CN115530367A - 一种含β-胡萝卜素的氧化高直链淀粉乳液及其制备方法与应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种含β‑胡萝卜素的氧化高直链淀粉乳液及其制备方法与应用，属于疏水性生物活性物质的包埋及定向递送技术领域。所述的含β‑胡萝卜素的氧化高直链淀粉乳液的制备方法，包括如下制备步骤：(1)将β‑胡萝卜素加入植物油中，于50～70℃水浴条件下避光搅拌1～2h至完全溶解，得到油相；(2)将氧化高直链淀粉溶解于水中，涡旋至溶解，调节溶液的pH，静置，得到水相；(3)将步骤(1)得到的油相和步骤(2)得到的水相混合均匀后经高速剪切处理，得到含β‑胡萝卜素的氧化高直链淀粉乳液。本发明制备得到的含β‑胡萝卜素的氧化高直链淀粉乳液油滴分散得更为均匀，具有更优异的稳定性和缓释效果。
Description
技术领域
本发明涉及疏水性生物活性物质的包埋及定向递送技术领域，具体涉及一种含β-胡萝卜素的氧化高直链淀粉乳液及其制备方法与应用。
背景技术
随着亚健康人群数量激增，各种慢性疾病如高血压、高血脂和糖尿病频发，人们的健康意识逐渐增强，对健康产品的需求日益增加。在饮食方面，消费者更倾向于选择可兼顾基本营养需求和有益身心健康的食品。功能性食品的市场不断发展壮大，其对国民的身心健康发展和社会进步具有重大意义；基于此，各国政府致力于设计与开发含生物活性物质的功能性食品。生物活性物质是指具有生物活性的化合物，可对生命现象具有影响的微量或少量的物质，包括多糖、蛋白质和维生素等，具有提高机体免疫力、抗氧化和抗炎等功效；其中，β-胡萝卜素是一种疏水性的生物活性物质，具有抗衰老，预防慢性疾病和维持人体健康水平等生理功能；但其分子中的共轭双键，导致其对光、热等环境因素十分敏感。β-胡萝卜素的难溶性、对外界环境敏感性以及易降解性严重限制了其在生产过程中的应用，因此需要寻找合适的递送体系，以提高其水溶性、稳定性并实现定向释放。在研究保护β-胡萝卜素递送体系的过程中发现，一些不同种类的递送体系已被广泛研究，用以包埋β-胡萝卜素从而克服上述的缺点，其中Pickering乳液具有优良的乳液稳定性。乳液体系的研究载体主要集中在淀粉纳米晶、乳清蛋白、玉米醇溶蛋白/壳聚糖及其他生物基乳化剂，但利用氧化高直链淀粉制备的Pickering乳液作为β-胡萝卜素的递送体系尚未见报道。
近些年来，淀粉颗粒已被作为一种极具潜在价值的生物基递送载体来研究。与常见的递送载体相比，淀粉颗粒具备来源丰富、天然绿色安全和生物可降解性等优势。由于在食品应用中独特的功能特性和较高的营养价值，如有助于膳食纤维的摄入，高直链淀粉逐渐受到关注。但天然的高直链淀粉水溶性差，化学基团单一，限制了其在营养物质和药物载体方面的开发和应用。
发明内容
本发明的首要目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种含β-胡萝卜素的氧化高直链淀粉乳液的制备方法。
本发明的另一目的在于提供通过上述制备方法制备得到的含β-胡萝卜素的氧化高直链淀粉乳液。
本发明的再一个目的在于提供上述含β-胡萝卜素的氧化高直链淀粉乳液的应用。
本发明的上述目的通过以下技术方案实现：
一种含β-胡萝卜素的氧化高直链淀粉乳液的制备方法，包括如下制备步骤：
(1)将β-胡萝卜素加入植物油中，于50～70℃水浴条件下避光搅拌1～2h至完全溶解，得到油相；
(2)将氧化高直链淀粉溶解于水中，涡旋至溶解，调节溶液的pH，静置，得到水相；
(3)将步骤(1)得到的油相和步骤(2)得到的水相混合均匀后经高速剪切处理，得到含β-胡萝卜素的氧化高直链淀粉乳液。
步骤(1)中所述的植物油优选为玉米油、大豆油和葵花子油中的至少一种；更优选为玉米油。
步骤(1)中所述的β-胡萝卜素与植物油优选按质量比8～12:3～7计算；更优选按质量比10:5计算。
步骤(1)中所述的水浴的温度优选为60℃。
步骤(2)中所述的氧化高直链淀粉优选为氧化度为10％～90％的氧化高直链淀粉；更优选为氧化度为90％的氧化高直链淀粉(以下简称为DO90-OHAS)。
所述的DO90-OHAS通过如下方法制备得到：向高直链玉米淀粉(G80)溶液中加入2,2,6,6-四甲基哌啶氧化物(TEMPO)和NaBr，得到混合液，调节混合溶液pH为9.5～10.5；向其中同时滴加NaOH溶液和NaClO溶液以保持溶液的pH为9.5～10.5，然后加入无水乙醇中止反应；随后加入NaBH4，混匀后调节pH至3，继续搅拌再调节溶液pH至7，继续搅拌后加入无水乙醇，抽滤，反复洗涤，透析，即得氧化度为90％的氧化高直链淀粉(DO90-OHAS)。
所述的DO90-OHAS具体通过如下方法制备得到：4.05g高直链玉米淀粉(G80)溶于250mL蒸馏水中，置于立式压力蒸汽灭菌器高温灭菌(121℃20min)，冷却至4℃左右，得到高直链玉米淀粉(G80)溶液；准确称取0.0324g2,2,6,6-四甲基哌啶氧化物(TEMPO)和1.62gNaBr溶于上述溶液中，得到混合液，调节溶液pH为10；准确量取45mL 0.5M NaOH溶液，向上述pH为10的混合液中一边逐滴加入NaClO溶液，一边滴加NaOH溶液，使得溶液的pH稳定在10，温度稳定在0～4℃；当NaOH溶液滴加完，加入10mL无水乙醇，终止反应；5min后加入0.05g NaBH4搅拌1h；调节溶液pH为3，磁力搅拌1h；再调节溶液pH为7，继续磁力搅拌1h，再加入1.5倍溶液体积的无水乙醇，抽滤得到产物，乙醇洗三次，最后溶于蒸馏水透析三天充分除盐，得到氧化度为90％的氧化高直链淀粉(DO90-OHAS)。
步骤(2)中所述的氧化高直链淀粉与水优选按质量(mg)体积(mL)比0.3～0.7:8～12计算；更优选按质量(mg)体积(mL)比0.5:10计算。
步骤(2)中所述的水相的pH优选为3～7；更优选pH为7。
步骤(3)中所述的高速剪切处理的条件优选为12000～14000rpm剪切80～100s；更优选为13000rpm剪切90s。
一种含β-胡萝卜素的氧化高直链淀粉乳液，通过上述制备方法制备得到。
所述的含β-胡萝卜素的氧化高直链淀粉乳液在疏水性生物活性物质的包埋和定向释放领域中的应用。
相比于现有技术，本发明具有如下优点及有益效果；
(1)本发明通过TEMPO媒介氧化体系对高直链玉米淀粉进行氧化制备氧化高直链淀粉，以其为原料制备得到乳液，优化了乳液的核壳结构，与高直链玉米淀粉制备的乳液相比，本发明制备得到的含β-胡萝卜素的氧化高直链淀粉乳液油滴分散得更为均匀，具有更优异的稳定性和缓释效果。
(2)本发明通过TEMPO媒介氧化体系优化制备了含β-胡萝卜素的O/W型氧化高直链淀粉乳液，用于β-胡萝卜素的肠道定向释放，该递送体系可以对β-胡萝卜素起到较好的保护作用，实现β-胡萝卜素在肠道内的定向释放，并提高β-胡萝卜素的热稳定性，为疏水性生物活性物质的开发提供了新思路，拓宽了高直链淀粉递送体系在生物活性物质的包埋及定向释放领域中的应用。
(3)本发明氧化度为90％的氧化高直链淀粉制备过程中，所用的TEMPO氧化是一种温和高效的方法，其通过将淀粉糖环C6位上的羟基转化成羧基，能够有效改善淀粉溶液的水溶性。与天然高直链玉米淀粉相比，氧化高直链淀粉具有良好的水溶性和流动性，同时粘度更高，粘结力更强，包封率更高；高直链淀粉生产工艺简单且生产成本低，在食品领域内有着广泛的应用，故水溶性的氧化淀粉有望作为生物活性成分的递送载体。
附图说明
图1为实施例1制备得到的含β-胡萝卜素的DO90-OHAS乳液的CLSM图。
图2为对比例1制备得到的含β-胡萝卜素的高直链玉米淀粉乳液的CLSM图。
图3为实施例1和对比例1制备得到的乳液中β-胡萝卜素的释放率和热处理下的抗氧化性结果图；其中，图A为实施例1得到的含β-胡萝卜素的DO90-OHAS乳液和对比例1制备得到的含β-胡萝卜素的高直链玉米淀粉乳液中β-胡萝卜素的释放率结果图；图B为实施例1得到的含β-胡萝卜素的DO90-OHAS乳液和对比例1制备得到的含β-胡萝卜素的高直链玉米淀粉乳液在热处理下的抗氧化性结果图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明做进一步说明，但本发明不受实施例的限制。
氧化度为90％的氧化高直链淀粉(DO90-OHAS)的制备：
所述的DO90-OHAS具体通过如下方法制备得到：4.05g高直链玉米淀粉(G80)溶于250mL蒸馏水中，置于立式压力蒸汽灭菌器高温灭菌(121℃20min)，冷却至4℃左右，得到高直链玉米淀粉(G80)溶液；准确称取0.0324g2,2,6,6-四甲基哌啶氧化物(TEMPO)和1.62gNaBr溶于上述溶液中，得到混合液，调节溶液pH为10；准确量取45mL 0.5M NaOH溶液，向上述pH为10的混合液中一边逐滴加入NaClO溶液，一边滴加NaOH溶液，使得溶液的pH稳定在10，温度稳定在0～4℃；当NaOH溶液滴加完，加入10mL无水乙醇，终止反应；5min后加入0.05g NaBH4搅拌1h；调节溶液pH为3，磁力搅拌1h；再调节溶液pH为7，继续磁力搅拌1h，再加入1.5倍溶液体积的无水乙醇，抽滤得到产物，乙醇洗三次，最后溶于蒸馏水透析三天充分除盐，得到氧化度为90％的氧化高直链淀粉(DO90-OHAS)。
实施例1：
一种含β-胡萝卜素的氧化高直链淀粉乳液的制备方法，包括如下制备步骤：
(1)将10mgβ-胡萝卜素加入5mg玉米油中，于60℃水浴条件下避光搅拌2h至完全溶解，得到油相；
(2)0.5g DO90-OHAS溶于10mL蒸馏水中，涡旋至溶解，调节溶液的pH＝7，然后静置于密闭容器中，得到水相；
(3)将步骤(1)得到的油相和步骤(2)得到的水相混合均匀后经高速均质机以13000rpm高速剪切处理90s，得到含β-胡萝卜素的DO90-OHAS乳液。
对比例1：
一种含β-胡萝卜素的高直链玉米淀粉乳液的制备方法，包括如下步骤：
本实施例与实施例1基本相同，不同之处在于，步骤(2)中，本对比例将0.5g高直链玉米淀粉(G80)溶于10mL蒸馏水中，最终得到含β-胡萝卜素的高直链玉米淀粉乳液。
性能测试：
实施例1制备得到的含β-胡萝卜素的DO90-OHAS乳液和对比例1制备得到的含β-胡萝卜素的高直链玉米淀粉乳液中β-胡萝卜素对DPPH自由基的清除率：
分别将实施例1制备得到的含β-胡萝卜素的DO90-OHAS乳液和对比例1制备得到的含β-胡萝卜素的高直链玉米淀粉乳液放在80℃下加热，分别在0、1h、2h、3h、4h、5h下检测实施例1制备得到的含β-胡萝卜素的DO90-OHAS乳液和对比例1制备得到的含β-胡萝卜素的高直链玉米淀粉乳液中的胡萝卜素对DPPH自由基的清除率的变化情况。
试验中所用的DPPH溶液的浓度为0.4mM。用萃取剂(正己烷与乙醇体积比1:2)将乳液中包埋的胡萝卜素萃取出来。将胡萝卜素粉(购于Sigma-Aldrich公司)溶于正己烷中，形成胡萝卜素溶液，使其中胡萝卜素的浓度与乳液中萃取出来的胡萝卜素的浓度相同。分别取3mL胡萝卜素溶液和3mL乳液中萃取出来的胡萝卜素溶液加入到3mL DPPH溶液中作为样品组，分别取3mL胡萝卜素溶液和3mL乳液中萃取出来的胡萝卜素溶液加入到3mL无水乙醇作为干扰组，3mL无水乙醇加入到3mL DPPH溶液中作为空白组，使用紫外分光光度计于517nm处分别测定吸光度，按照公式(2)分别计算出每组β-胡萝卜素的DPPH清除率，最后得到β-胡萝卜素DPPH自由基清除率的校正曲线(每个样品做三次平行)；
DPPH自由基清除率(％)＝[1-(Asi-Aii)/A0]×100％ 公式(2)
式中，Asi为样品组的吸光度；A0为空白组的吸光度；Aii为干扰组的吸光度。
实施例1制备得到的含β-胡萝卜素的DO90-OHAS乳液和对比例1制备得到的含β-胡萝卜素的高直链玉米淀粉乳液中β-胡萝卜素释放率测定：
试验温度为37±0.5℃，释放介质为模拟胃液和模拟肠液。
模拟胃液(SGF)：配制0.85％生理盐水溶液，用HCl溶液将上述溶液pH调节至2，按3.3g/mL的比例加入胃蛋白酶，即得模拟胃液。
模拟肠液(SIF)：配制6.8g/mL磷酸二氢钾溶液加入胆盐使其浓度为4.5mg/mL，用NaOH溶液调节pH至7.5，然后分别加入胰蛋白酶和淀粉酶使胰蛋白酶的浓度为10g/mL，淀粉酶的浓度为0.75μL/mL，即得模拟小肠液。
分别取实施例1得到的含β-胡萝卜素的DO90-OHAS乳液和对比例1得到的含β-胡萝卜素的高直链玉米淀粉乳液先置于模拟胃液2h，然后转移至模拟肠液3h。经过模拟胃肠液消化后，取出样品萃取β-胡萝卜素，采用紫外分光光度计测定其含量，按照公式(1)计算β-胡萝卜素在经历模拟胃肠液后的释放率。
β-胡萝卜素释放率＝W1V/(E*(m/M)*W2)*100％ 公式(1)
其中：W1—释放出来的β-胡萝卜素含量(mg)；V—提取出来的β-胡萝卜素含量体积(mL)；E—包埋率(％)；m—称取的凝胶小球质量(g)；M—凝胶小球的总质量(g)；W2—β-胡萝卜素总量(mg)。
结果：
实施例1得到的含β-胡萝卜素的DO90-OHAS乳液的激光扫描共聚焦显微镜(CLSM)结果如图1所示。含β-胡萝卜素的DO90-OHAS乳液中β-胡萝卜素的包封率为72.5％。
对比例1得到的含β-胡萝卜素的高直链玉米淀粉(G80)乳液的激光扫描共聚焦显微镜(CLSM)结果如图2所示。含β-胡萝卜素的高直链玉米淀粉乳液中β-胡萝卜素的包封率为53.1％。
图1-2的CLSM结果表明，与对比例1得到的含β-胡萝卜素的高直链玉米淀粉乳液相比，实施例1得到的含β-胡萝卜素的DO90-OHAS乳液的液滴尺寸较小，大小较为均匀，同时也证明了该乳液是O/W型乳液；而且，本发明制备的含β-胡萝卜素的DO90-OHAS乳液具有更高的包封率。
另外，实施例1的含β-胡萝卜素的DO90-OHAS乳液和对比例1的含β-胡萝卜素的高直链玉米淀粉乳液在经模拟胃肠液处理后β-胡萝卜素的释放率和热处理下的抗氧化性结果如图3所示。
实施例1含β-胡萝卜素的DO90-OHAS乳液在经过模拟胃液消化后，β-胡萝卜素的释放率在23％左右；当转移到SIF中，β-胡萝卜素几乎可完全从乳液中释放出来。相比之下，对比例1的含β-胡萝卜素的高直链玉米淀粉乳液中的β-胡萝卜素从进入SGF开始，β-胡萝卜素的释放率可高达100％。
在80℃下连续加热后，实施例1的含β-胡萝卜素的DO90-OHAS乳液和对比例1的含β-胡萝卜素的高直链玉米淀粉乳液中的β-胡萝卜素的抗氧化性(DPPH清除率)分别为49.4±2.63％和16.7±3.7％。这是因为对比例1的含β-胡萝卜素的高直链玉米淀粉乳液不稳定，在模拟胃液中可快速释放包埋的β-胡萝卜素，导致β-胡萝卜素发生降解。由此可见：本发明实施例1所得含β-胡萝卜素的DO90-OHAS乳液具有更优异的缓释效果。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种含β-胡萝卜素的氧化高直链淀粉乳液的制备方法，其特征在于，包括如下制备步骤：
(1)将β-胡萝卜素加入植物油中，于50～70℃水浴条件下避光搅拌1～2h至完全溶解，得到油相；
(2)将氧化高直链淀粉溶解于水中，涡旋至溶解，调节溶液的pH，静置，得到水相；
(3)将步骤(1)得到的油相和步骤(2)得到的水相混合均匀后经高速剪切处理，得到含β-胡萝卜素的氧化高直链淀粉乳液。
2.根据权利要求1的制备方法，其特征在于，步骤(2)中所述的氧化高直链淀粉为氧化度为10％～90％的氧化高直链淀粉。
3.根据权利要求2的制备方法，其特征在于，所述的氧化高直链淀粉为氧化度为90％的氧化高直链淀粉。
4.根据权利要求3的制备方法，其特征在于，所述的氧化度为90％的氧化高直链淀粉通过如下方法制备得到：向高直链玉米淀粉溶液中加入2,2,6,6-四甲基哌啶氧化物和NaBr，得到混合液，调节混合溶液pH为9.5～10.5；向其中同时滴加NaOH溶液和NaClO溶液以保持溶液的pH为9.5～10.5，然后加入无水乙醇中止反应；随后加入NaBH4，混匀后调节pH至3，继续搅拌再调节溶液pH至7，继续搅拌后加入无水乙醇，抽滤，反复洗涤，透析，即得氧化度为90％的氧化高直链淀粉。
5.根据权利要求4的制备方法，其特征在于，所述的氧化度为90％的氧化高直链淀粉通过如下方法制备得到：4.05g氧化高直链玉米淀粉溶于250mL蒸馏水中，置于121℃、20min高温灭菌，冷却至4℃左右，得到高直链玉米淀粉溶液；准确称取0.0324g 2,2,6,6-四甲基哌啶氧化物和1.62g NaBr溶于上述溶液中，得到混合液，调节溶液pH为10；准确量取45mL0.5M NaOH溶液，向上述pH为10的混合液中一边逐滴加入NaClO溶液，一边滴加NaOH溶液，使得溶液的pH稳定在10，温度稳定在0～4℃；当NaOH溶液滴加完，加入10mL无水乙醇，终止反应；5min后加入0.05g NaBH4搅拌1h；调节溶液pH为3，磁力搅拌1h；再调节溶液pH为7，继续磁力搅拌1h，再加入1.5倍溶液体积的无水乙醇，抽滤得到产物，乙醇洗三次，最后溶于蒸馏水透析三天充分除盐，得到氧化度为90％的氧化高直链淀粉。
6.根据权利要求1的制备方法，其特征在于，
步骤(1)中所述的植物油为玉米油、大豆油和葵花子油中的至少一种；
步骤(1)中所述的β-胡萝卜素与植物油按质量比8～12:3～7计算；
步骤(2)中所述的氧化高直链淀粉与水按质量mg体积mL比0.3～0.7:8～12计算。
7.根据权利要求6的制备方法，其特征在于，
步骤(1)中所述的植物油为玉米油；
步骤(1)中所述的β-胡萝卜素与植物油按质量比10:5计算；
步骤(2)中所述的氧化高直链淀粉与水按质量mg体积mL比0.5:10计算。
8.根据权利要求1的制备方法，其特征在于，
步骤(2)中所述的水相的pH为3～7；
步骤(3)中所述的高速剪切处理的条件为12000～14000rpm剪切80～100s。
9.一种含β-胡萝卜素的氧化高直链淀粉乳液，其特征在于，通过权利要求1～8任一所述的制备方法制备得到。
10.权利要求9所述的含β-胡萝卜素的氧化高直链淀粉乳液在疏水性生物活性物质的包埋和定向释放领域中的应用。
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