CN115428950A - β-胡萝卜素双重包埋微粒及其制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明属于包埋微粒及其制备技术领域，尤其涉及一种β‑胡萝卜素双重包埋微粒及其制备方法和应用，包括：1)制备短链脱支淀粉；2)制备β‑胡萝卜素‑环糊精包合物；3)在避光条件下，短链脱支淀粉上清液和β‑胡萝卜素‑环糊精包合物自组装，得到β‑胡萝卜素双重包埋微粒；β‑胡萝卜素双重包埋微粒的第一层包埋壁材为β‑环糊精，第二层包埋壁材为短链脱支淀粉。本发明包埋效率高，能提高β‑胡萝卜素生物利用度，使得活性成分均匀持续的释放。

Description

β-胡萝卜素双重包埋微粒及其制备方法和应用
技术领域
本发明属于包埋微粒及其制备技术领域，尤其涉及一种β-胡萝卜素双重包埋微粒及其制备方法和应用。
背景技术
β-胡萝卜素(C40H56)是一种天然的橘黄色脂溶性化合物，在植物中大量地存在，摄入这种类胡萝卜素对人体健康有重要意义，这是因为β-胡萝卜素会在人体肠道中被β-胡萝卜素-15，15’-单加氧酶酶促转化为视黄醇(维生素A)，是维生素A最常见和最安全的来源。此外，β-胡萝卜素还有许多其他益处，如抗氧化活性能力、预防中年人低代谢综合征、增强免疫系统功能、降低II型糖尿病和心血管风险等。
当β-胡萝卜素暴露在热、光、氧气或酸性环境中时，极易发生化学降解和异构化，产生全E-5，8-环氧基-β-胡萝卜素、13-Z-β-胡萝卜素和15-Z-β-胡萝卜素等促氧化合物，损害人体健康，且β-胡萝卜素的水分散性、化学稳定性和生物利用度较差，这些都直接导致β-胡萝卜素在许多功能性食品中的应用受到限制。
生物利用度是指被机体吸收并最终到达体循环的未改变生物活性成分的比例，这是通过口服途径给药的各种治疗分子的主要关注点；β-胡萝卜素的口服生物利用度问题主要是由其溶解性差和通过生物膜的渗透性差而引起的。而研究表明，包埋技术为提高β-胡萝卜素的水溶性、生物利用度和稳定性提供了可能的解决方案，所以通过包埋技术提高β-胡萝卜素的生物利用度，同时，单用β-胡萝卜素治疗会因特定部位浓度过高而导致严重的副作用，损害机体健康，而通过包埋将β-胡萝卜素与生物聚合物结合在一起可以完全避免这种情况。
现阶段，虽然能实现对β-胡萝卜素的包埋，但是存在以下问题：包埋效率低，生物利用率低；功能活性成分β-胡萝卜素与包埋物形成的包合物能驱动聚集体形成，高度聚集体易引起功能活性成分的在局部集中释放，造成局部浓度过高，活性成分不能均匀、连续的释放，影响β-胡萝卜素的生物活性的发挥，给应用带来不便，此外，现有的包埋方法复杂、成本较高。
发明内容
针对现有技术中β-胡萝卜素包埋存在的包埋效率低、释放不均匀连续的技术问题，本发明提供一种β-胡萝卜素双重包埋微粒及其制备方法和应用，包埋效率高，提高β-胡萝卜素生物利用度，活性成分的释放均匀持续。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种β-胡萝卜素双重包埋微粒的制备方法，包括以下步骤：
1)制备短链脱支淀粉
采用淀粉悬浮液与酶发生酶解，得到短链脱支淀粉上清液；淀粉与酶的加入量比为1g：20U～50U；
2)制备β-胡萝卜素-环糊精包合物
在避光条件下，将β-胡萝卜素溶于丙酮中，并逐滴滴入β-环糊精溶液中，搅拌直至丙酮完全挥发，将得到的混合溶液过滤，得到β-胡萝卜素-环糊精包合物；所述β-胡萝卜素与β-环糊精水溶液的用量比为1mg：10mL～20mL；所述β-环糊精溶液的质量浓度为0.5％；
3)制备β-胡萝卜素双重包埋微粒
在避光条件下，将步骤1)的短链脱支淀粉上清液和步骤2)的β-胡萝卜素-环糊精包合物，搅拌混合进行自组装，然后离心、冷冻干燥、过筛，得到β-胡萝卜素双重包埋微粒。
进一步的，所述步骤1)的具体过程是：
1.1)将干淀粉与水混合得到淀粉悬浮液；
1.2)淀粉悬浮液置于沸水浴中20min～30min，直至淀粉悬浮液完全糊化，然后冷却至50℃～55℃，加入等体积醋酸缓冲溶液，搅拌均匀；
1.3)继续向步骤1.2)中加入酶，在50℃～55℃下恒温搅拌，酶解12h～36h后调节pH为7.0±0.2；并在沸水浴中保持10min～20min将酶灭活，再离心，收集上清液即为短链脱支淀粉。
进一步的，所述步骤1.2)中，酶为普鲁兰酶或异淀粉酶；所述淀粉悬浮液的质量浓度为10％～20％；所述醋酸缓冲溶液的浓度为100mmol/L～200mmol/L，pH为5.5±0.2。
进一步的，所述步骤2)中，利用0.45μm的滤膜进行过滤，过滤次数为多次。
进一步的，所述步骤3)中，短链脱支淀粉上清液为新鲜制备的；所述自组装温度为4℃±0.5℃，自组装时间为22h～25h；所述搅拌时间为30min～60min。
进一步的，所述步骤3)中，在自组装时还加入了壳聚糖溶液，所述壳聚糖溶液的终质量浓度为0.5％。
进一步的，所述步骤3)中，采用100目筛进行过筛。
一种所述的β-胡萝卜素进行双重包埋制备方法制备的β-胡萝卜素双重包埋微粒。
进一步的，所述β-胡萝卜素外部从内向外依次有两层包埋壁材，第一层包埋壁材为β-环糊精，第二层包埋壁材为短链脱支淀粉。
一种所述的β-胡萝卜素双重包埋微粒在作为辅助配料在食品、药品或日化用品中的应用。
本发明与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
1、本发明提供的β-胡萝卜素双重包埋微粒，利用短链脱支淀粉和β-环糊精对β-胡萝卜素进行双重包埋，β-胡萝卜素双重包埋微粒的第一层包埋壁材为β-环糊精，第二层包埋壁材为短链脱支淀粉；本发明制备的双重包埋微粒稳定性高、体外实验效果好，可直接用于功能食品、药品及日化用品的配料使用。
2、本发明在包埋时，利用淀粉酶解脱支得到的线性淀粉链在4℃下能自发驱动组装的原理，对β-胡萝卜素-环糊精包合物进行二次包埋，得到的β-胡萝卜素双重包埋微粒能显著提高β-胡萝卜素抵抗酸和酶降解的能力，同时经过二次包埋以后，对β-胡萝卜素-环糊精包合物的包埋效率能达到90.32％。
3、本发明制备的β-胡萝卜素双重包埋微粒，在体外模拟消化环境中能更有效地保留并发挥β-胡萝卜素的生物活性；经过模拟胃部消化环境后，在模拟肠道环境中孵育6h后仅释放了85.90％的β-胡萝卜素，且整个释放进程是均匀持续的，能有效防止突释引起的β-胡萝卜素的高浓度富集。
4、本发明提供的双重包埋方法，能有效的实现对脂溶性功能活性成分的包埋，制备工艺简便，易操作，无需使用大型特殊设备，采用的原材料来源广泛，成本低廉，制备的微粒包埋效率高，易于储藏和运输，大大降低生产成本，更有利于工业化生产。
附图说明
图1为本发明制备β-胡萝卜素双重包埋微粒的原理示意图；
图2为本发明中作为对照的天然β-胡萝卜素的FESEM图；
图3为本发明中制备的作为对照的β-胡萝卜素-环糊精包埋微粒的FESEM图；
图4为本发明中制备β-胡萝卜素双重包埋微粒的FESEM图；
图5为本发明中四种不同物质在体外模拟消化环境下的β-胡萝卜素释放对比结果；
图6为本发明中五种不同物质在体外模拟消化环境下的ABTS自由基清除能力。
具体实施方式
本发明提供的种β-胡萝卜素双重包埋微粒，是利用短链脱支淀粉和β-环糊精对β-胡萝卜素进行双重包埋，制备的β-胡萝卜素双重包埋微粒的第一层包埋壁材为β-环糊精，第二层包埋壁材为短链脱支淀粉。
β-环糊精，是一种有机化合物，分子式为C42H70O35，分子量为1134.984，白色至淡黄色粉末，稍有果胶特有香气，味微甜且略带酸味。能溶于水，不溶于乙醇和其他有机溶剂。β-环状糊精主要用于增加药物的稳定性，防止药物氧化与分解，能提高药物的溶解和生物利用度，降低药物的毒副作用，还能掩盖药物的异味和臭气；在食品制造方面，主要用来消除异味，提高香料香精以及色素的稳定性，增强乳化能力和防潮能力；改善食品的口感。
短链脱支淀粉，是一种经脱支酶选择性水解淀粉分子中α-1,6糖苷键后制备的淀粉，其具有反应条件温和可控、制备工艺简单、能耗小、绿色安全等优点，在食品与医药工业方面应用有着较大的潜力。经淀粉脱支酶处理后产生具有较强分子运动性的线性短链淀粉，在低温条件下易于进行自组装，即通过氢键作用快速进行淀粉分子链间的重排、缠结和聚集。研究结果表明，脱支玉米淀粉、脱支小麦淀粉和脱支豌豆淀粉中线性短链淀粉(重均分子量约为3500)含量约为44.58％-47.5％，脱支马铃薯淀粉中线性短链淀粉(重均分子量约为5693)含量约为35.80％。脱支改性之后，线性短链淀粉的产生能够促进淀粉分子间的相互作用，形成凝胶网络结构，脱支淀粉形成的凝胶网络结构主要受其各级组分含量的影响。此外，脱支处理可诱导慢消化淀粉和抗性淀粉的形成，在回生过程中，柔性线性短链通过氢键排列和重新结合，减少淀粉酶接触到糖苷键的机率。脱支淀粉形成的凝胶网络结构也不易受到酶的侵蚀而降解。
参见图1，本发明提供的β-胡萝卜素双重包埋微粒的制备方法，包括以下步骤：
1)制备短链脱支淀粉
采用淀粉悬浮液与酶发生酶解，得到短链脱支淀粉上清液；淀粉与酶的加入量比为1g：20U-50U。实施时，选择用量比为1g：20U；1g：30U；1g：40U；1g：50U。
进一步的，本发明步骤1)的具体过程是：
1.1)将干淀粉与水混合得到淀粉悬浮液；
1.2)淀粉悬浮液置于沸水浴中20min～30min，直至淀粉悬浮液完全糊化，然后冷却至50℃～55℃，加入等体积醋酸缓冲溶液，搅拌均匀；
1.3)继续向步骤1.2)中加入酶，在50℃～55℃下恒温搅拌，酶解12h～36h后调节pH为7.0±0.2；并在沸水浴中保持10min～20min将酶灭活，再离心，收集上清液即为短链脱支淀粉。
本发明步骤1.2)中，酶为普鲁兰酶或异淀粉酶，该酶能特异性地水解α,1-6糖苷键，从而获得直链淀粉。优选的酶为普鲁兰酶。
本发明中，淀粉悬浮液的质量浓度为10％～20％；醋酸缓冲溶液的浓度为100mmol/L～200mmol/L，pH为5.5±0.2。
本发明中，干淀粉来源于小扁豆，也可选取其他来源。
2)制备β-胡萝卜素-环糊精包合物
在避光条件下，将β-胡萝卜素溶于丙酮中，并逐滴滴入β-环糊精溶液中，搅拌直至丙酮完全挥发，将得到的混合溶液过滤，得到β-胡萝卜素-环糊精包合物；β-胡萝卜素与β-环糊精水溶液的用量比为1mg：10mL～20mL；β-环糊精溶液的质量浓度为0.5％。
本发明步骤2)中，利用0.45μm的滤膜进行过滤，过滤次数为多次。
3)制备β-胡萝卜素双重包埋微粒
在避光条件下，将步骤1)的短链脱支淀粉上清液和步骤2)的β-胡萝卜素-环糊精包合物，搅拌混合进行自组装，然后离心、冷冻干燥、过筛，得到β-胡萝卜素双重包埋微粒。
本发明步骤3)中，短链脱支淀粉上清液为新鲜制备的；自组装温度为4℃±0.5℃，自组装时间为22h～25h；搅拌时间为30min～60min。
本发明步骤3)中，在自组装时还加入了壳聚糖溶液，壳聚糖溶液的终质量浓度为0.5％。
本发明步骤3)中，采用100目筛进行过筛。
本发明提供的上述制备方法中，采用的设备均为常规试验设备。
本发明制备的β-胡萝卜素双重包埋微粒，在β-胡萝卜素外部从内向外依次有两层包埋壁材，第一层包埋壁材为β-环糊精，第二层包埋壁材为短链脱支淀粉。
本发明制备的β-胡萝卜素双重包埋微粒，包埋效率为90.32％，且经过模拟胃部消化环境后，在体外模拟肠液中处理6h后释放了85.90％的β-胡萝卜素，且整个释放进程是均匀持续进行的，能更有效地保留并发挥β-胡萝卜素的生物活性。
本发明制备的β-胡萝卜素双重包埋微粒可作为食品辅助配料、药品辅助配料或日化用品辅助配料，应用于食品、药品或日化用品中。
下面通过几组具体的实施方式说明本发明β-胡萝卜素双重包埋微粒的制备方法。
实施例1
本实施例提供的β-胡萝卜素双重包埋微粒的制备方法，具体包括以下步骤。
1)制备短链脱支淀粉
采用淀粉悬浮液与酶发生酶解，得到短链脱支淀粉上清液；每1g淀粉，酶的加入量为30U。
进一步的，本发明步骤1)的具体过程是：
1.1)将小扁豆干淀粉与水混合得到淀粉悬浮液，淀粉悬浮液质量浓度为20％；
1.2)淀粉悬浮液置于沸水浴中20min，直至淀粉悬浮液完全糊化，然后冷却至55℃，加入等体积醋酸缓冲溶液(浓度200mmol/L，pH为5.5)，搅拌均匀；
1.3)继续向步骤1.2)中加入普鲁兰酶，按照淀粉干重加入普鲁兰酶30U/g，在55℃下恒温搅拌，酶解24h后调节pH为7.0；并在沸水浴中保持20min将酶灭活，再离心，收集上清液即为短链脱支淀粉。
2)制备β-胡萝卜素-环糊精包合物
在避光条件下，将2mg的β-胡萝卜素溶于丙酮，逐滴滴入20mL的β-环糊精水溶液(质量浓度为0.5％)中，保持搅拌直至丙酮完全挥发，将溶液过两遍0.45μm的滤膜，得到β-胡萝卜素-环糊精包合物(终浓度0.2％，w/v)，这一步骤的目的主要是为了将β-胡萝卜素包埋到β-环糊精的疏水空腔中，提高β-胡萝卜素的溶解度。
3)制备β-胡萝卜素双重包埋微粒
在避光条件下，将步骤1)中得到的短链脱支淀粉上清液与步骤2)的β-胡萝卜素-环糊精包合物混合，并加入壳聚糖溶液(终浓度0.5％，w/v)充分混匀；混合物搅拌30min，置于4℃保存24小时诱导自组装；然后离心、冷冻干燥后过100目筛，即得到β-胡萝卜素双重包埋微粒。
本实施例中，步骤(1)中的短链脱支淀粉需为新鲜配置得到的上清液。
实施例2
本实施例提供的β-胡萝卜素双重包埋微粒的制备方法，具体包括以下步骤。
1)制备短链脱支淀粉
采用淀粉悬浮液与酶发生酶解，得到短链脱支淀粉上清液；每1g淀粉，酶的加入量为50U。
进一步的，本发明步骤1)的具体过程是：
1.1)将小扁豆干淀粉与水混合得到淀粉悬浮液，淀粉悬浮液质量浓度为20％；
1.2)淀粉悬浮液置于沸水浴中20min，直至淀粉悬浮液完全糊化，然后冷却至55℃，加入等体积醋酸缓冲溶液(浓度200mmol/L，pH为5.5)，搅拌均匀；
1.3)继续向步骤1.2)中加入普鲁兰酶，按照淀粉干重加入普鲁兰酶50U/g，在55℃下恒温搅拌，酶解24h后调节pH为7.0；并在沸水浴中保持20min将酶灭活，再离心，收集上清液即为短链脱支淀粉。
2)制备β-胡萝卜素-环糊精包合物
在避光条件下，将2mg的β-胡萝卜素溶于丙酮，逐滴滴入20mL的β-环糊精水溶液(质量浓度为0.5％)中，保持搅拌直至丙酮完全挥发，将溶液过两遍0.45μm的滤膜，得到β-胡萝卜素-环糊精包合物(终浓度0.2％，w/v)，这一步骤的目的主要是为了将β-胡萝卜素包埋到β-环糊精的疏水空腔中，提高β-胡萝卜素的溶解度。
3)制备β-胡萝卜素双重包埋微粒
在避光条件下，将步骤1)中得到的短链脱支淀粉上清液与步骤2)的β-胡萝卜素-环糊精包合物搅拌混合，并加入壳聚糖溶液(终浓度0.5％，w/v)充分混匀；混合物搅拌30min，置于4℃保存24小时诱导自组装；然后离心、冷冻干燥后过100目筛，即得到β-胡萝卜素双重包埋微粒。
本实施例中，步骤1)中的短链脱支淀粉需为新鲜配置得到的上清液。
实施例3
本实施例提供的β-胡萝卜素双重包埋微粒的制备方法，具体包括以下步骤。
1)制备短链脱支淀粉
采用淀粉悬浮液与酶发生酶解，得到短链脱支淀粉上清液；每1g淀粉，酶的加入量为30U。
进一步的，本发明步骤1)的具体过程是：
1.1)将小扁豆干淀粉与水混合得到淀粉悬浮液，淀粉悬浮液质量浓度为10％；
1.2)淀粉悬浮液置于沸水浴中20min，直至淀粉悬浮液完全糊化，然后冷却至55℃，加入等体积醋酸缓冲溶液(浓度200mmol/L，pH为5.5)，搅拌均匀；
1.3)继续向步骤1.2)中加入普鲁兰酶，按照淀粉干重加入普鲁兰酶30U/g，在55℃下恒温搅拌，酶解24h后调节pH为7.0；并在沸水浴中保持20min将酶灭活，再离心，收集上清液即为短链脱支淀粉。
2)制备β-胡萝卜素-环糊精包合物
在避光条件下，将2mg的β-胡萝卜素溶于丙酮，逐滴滴入20mL的β-环糊精水溶液(质量浓度为0.5％)中，保持搅拌直至丙酮完全挥发，将溶液过两遍0.45μm的滤膜，得到β-胡萝卜素-环糊精包合物(终浓度0.2％，w/v)，这一步骤的目的主要是为了将β-胡萝卜素包埋到β-环糊精的疏水空腔中，提高β-胡萝卜素的溶解度。
3)制备β-胡萝卜素双重包埋微粒
在避光条件下，将步骤1)中得到的短链脱支淀粉上清液与步骤2)的β-胡萝卜素-环糊精包合物混合，并加入壳聚糖溶液(终浓度0.5％，w/v)充分混匀；混合物搅拌30min，置于4℃保存24小时诱导自组装；然后离心、冷冻干燥后过100目筛，即得到β-胡萝卜素双重包埋微粒。
本实施例中，步骤1)中的短链脱支淀粉需为新鲜配置得到的上清液。
实施例4
本实施例提供的β-胡萝卜素双重包埋微粒的制备方法，具体包括以下步骤。
1)制备短链脱支淀粉
采用淀粉悬浮液与酶发生酶解，得到短链脱支淀粉上清液；每1g淀粉，酶的加入量为30U。
进一步的，本发明步骤1)的具体过程是：
1.1)将小扁豆干淀粉与水混合得到淀粉悬浮液，淀粉悬浮液质量浓度为20％；
1.2)淀粉悬浮液置于沸水浴中20min，直至淀粉悬浮液完全糊化，然后冷却至55℃，加入等体积醋酸缓冲溶液(浓度100mmol/L，pH为5.5)，搅拌均匀；
1.3)继续向步骤1.2)中加入普鲁兰酶，按照淀粉干重加入普鲁兰酶30U/g，在55℃下恒温搅拌，酶解24h后调节pH为7.0；并在沸水浴中保持20min将酶灭活，再离心，收集上清液即为短链脱支淀粉。
2)制备β-胡萝卜素-环糊精包合物
在避光条件下，将2mg的β-胡萝卜素溶于丙酮，逐滴滴入20mL的β-环糊精水溶液(质量浓度为0.5％)中，保持搅拌直至丙酮完全挥发，将溶液过两遍0.45μm的滤膜，得到β-胡萝卜素-环糊精包合物(终浓度0.2％，w/v)，这一步骤的目的主要是为了将β-胡萝卜素包埋到β-环糊精的疏水空腔中，提高β-胡萝卜素的溶解度。
3)制备β-胡萝卜素双重包埋微粒
在避光条件下，将步骤1)中得到的短链脱支淀粉上清液与步骤2)的β-胡萝卜素-环糊精包合物混合，并加入壳聚糖溶液(终浓度0.5％，w/v)充分混匀；混合物搅拌30min，置于4℃保存24h诱导自组装；然后离心、冷冻干燥后过100目筛，即得到β-胡萝卜素双重包埋微粒。
本实施例中，步骤1)中的短链脱支淀粉需为新鲜配置得到的上清液。
实施例5
本实施例提供的β-胡萝卜素双重包埋微粒的制备方法，具体包括以下步骤。
1)制备短链脱支淀粉
采用淀粉悬浮液与酶发生酶解，得到短链脱支淀粉上清液；每1g淀粉，酶的加入量为30U。
进一步的，本发明步骤1)的具体过程是：
1.1)将小扁豆干淀粉与水混合得到淀粉悬浮液，淀粉悬浮液质量浓度为20％；
1.2)淀粉悬浮液置于沸水浴中20min，直至淀粉悬浮液完全糊化，然后冷却至55℃，加入等体积醋酸缓冲溶液(浓度200mmol/L，pH为5.5)，搅拌均匀；
1.3)继续向步骤1.2)中加入普鲁兰酶，按照淀粉干重加入普鲁兰酶30U/g，在55℃下恒温搅拌，酶解24h后调节pH为7.0；并在沸水浴中保持20min将酶灭活，再离心，收集上清液即为短链脱支淀粉。
2)制备β-胡萝卜素-环糊精包合物
在避光条件下，将1mg的β-胡萝卜素溶于丙酮，逐滴滴入20mL的β-环糊精水溶液(质量浓度为0.5％)中，保持搅拌直至丙酮完全挥发，将溶液过两遍0.45μm的滤膜，得到β-胡萝卜素-环糊精包合物(终浓度0.2％，w/v)，这一步骤的目的主要是为了将β-胡萝卜素包埋到β-环糊精的疏水空腔中，提高β-胡萝卜素的溶解度。
3)制备β-胡萝卜素双重包埋微粒
在避光条件下，将步骤1)中得到的短链脱支淀粉上清液与步骤2)的β-胡萝卜素-环糊精包合物混合，并加入壳聚糖溶液(终浓度0.5％，w/v)充分混匀；混合物搅拌30min，置于4℃保存24小时诱导自组装；然后离心、冷冻干燥后过100目筛，即得到β-胡萝卜素双重包埋微粒。
本实施例中，步骤1)中的短链脱支淀粉需为新鲜配置得到的上清液。
实施例6
本实施例提供的β-胡萝卜素双重包埋微粒的制备方法，与实施例1不同的是，步骤1.3)酶解时间为36h。其余均与实施例1相同。
实施例7
本实施例提供的β-胡萝卜素双重包埋微粒的制备方法，与实施例1不同的是，步骤1.3)酶解时间为12h。其余均与实施例1相同。
进一步的，为了说明本发明制备的β-胡萝卜素双重包埋微粒的性能，进行以下试验验证。
试验1包埋效率
实验组：实施例7、实施例1和实施例6制备出的β-胡萝卜素双重包埋微粒，三组实施例制备的包埋微粒，酶解脱支得到短链脱支淀粉的时间分别为12h、24h和36h，依次记为β-CC-S12、β-CC-S24和β-CC-S36。
上述β-胡萝卜素双重包埋微粒总的包埋效率具体计算方法是：通过使用无水乙醇和正己烷(1:3,v/v)的混合物从水合分散体中提取β-胡萝卜素。用紫外分光光度计在450nm波长下分析提取物的吸光度。通过β-胡萝卜素的标准曲线(y＝0.2615x+0.0194，R2＝0.9906)定量β-胡萝卜素的含量。计算公式如下：
包埋效率(％)＝(包埋的β-胡萝卜素含量/总β-胡萝卜素含量)×100％
根据上述方法，分别计算β-CC-S12、β-CC-S24和β-CC-S36的总的包埋效率分别为84.68％、90.32％和92.73％。
试验2 FESEM
样品：天然β-胡萝卜素的FESEM图；实施例1制备的β-胡萝卜素-环糊精包合物，实施例1制备的β-胡萝卜素双重包埋微粒。
测试方法：通过场发射扫描电子显微镜观察淀粉样品和包埋微粒的形貌结构，将微量样品固定在粘有导电胶的金属盘上，用离子溅射仪喷金80s，置于真空仓，在20kV的加速电压下观察样品的形貌特征。
测试结果参见图2、图3和图4。
从图2、图3和图4可以看出：天然β-胡萝卜素以结晶形式存在，经过β-环糊精包埋后，β-胡萝卜素-环糊精包合物表面观察不到β-胡萝卜素的结晶结构，说明β-胡萝卜素成功进入到β-环糊精的疏水空腔。经过短链脱支淀粉二次包埋后，图4可观察到包埋微粒表面呈现出典型的短链脱支淀粉回生自组装的结构特征，且有淀粉碎片吸附到包埋微粒的表面，说明短链脱支淀粉利用其在特定条件下自发回生的特性成功地对β-胡萝卜素-环糊精包合物进行了二次组装。
试验3 X-射线衍射分析
1、样品
实验组1：实施例1制备的β-胡萝卜素双重包埋微粒，记作β-CC-S24。
实验组2：实施例6制备的β-胡萝卜素双重包埋微粒，记作β-CC-S36。
实验组3：实施例7制备的β-胡萝卜素双重包埋微粒，记作β-CC-S12。
2、测试方法
样品的晶体特性是通过X射线衍射仪测定的。系统参数设置为40kV和100mA，以5°/min的扫描速率从4°-40°扫描样品，扫描步长为0.02。相对结晶度(C1)是通过使用JADE 5.0软件拟合结晶峰面积与总衍射图区域的比例确定的，具体参见表1。
试验4差示扫描量热分析
1、样品
实验组1：实施例1制备的β-胡萝卜素双重包埋微粒，记作β-CC-S24。
实验组2：实施例6制备的β-胡萝卜素双重包埋微粒，记作β-CC-S36。
实验组3：实施例7制备的β-胡萝卜素双重包埋微粒，记作β-CC-S12。
2、测试方法
使用差示扫描量热仪测量样品的热力学性质。将样品与去离子水按1：6(mg：μL)的比例混合，在室温下平衡12h后进行分析。将平衡样品以10℃/min的升温速率从20℃加热到140℃。根据得到的DCS线计算得到样品的热焓值(ΔH)。具体参见表1。
表1不同短链脱支淀粉自组装颗粒的结晶度、双螺旋含量以及热焓值
Figure BDA0003767831760000111
由表1可知，β-CC-S24的长程结晶度、短程结晶度和双螺旋含量均高于β-CC-S12和β-CC-S36，β-CC-S24由于其较高的双螺旋含量和结晶度，对酸和淀粉酶降解具有最强的抵抗力，这与其在体外模拟消化条件下显示出的较好的控释能力相一致。另外，随着自组装颗粒的热焓值增加，表明破坏这种自组装结构需要更多的热量，说明短链脱支淀粉可以为β-胡萝卜素提供热力学保护作用，而脱支24h得到的短链脱支淀粉经过自组装包埋后对β-胡萝卜素的保护作用最强。
试验5体外模拟胃肠道消化试验
1、试验样品
对照组：实施例1中步骤2)得到的β-胡萝卜素-环糊精包合物，记作β-CC。
实验组1：实施例1制备的β-胡萝卜素双重包埋微粒，记作β-CC-S24。
实验组2：实施例6制备的β-胡萝卜素双重包埋微粒，记作β-CC-S36。
实验组3：实施例7制备的β-胡萝卜素双重包埋微粒，记作β-CC-S12。
2、试验方法
将上述几组包埋微粒分散到10mL模拟胃液(SGF)中，模拟胃液由3g/L胃蛋白酶分散在9g/L无菌氯化钠溶液中，并用盐酸调节pH值为2.0。这些试管在37℃下以55rpm/min的速度旋转培养2h。分别于30min(0.5h)、1h、2h后取适量样品，离心(9600×g，15min)，用紫外分光光度计测定β-胡萝卜素的释放量，测试结果如图5所示，具体参见图5中的G-0、G-0.5、G-1和G-2对应的数据。
最后，向胃液消化后的沉淀中加入10mL模拟肠液(SIF)模拟肠道消化阶段，SIF是将10g/L胆盐和3g/L的胰酶溶解在磷酸盐缓冲液(100mmol/L，pH为8.0)中获得。37℃振荡培养6h，不同消化时间点收集1mL消化液，离心(9600×g，15min)，通过紫外分光光度计进一步分析不同肠道消化时间(1h、2h、4h、6h)下β-胡萝卜素的释放情况。测试结果如图5所示，具体参见图5中I-1、I-2、I-4和I-6对应的数据。
参见图5可知，经过模拟胃部消化环境后，发现酶解24h获得的短链脱支淀粉对β-胡萝卜素-环糊精包合物的包埋效果最佳，在体外模拟肠液中处理6h后释放了85.90％的β-胡萝卜素，且整个释放进程是均匀持续进行的。此外，由酶解12h和36h获得的短链脱支淀粉包埋得到的包埋微粒在模拟肠液中处理6h后β-胡萝卜素的释放率分别达到89.86％和90.67％。相较于天然β-胡萝卜素和β-胡萝卜素-环糊精包埋微粒，本发明制备的β-胡萝卜素双重包埋微粒在体外模拟消化环境中能更有效地保留并发挥β-胡萝卜素的生物活性。
试验6 ABTS自由基清除能力
1、试验样品
对照组1：实施例1中采用的β-胡萝卜素，记作β-C。
对照组2：实施例1中步骤2)得到的β-胡萝卜素-环糊精包合物，记作β-CC。
实验组1：实施例1制备的β-胡萝卜素双重包埋微粒，记作β-CC-S24。
实验组2：实施例6制备的β-胡萝卜素双重包埋微粒，记作β-CC-S36。
实验组3：实施例7制备的β-胡萝卜素双重包埋微粒，记作β-CC-S12。
2、试验方法
将ABTS(7mmol/L)溶于2.45mmol/L过硫酸钾中，在25℃下避光保存12h后使用。取一份ABTS溶液用乙醇稀释，使其在734nm处吸光度为0.70±0.02。然后，将在不同胃肠消化阶段获得的上清液(20μL)与980μL稀释的ABTS溶液充分混合。将混合物置于30℃下避光反应10min，并使用紫外/可见分光光度计记录其734nm处的吸光度。
本试验中，不同胃肠消化阶段获得的上清液，可参照试验3的方法进行，得到五组样品在SGF和SIF中不同胃肠消化阶段的上清液。
ABTS自由基清除能力用如下公式计算：
ABTS抑制能力(％)＝[(A对照-A上清液)/A对照]×100％
其中：A对照是稀释ABTS溶液的吸光度；
A上清液是样品在SGF和SIF中不同胃肠消化阶段的上清液的吸光度。
ABTS自由基清除能力的计算结果参见图6所示。
参见图6，ABTS自由基清除能力对β-胡萝卜素-环糊精包合物和β-胡萝卜素自组装颗粒表现出明显的浓度依赖性；β-胡萝卜素的释放量越高，ABTS的自由基清除能力越强。研究表明，β-胡萝卜素-环糊精包合物的包合结构可以显著提高β-胡萝卜素的水溶性，从而促进β-胡萝卜素在水相中的抗氧化活性。β-CC-S36的ABTS自由基清除能力最强，这是由于其高封装效率和释放速率，但其快速释放β-C和高富集的抗氧化活性容易引起中毒和对人体器官的损害。此外，虽然β-CC-S12的释放速度快，但包埋效率却最低，导致其释放量低，这使得其ABTS自由基清除能力相对较弱。
综上所述，β-CC-S24是最理想的自组装颗粒，其相应的递送系统不仅可以最大限度地减少胃中β-胡萝卜素的释放，防止β-胡萝卜素在酸性条件下异构化，从而产生不利于人体健康的促氧化合物，而且在β-胡萝卜素的吸收部位(小肠)中保持均匀缓慢的释放，避免了突释或快速释放β-胡萝卜素对人体造成损害，有利于提高β-胡萝卜素的生物利用度，促进β-胡萝卜素在人体缺乏时转化为维生素A，从而发挥其生理益处。

Claims (10)

1.一种β-胡萝卜素双重包埋微粒的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)制备短链脱支淀粉
采用淀粉悬浮液与酶发生酶解，得到短链脱支淀粉上清液；淀粉与酶的加入量比为1g：20U～50U；
2)制备β-胡萝卜素-环糊精包合物
在避光条件下，将β-胡萝卜素溶于丙酮中，并逐滴滴入至β-环糊精溶液中，搅拌直至丙酮完全挥发，然后过滤，得到β-胡萝卜素-环糊精包合物；所述β-胡萝卜素与β-环糊精水溶液的用量比为1mg：10mL～20mL；所述β-环糊精溶液的质量浓度为0.5％；
3)制备β-胡萝卜素双重包埋微粒
在避光条件下，将步骤1)的短链脱支淀粉上清液和步骤2)的β-胡萝卜素-环糊精包合物，搅拌混合进行自组装，然后离心、冷冻干燥、过筛，得到β-胡萝卜素双重包埋微粒。
2.根据权利要求1所述的β-胡萝卜素双重包埋微粒的制备方法，其特征在于，所述步骤1)的具体过程是：
1.1)将干淀粉与水混合得到淀粉悬浮液；
1.2)淀粉悬浮液置于沸水浴中20min～30min，直至淀粉悬浮液完全糊化，然后冷却至50℃～55℃，加入等体积醋酸缓冲溶液，搅拌均匀；
1.3)继续向步骤1.2)中加入酶，在50℃～55℃下恒温搅拌，酶解12h～36h后调节pH为7.0±0.2；并在沸水浴中保持18min～25min将酶灭活，再离心，收集上清液即为短链脱支淀粉。
3.根据权利要求2所述的β-胡萝卜素双重包埋微粒的制备方法，其特征在于，所述步骤1.2)中，酶为普鲁兰酶或异淀粉酶；所述淀粉悬浮液的质量浓度为10％～20％；所述醋酸缓冲溶液的浓度为100mmol/L～200mmol/L，醋酸缓冲溶液的pH为5.5±0.2。
4.根据权利要求3所述的β-胡萝卜素双重包埋微粒的制备方法，其特征在于，所述步骤2)中，利用0.45μm的滤膜进行过滤，过滤次数为多次。
5.根据权利要求4所述的β-胡萝卜素双重包埋微粒的制备方法，其特征在于，所述步骤3)中，短链脱支淀粉上清液为新鲜制备的；所述自组装温度为4℃±0.5℃，自组装时间为22h～25h；所述搅拌时间为30min～40min。
6.根据权利要求5所述的β-胡萝卜素双重包埋微粒的制备方法，其特征在于，所述步骤3)中，在自组装时还加入了壳聚糖溶液，所述壳聚糖溶液的终质量浓度为0.5％。
7.根据权利要求6所述的β-胡萝卜素双重包埋微粒的制备方法，其特征在于，所述步骤3)中，采用100目筛进行过筛。
8.一种如权利要求1-7任一项所述的β-胡萝卜素双重包埋微粒的制备方法制备的β-胡萝卜素双重包埋微粒。
9.根据权利要求8所述的β-胡萝卜素双重包埋微粒，其特征在于，所述β-胡萝卜素外部从内向外依次有两层包埋壁材，第一层包埋壁材为β-环糊精，第二层包埋壁材为短链脱支淀粉。
10.一种如权利要求9所述的β-胡萝卜素双重包埋微粒在作为辅助配料在食品、药品或日化用品中的应用。
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