CN115736254A

CN115736254A - 一种南极磷虾油油凝胶材料及其制备和应用

Info

Publication number: CN115736254A
Application number: CN202211514297.4A
Authority: CN
Inventors: 魏子淏; 赵婉均; 薛长湖
Original assignee: Ocean University of China
Current assignee: Ocean University of China
Priority date: 2022-11-30
Filing date: 2022-11-30
Publication date: 2023-03-07
Anticipated expiration: 2042-11-30
Also published as: CN115736254B

Abstract

本发明公开了一种模板法制备的南极磷虾油油凝胶及其应用，本发明的油凝胶，由乳清分离蛋白和黄原胶制成。将乳清分离蛋白–黄原胶冷冻凝胶浸入南极磷虾油中，达到吸油平衡后，得到南极磷虾油油凝胶。本发明选用奶酪生产的副产品乳清分离蛋白和经发酵工程生产的胞外多糖黄原胶为原料，产量大且价格低，并且具有较高的营养价值，可为乳清分离蛋白的深加工拓宽道路，此外，以乳清分离蛋白为基质还可以有效提高材料的应用范围。本发明的南极磷虾油油凝胶具有优异的吸油能力和持油能力，可以通过调整油相以及制备条件在较宽的条件下制备，绿色安全、还可以代替固体脂肪以调节食品基质中的脂肪酸组成。

Description

一种南极磷虾油油凝胶材料及其制备和应用

技术领域

本发明具体涉及一种南极磷虾油油凝胶材料的制备方法和应用，属于生物材料领域。

背景技术

南极磷虾油是从南极磷虾中提取而出的混合脂质，其中含有丰富的 ω-3 多不饱和脂肪酸（>40%）和磷脂（20.4%~32.7%）以及具有高抗氧化作用的虾青素（~200 mg/kg）。除此之外，磷虾油还含有多种维生素、微量元素等活性物质。更重要的是南极磷虾油是自然界中唯一以磷脂结合 ω-3 多不饱和脂肪酸的物质，其磷脂成分与人体细胞非常接近，易于吸收和利用。但南极磷虾油腥味较为浓烈，不饱和脂肪酸和其他组分也易于氧化和变质，且粘度较高，大大增加了加工难度，亟需开发或利用新型磷虾油包埋与递送技术来解决以上问题。

如以下专利所示：申请号：201910756836.7，公开号为CN110419735A，发明名称为“一种南极磷虾油微胶囊的制备方法”，公开了一种南极磷虾油微胶囊的制备方法，通过将磷虾油通过微胶囊包埋的方法，掩盖了南极磷虾油的不良风味，同时提高了南极磷虾油中虾青素的生物利用率。该方法采用了二次乳化和喷雾干燥结合的方式，其工艺复杂，成本高，难以实现工业化生产。

如以下专利所示：申请号：201611081521.X，公开号为CN106360437A，发明名称为“一种具有抗氧化作用的磷虾油微胶囊及其制备工艺”，公开了一种具有抗氧化作用的微胶囊及其制备工艺，一定程度上提高了磷虾油的抗氧化性。该方法所述的磷虾油微胶囊由芯材、壁材、分散剂、油相抗氧化剂、水相抗氧化剂、乳化剂组成，组成成分复杂，且经过干燥后还需打粉过筛，应用范围较窄。

文章《Encapsulation of Antarctic krill oil in yeast cellmicrocarriers: Evaluation of oxidative stability and in vitro release》公开了一种通过将南极磷虾油包埋在酵母细胞中的方法，提高了磷虾油的氧化稳定性和磷虾油中虾青素、DHA等物质的生物利用率。该方法涉及到微生物培养，操作复杂，且对磷虾油的负载能力差，不利于在食品工业中的后续应用。

文章《Preparation and characterization of novel nanocarrierscontaining krill oil for food application》公开了一种含有高含量磷虾油的纳米结构脂质载体的制备方法，增强了磷虾油的物理和化学稳定性，并扩大了其在水性食品中的应用。该方法结合了加热均质和超声破碎技术。该方法的制备过程涉及到高温加热，会对磷虾油的氧化稳定性产生影响，不利于应用于食品工业后的货架期。

如上所述，目前关于磷虾油的包埋递送工艺比较局限，因此，亟需开发新型磷虾油包埋与递送技术。目前，通过泡沫模板法制备油凝胶来对磷虾油进行包埋与递送的技术尚未有报道。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明的首要目的是提供一种南极磷虾油油凝胶。

本发明的第二个目的是提供上述南极磷虾油油凝胶的制备方法。

本发明的第三个目的是提供上述南极磷虾油油凝胶的应用。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案为：

1）称取一定量的乳清分离蛋白溶解于超纯水中，200 rpm搅拌1 h，使其完全溶解，在4℃冰箱内放置12 h，使其完全水合。

2）称取一定量黄原胶溶解于超纯水中，200 rpm搅拌6 h使其完全溶解。

3）将步骤2）所述的乳清分离蛋白溶液与步骤2）所述的黄原胶溶液等体积混合，通过加入NaOH (0.1 M)和HCl (0.1 M)维持pH在固定值。

4）将步骤3）的乳清分离蛋白–黄原胶溶液经800 W超声处理20 min。

5）将步骤4）所得的溶液经纳米研磨机处理，然后在高速剪切下发泡，发泡后立即放入液氮罐中进行冷冻塑形。

6）将步骤5）的冷冻塑形后的泡沫经真空冷冻干燥处理，得到乳清分离蛋白–黄原胶冷冻凝胶。

优选的，步骤2）中黄原胶的浓度为0.1%–0.5% (w/v)。

优选的，乳清分离蛋白在溶液中的浓度为5%–15%。进一步的，乳清分离蛋白的最佳浓度为10%。

优选的，所述液态油选自南极磷虾油、鱼油、大豆油、菜籽油、山茶油、葵花油、棕榈油、棉籽油中的一种或多种。本发明优选的液态油为南极磷虾油。

如无特殊说明，本发明所述的室温为15～25℃。

相较于现有技术，本发明的有益效果及优点是：

（1）本发明选用奶酪生产的副产品乳清分离蛋白和经发酵工程生产的胞外多糖黄原胶为原料，产量大且价格低，并且具有较高的营养价值。本发明可为乳清分离蛋白的深加工拓宽道路，此外，以乳清分离蛋白为基质还可以有效提高材料的应用范围。

（2）本发明所制备的南极磷虾油油凝胶具有优异的吸油能力和持油能力，可以通过调整油相以及制备条件在较宽的条件下制备，绿色安全、还可以代替固体脂肪以调节食品基质中的脂肪酸组成。

（3）本发明所得南极磷虾油油凝胶不仅提高了南极磷虾油的氧化稳定性，而且有效掩盖了南极磷虾油的不良风味，为南极磷虾油的应用提供了新的思路，可用于制备功能性食品和特医食品等。

（4）本发明具有工艺简单，操作安全等特点，不仅在食品工业上的应用具有广阔的发展前景，还可以根据需要添加到预混料食品、保健食品、日化用品和药品等体系当中，因此在生物与医药、材料等领域也有广泛的发展前景。

（5）本发明首次通过泡沫模板法制备油凝胶来对磷虾油进行包埋与递送。

附图说明

图1是乳清分离蛋白–黄原胶冷冻凝胶的外观图和扫描电镜图。

图2是实施例2-4中冷冻凝胶的吸油能力。

图3是实施例2-4中冷冻凝胶的持油能力。

图4是实施例2-4中冷冻凝胶和相应的油凝胶的硬度。

图5是实施例4得到的油凝胶的氧化稳定性示意图。

图6是实施例4得到的油凝胶的体外游离脂肪酸释放率。

图7是实施例4得到的油凝胶经体外消化虾青素的后生物利用率。

图8是实施例4得到的油凝胶和磷虾油的特征指纹图谱。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明进行进一步说明。在此需要说明的是，对于这些实施方式的说明用于帮助理解本发明，但并不构成对本发明的限定。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

其中，本发明所使用的试验方法如无特殊说明，均为常规方法；所使用的材料、试剂等，如无特殊说明，为可从商业途径得到的试剂和材料。

实施例1：

精准称量乳清分离蛋白，溶于100mL去离子水中，制备蛋白浓度为10%的乳清分离蛋白溶液，将pH调节到6以后对其进行超声，将超声后的样品经纳米研磨机处理，然后在12,000 rpm下剪切5 min形成含水泡沫。发泡后将其迅速转移至模具中并置于液氮罐中冷冻塑形，然后在-40℃下冷冻干燥48h，得到冷冻凝胶。将得到的冷冻凝胶转移至过量的磷虾油中，达到吸油平衡后得到磷虾油油凝胶。

实施例2：

精准称量乳清分离蛋白和黄原胶，分别溶于100mL去离子水中，待其完全溶解后，将两种溶液等体积混合，最终的乳清分离蛋白浓度10%，黄原胶浓度0.1%。将pH调节到6以后对其进行超声，将超声后的样品经纳米研磨机处理，然后在12, 000 rpm下剪切5 min形成含水泡沫。发泡后将其迅速转移至模具中并置于液氮罐中冷冻塑形，然后在-40 ℃下冷冻干燥48 h，得到冷冻凝胶。将得到的冷冻凝胶转移至过量的磷虾油中，达到吸油平衡后得到磷虾油油凝胶。

实施例3：

精准称量乳清分离蛋白和黄原胶，分别溶于100mL去离子水中，待其完全溶解后，将两种溶液等体积混合，最终的乳清分离蛋白浓度10%，黄原胶浓度0.3%。将pH调节到6以后对其进行超声，将超声后的样品经纳米研磨机处理，然后在12, 000 rpm下剪切5 min形成含水泡沫。发泡后将其迅速转移至模具中并置于液氮罐中冷冻塑形，然后在-40 ℃下冷冻干燥48 h，得到冷冻凝胶。将得到的冷冻凝胶转移至过量的磷虾油中，达到吸油平衡后得到磷虾油油凝胶。

实施例4：

精准称量乳清分离蛋白和黄原胶，分别溶于100mL去离子水中，待其完全溶解后，将两种溶液等体积混合，最终的乳清分离蛋白浓度10%，黄原胶浓度0.5%。将pH调节到6以后对其进行超声，将超声后的样品经纳米研磨机处理，然后在12, 000 rpm下剪切5 min形成含水泡沫。发泡后将其迅速转移至模具中并置于液氮罐中冷冻塑形，然后在-40 ℃下冷冻干燥48 h，得到冷冻凝胶。将得到的冷冻凝胶转移至过量的磷虾油中，达到吸油平衡后得到磷虾油油凝胶。

实验例1 微观结构实验

以实施例1、实施例2、实施例3、实施例4制备得到的冷冻凝胶为实验样品，通过扫描电镜观察其微观网络结构。

通过图1的实验结果可以看出，在实施例1制备得到的冷冻凝胶中，孔隙大小不一，分布不均，且表现出坍塌现象。对比实施例1，在实施例2中得到的冷冻凝胶孔径分布要相对均一很多，这说明黄原胶的添加对冷冻凝胶的孔隙维持起到了一个稳定作用。随着黄原胶浓度的增加，冷冻凝胶的孔径分布越来越均一，闭孔越来越少。实施例4中可见大小均一的开孔，冷冻凝胶的网络结构总体呈现蜂窝状。

实验例2 吸油能力实验

以实施例2、实施例3、实施例4制备得到的冷冻凝胶为样品，称量冷冻凝胶的重量，将其浸入磷虾油中，在12h内每小时称量油凝胶的重量直至其恒重。冷冻凝胶的吸油能力计算公式如下：

吸油能力=气凝胶吸油后重量/气凝胶吸油前重量

通过图2的实验结果可以看出，实施例2、实施例3和实施例4制备得到的油凝胶吸油能力均较好，其中实施例3的吸油能力最好，可以吸取相当于自身重量8.9倍的油。

实验例3 持油能力实验

以实施例2、实施例3、实施例4制备得到的油凝胶为实验样品，称量油凝胶的重量，以8, 000 rpm的转速离心15分钟，离心后，去除多余的油并称重，油凝胶的持油能力计算公式如下：

持油能力（%）=油凝胶初始重量*100/油凝胶离心后重量

通过实验结果（图3）可以看出，实施例4的持油能力最好，达到92%以上，这与其分布均一的微观结构有关。

实验例4 硬度实验

以实施例2、实施例3、实施例4制备得到的冷冻凝胶及油凝胶为实验样品，通过TMS-TOUCH质构仪测定硬度。

通过图4的实验结果可以看出，油凝胶的硬度比相应的冷冻凝胶低，这是因为冷冻凝胶吸油的过程类似于吸水，会对其网络结构的支撑力起到一个削弱作用。而在实施例4中，无论是冷冻凝胶还是油凝胶，其硬度均高于实施例2和实施例3，这是因为实施例4具有更均一的孔径大小和分布，对冷冻凝胶的结构具有更好的自支撑性。

实验例5 氧化稳定性实验

以实施例4制备得到的油凝胶为实验样品，通过50℃加速氧化储存14d内测定硫代巴比妥酸值和过氧化值来检测油凝胶的氧化稳定性。

通过图5的实验结果可以看出，本发明制备得到的油凝胶的氧化稳定性好，在50℃加速氧化储存条件下依然可以保持较好的稳定性，其氧化稳定性明显优于大豆油，主要是因为气凝胶的网络结构有效阻碍了油与氧气的接触，从而延缓了脂质的氧化。

实验例6 模拟消化实验

以实施例4制备得到的油凝胶为实验样品，通过体外模拟胃肠道消化来进行模拟消化实验，并拟定消化的游离脂肪酸释放曲线。

通过图6的实验结果可以看出，以实施例4得到的油凝胶在体外模拟消化的条件下，其游离脂肪酸的释放率和释放速率都高于磷虾油，表明其消化率和消化速率都高于磷虾油。

实验例7 生物利用率实验

以实施例4制备得到的油凝胶作为实验样品，通过高效液相色谱法测量消化液胶束相中的虾青素含量，虾青素的生物利用率计算公式如下：

生物利用率（%）=胶束中的虾青素含量*100/体系中的虾青素总含量

通过图7的实验结果可以看出，当以实施例4制备得到的油凝胶作为实验样品时，对比磷虾油，虾青素在油凝胶中的生物利用率明显高于其在磷虾油中的生物利用度，表明使用油凝胶来作为虾青素等功能因子的递送载体可以提高其生物利用度。上述结果表明，本发明的南极磷虾油油凝胶可用作提高南极磷虾油中虾青素生物利用率的递送载体。

实验例8 风味掩蔽实验

以实施例4得到的油凝胶和磷虾油作为实验样品，采用气相色谱离子迁移谱联用仪（GC-IMS）对风味物质进行检测。使用GC-IMS Library Search软件对GC-IMS生成的色谱图中未知挥发性有机化合物进行识别。通过比较NIST 2014的保留指数(RI)和IMS数据库的漂移时间(DT)对挥发性成分进行定性分析。随后，用LAV(2.2.1)绘制了挥发物光谱。

为了比较油凝胶和磷虾油样品中挥发性风味化合物的含量，采用GC-IMS二维图谱进行峰值识别，如图8所示。在指纹图谱中，每种化合物的灰度代表化合物的含量，含量越多灰度越高。一种化合物的不同浓度会产生各种信号和斑点，尽管在GC-IMS Library Search软件中对这些化合物进行了识别，但指纹图谱中还显示了一些未知物质，共鉴定出29种化合物。从指纹图谱中可以明显看出，油凝胶中多种风味化合物的含量均低于磷虾油。

由此可见，南极磷虾油油凝胶因其较好地掩盖南极磷虾油的不良风味以及较高地提高其功能因子的生物利用率的优点，可以广泛应用于工业生产中，以提高南极磷虾油生物活性物质的稳定性和消化吸收利用度。

应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims

1.一种油凝胶，其特征在于，由乳清分离蛋白和黄原胶制成。

2.一种乳清分离蛋白–黄原胶油凝胶的制备方法，其特征在于，制备方法是乳清分离蛋白黄原胶溶液等体积混合后，经超声处理后，通过真空冷冻干燥去除水相，制得冷冻凝胶骨架浸入食用油中达到吸油平衡即得到乳清分离蛋白–黄原胶油凝胶。

3.权利要求2所述的乳清分离蛋白–黄原胶油凝胶的制备方法，其特征在于，制备方法具体包括下列步骤：

1）称取一定量的乳清分离蛋白溶解于超纯水中，200 rpm搅拌1 h，使其完全溶解，在4℃冰箱内放置12 h，使其完全水合；

2）通过加入NaOH和HCl使步骤1）所述的乳清分离蛋白溶液的pH维持在5–7；

3）称取一定量黄原胶溶解于超纯水中，200 rpm搅拌6 h使其完全溶解；

4）将步骤2）所述的乳清分离蛋白溶液与步骤3）所述的黄原胶溶液等体积混合，通过加入NaOH和HCl维持pH在固定值；

5）将步骤4）的乳清分离蛋白–黄原胶溶液经800 W超声处理20 min;

6）将步骤5）所得的溶液经纳米研磨机处理，然后在高速分散机下进行剪切；

7）反应结束后，将得到的含水泡沫立刻放入液氮罐中冷冻定型，然后经真空冷冻干燥后得到乳清分离蛋白–黄原胶冷冻凝胶；

8）将步骤7）的乳清分离蛋白–黄原胶冷冻凝胶浸入液态油中，在12 h的时间内达到吸油平衡，得到乳清分离蛋白–黄原胶油凝胶。

4.根据权利要求3所述的乳清分离蛋白–黄原胶油凝胶的制备方法，其特征在于，其中所述步骤4）中乳清分离蛋白的浓度为5–15% (w/v)，步骤4）中黄原胶的浓度为0.1%–0.5%(w/v)。

5.根据权利要求4所述的乳清分离蛋白–黄原胶油凝胶的制备方法，其特征在于，乳清分离蛋白的浓度为10% (w/v)。

6.根据权利要求3所述的乳清分离蛋白–黄原胶油凝胶的制备方法，其特征在于，步骤4）的pH 为6。

7.根据权利要求3所述的乳清分离蛋白–黄原胶油凝胶的制备方法，其特征在于，步骤6）中的剪切速度为12, 000 rpm，剪切时间为5 min。

8.根据权利要求3所述的乳清分离蛋白–黄原胶油凝胶的制备方法，其特征在于，步骤7）中的中预冻条件为–40℃预冻24 h，冷冻干燥的时间为48 h。

9.根据权利要求3所述的乳清分离蛋白–黄原胶油凝胶的制备方法，其特征在于，步骤8）中所述液态油为选自南极磷虾油、鱼油、大豆油、菜籽油、山茶油、葵花油、棕榈油、棉籽油中的一种或多种。

10.根据权利要求9所述的乳清分离蛋白–黄原胶油凝胶的制备方法，其特征在于，步骤8）中所述液态油为南极磷虾油。