用反溶法制备得到玉米醇溶蛋白纳米颗粒的具体步骤包括：取玉米醇溶蛋白溶于65~80%乙醇/水溶液v/v中，然后逐滴加入到水中，旋蒸即可得到玉米醇溶蛋白纳米颗粒或玉米醇溶蛋白纳米颗粒悬浮液；所述玉米醇溶蛋白的乙醇/水溶液的浓度为10~20g/L；所述玉米醇溶蛋白纳米颗粒与甘草酸的质量比为1:0.4~1:1；
所述油脂的加入量占乳液凝胶体积的60%~75%；所述壳聚糖溶液的浓度为10~20g/L，壳聚糖溶液的加入体积为玉米醇溶蛋白-甘草酸复合纳米颗粒悬浮液的0.5倍。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述油脂为植物油脂或动物油脂。
3.根据权利要求1或2所述的制备方法制备得到的Pickering乳液凝胶。
4.包含权利要求3所述的Pickering乳液凝胶的食品。
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