一种β-胡萝卜素乳液及其制备方法与流程

一种
β-胡萝卜素乳液及其制备方法
技术领域
1.本发明涉及食品加工技术领域，尤其涉及一种β-胡萝卜素乳液及其制备方法，其采用的乳化剂为小麦麸皮阿拉伯木聚糖、小麦麸皮阿拉伯木聚糖-豌豆分离蛋白复合物、和/或豌豆分离蛋白。


背景技术：

2.作为典型的脂溶性生物活性物质，β-胡萝卜素是自然界中分布最广也是目前学者研究最多的类胡萝卜素。作为维生素a的前体，它被广泛用作抗氧化剂和天然着色剂，在预防人体的许多疾病(如癌症、心血管疾病、黄斑退化症、白内障)中发挥着至关重要的作用。然而，由于β-胡萝卜素的多不饱和结构，其通常会在光、热、酶、金属离子、与金属结合的蛋白质和微生物的作用下加速降解，因此其化学不稳定性、低生物利用度以及低水溶性极大地限制了其在多种水溶液中的应用。利用水包油乳液对β-胡萝卜素进行递送逐步成为解决该问题的良好方法，该方法成本较低，且可以提高其水溶性、稳定性及生物利用率，在食品工业具有较好的应用前景。
3.在上述水包油乳液递送β-胡萝卜素的方法常用的乳化剂主要有乳清分离蛋白、大豆分离蛋白、酪蛋白酸钠等，目前对于采用改性蛋白作为乳化剂的研究还比较少见。糖基化反应是指通过蛋白质和糖之间的相互作用形成蛋白质-糖复合物的过程，是用于改善蛋白质功能特性的常用方法之一。蛋白质和糖分子通过共价相互作用或许多非共价相互作用(氢键、空间排阻静电相互作用和疏水相互作用)连接在一起。蛋白质-糖复合物可以使蛋白质和糖的功能特性产生协同效应，常作为脂溶性营养物质载体广泛应用于食品行业中，用以提高脂溶性营养物质的贮藏和消化稳定性，从而改善食品体系的质地、稳定性和质量。
4.但目前在β-胡萝卜素乳液工艺中采用蛋白质-糖复合物的研究鲜有报道，因此如何选择合适的糖基化改性蛋白作为乳化剂以制备高包埋率、稳定性好的乳液是目前亟需解决的问题。


技术实现要素：

5.为了克服现有技术中存在的问题，本发明提供一种β-胡萝卜素乳液及其制备方法，其采用小麦麸皮阿拉伯木聚糖、豌豆分离蛋白或两者的复合物作为乳化剂，与含有β-胡萝卜素的油相相配合，从而包埋β-胡萝卜素以制成水包油型乳液，该方法具有高包埋率、稳定性好的优点。
6.为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
7.本发明的第一个方面是提供一种乳化剂在制备β-胡萝卜素乳液中的应用，所述乳化剂选自小麦麸皮阿拉伯木聚糖(wbax)、小麦麸皮阿拉伯木聚糖-豌豆分离蛋白复合物(wbax-ppi)、豌豆分离蛋白(ppi)中的至少一种。
8.进一步地，在上述应用中，乳化剂与水混合得到水相混合物，β-胡萝卜素溶解于食物油中得到油相混合物；将水相混合物与油相混合物按预定比例混合，经过后续处理制得
β-胡萝卜素乳液。
9.本发明的第二个方面是提供一种β-胡萝卜素乳液的制备方法，其包括：
10.步骤s1：将乳化剂加入到水中得到水相混合物；
11.步骤s2：将β-胡萝卜素溶解于食物油中得到油相混合物；
12.步骤s3：将步骤s1中的水相混合物与步骤s2中的油相混合物按预定比例混合，经后续处理制得β-胡萝卜素乳液；
13.其中，步骤s1和步骤s2的先后顺序可进行更换或同时进行；所述步骤s1中的乳化剂选自小麦麸皮阿拉伯木聚糖(wbax)、小麦麸皮阿拉伯木聚糖-豌豆分离蛋白复合物(wbax-ppi)、豌豆分离蛋白(ppi)中的至少一种。
14.为了进一步优化上述本发明的第一个方面和第二个方面的技术方案，本发明采取的技术措施还包括：
15.进一步地，在上述应用和制备方法中，所述水相混合物中乳化剂的浓度为0.005～0.02g/ml；优选0.008～0.015g/ml；更优选，0.01g/ml。
16.进一步地，在上述应用和制备方法中，所述水相混合物的制备步骤具体为：将乳化剂分散于去离子水中，搅拌至完全溶解，得到水相混合物。
17.进一步地，在上述应用和制备方法中，所述食用油选自大豆油、玉米油、中链甘油三酯(mct油)中的至少一种；优选大豆油或mct油。
18.进一步地，在上述应用和制备方法中，所述油相混合物中β-胡萝卜素的浓度为0.01～2mg/ml；优选0.1～1.5mg/ml；更优选1mg/ml。
19.进一步地，在上述应用和制备方法中，所述油相混合物的制备步骤具体为：将β-胡萝卜素溶于食用油中，搅拌至完全溶解，在2～6℃静置10～15h，使其充分溶解，得到油相混合物。优选，在4℃静置12h。
20.进一步地，在上述应用和制备方法中，在所述水相混合物的制备步骤和油相混合物的制备步骤中采用的搅拌为常规的搅拌方式，以保证物质的充分溶解，其设备类型可根据实验室操作、工业操作等进行合适的选择，例如在实验室小试阶段可采用磁力搅拌的方式。
21.进一步地，在上述应用和制备方法中，所述水相混合物与油相混合物的混合体积比为6～12：1；优选8～10：1；更优选9：1。
22.进一步地，在上述应用和制备方法中，所述后续处理包括高速剪切、超声乳化，也可为本领域常规使用的其他后续处理方式。上述高速剪切、超声乳化可采用常规的设备进行操作，其设备类型可根据实验室操作、工业操作进行合适的选择。例如，在实验室小试操作过程中，所述高速剪切的具体操作参数为：高速剪切分散乳化机，转速为10000～15000rpm，时间为1～4min，优选采用fm200型高速剪切分散乳化机在12000rpm下运行2min；所述超声乳化的具体操作参数为：超声波细胞破碎仪，时间为2～5min，单次超声时间为3～10s，停止时间为3～10s，优选在冰浴环境中，振幅为40％，总超声时间为3min，单次超声时间为5s，停止时间为5s。
23.进一步地，在上述应用和制备方法中，所述乳化剂为小麦麸皮阿拉伯木聚糖-豌豆分离蛋白复合物。
24.进一步地，在上述应用和制备方法中，所述小麦麸皮阿拉伯木聚糖-豌豆分离蛋白
复合物的制备步骤包括：称取预定量的小麦麸皮阿拉伯木聚糖和豌豆分离蛋白分别分散于去离子水中，置于冰箱中水化过夜；将水化过夜的溶液ph均调至8～12后，取预定量的小麦麸皮阿拉伯木聚糖溶液和豌豆分离蛋白溶液等体积混合，于80～100℃加热1～5h，冷却终止反应，真空冷冻干燥，制得所述小麦麸皮阿拉伯木聚糖-豌豆分离蛋白复合物。优选，称取一定量的小麦麸皮阿拉伯木聚糖和豌豆分离蛋白分别分散于去离子水中使之浓度均为1％(w/v)，室温搅拌使小麦麸皮阿拉伯木聚糖和豌豆分离蛋白充分分散后于4℃冰箱中水化过夜。将上述溶液ph调至10后，取一定量的小麦麸皮阿拉伯木聚糖溶液和豌豆分离蛋白溶液等体积混合，之后将小麦麸皮阿拉伯木聚糖和豌豆分离蛋白的混合液于90℃加热3h，然后迅速冷却，终止反应，进行真空冷冻干燥，制得小麦麸皮阿拉伯木聚糖-豌豆分离蛋白复合物粉末。可理解的是上述ph调节剂可采用本领域使用的试剂。
25.进一步地，在上述应用和制备方法中，涉及β-胡萝卜素的操作过程均在避光条件下进行，以防止β-胡萝卜素分解；优选全部制备过程中涉及的步骤均在避光条件下进行。
26.进一步地，上述应用或制备方法中，所述β-胡萝卜素可替换为其他类似β-胡萝卜素的光敏油溶性物质。
27.进一步地，所述β-胡萝卜素乳液的制备方法具体如下：取乳化剂溶于去离子水中，乳化剂浓度为0.01g/ml，磁力搅拌4h，得到水相混合物；取β-胡萝卜素溶于食用油中，β-胡萝卜素浓度为1mg/ml，室温下磁力搅拌4h，使得β-胡萝卜素完全溶解，在4℃下静置12h，使其充分溶解，得到油相混合物；取水相混合物与油相混合物按照体积比9：1进行混合，并经fm200型高速剪切分散乳化机以转速12000rpm，进行3min高速剪切，然后使用超声波细胞破碎仪在冰浴中超声3min(振幅40％，超声5s，停止5s)。上述全部制备过程在避光条件下进行，以防止β-胡萝卜素分解。
28.本发明的第三个方面是提供一种由本发明的第二个方面中所述的任一制备方法制得的β-胡萝卜素乳液和/或含有所述β-胡萝卜素乳液的产品。其中，所述产品包括但不限于：食品(例如果汁饮料)、保健食品(例如软胶囊)、化妆品(例如护肤霜)等。
29.与现有技术相比，本发明采用上述技术方案具有以下有益效果：
30.本发明首次采用小麦麸皮阿拉伯木聚糖、小麦麸皮阿拉伯木聚糖-豌豆分离蛋白复合物或豌豆分离蛋白作为乳化剂成功将β-胡萝卜素包埋在液滴内部制备得到乳液，上述乳化剂的使用及方法条件的优化提高了β-胡萝卜素的包埋率和稳定性，且采用的乳化剂均来源于植物，其安全性强，进一步提升了植物糖及植物蛋白的加工利用水平，扩展了植物糖、植物蛋白及其复合物在食品领域的应用价值；本发明所述的制备方法具有高安全、易生产、低成本的优点，其制备的β-胡萝卜素乳液可广泛运用于营养功能性食品的开发及食品包装领域。
附图说明
31.此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
32.图1为本发明一较佳的β-胡萝卜素乳液的制备流程示意图；
33.图2为本发明一较佳实施例中制备得到的β-胡萝卜素乳液的包埋率的结果示意图；
34.图3为本发明一较佳实施例中制备得到的β-胡萝卜素乳液的粒径的结果示意图；
35.图4为本发明一较佳实施例中制备得到的β-胡萝卜素乳液的激光共聚焦图。
具体实施方式
36.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。下列实施例中未注明具体条件的实验方法，通常按照国家标准测定。下述实施例中未注明出处的实验材料，均为市售原料。下述实施例中的各步骤中采用的设备均为常规设备。若没有相应的国家标准，则按照通用的国际标准、常规条件、或按照制造厂商所建议的条件进行。除非另外说明，否则所有的份数为重量份，所有的百分比为质量百分比。除非另有定义或说明，本发明中所使用的所有专业与科学用语与本领域技术熟练人员所熟悉的意义相同。此外任何与所记载内容相似或均等的方法及材料皆可应用于本发明方法中。
37.需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为本发明的限定。
38.在本发明的一较佳实施方式中，如图1所示，β-胡萝卜素乳液的制备方法包括如下步骤：将乳化剂加入到水中得到水相混合物；将β-胡萝卜素溶解于食物油中得到油相混合物；将水相混合物与油相混合物按预定比例混合，经后续处理制得β-胡萝卜素乳液；其中，水相混合物和油相混合物的制备先后顺序可进行更换或同时进行；乳化剂选自小麦麸皮阿拉伯木聚糖(wbax)、小麦麸皮阿拉伯木聚糖-豌豆分离蛋白复合物(wbax-ppi)、豌豆分离蛋白(ppi)中的至少一种。
39.在又一较佳实施方式中，在上述制备方法中，水相混合物中乳化剂的浓度为0.005～0.02g/ml，制备步骤具体为：将乳化剂分散于去离子水中，搅拌至完全溶解，得到水相混合物；食用油选自大豆油、玉米油、中链甘油三酯(mct油)中的至少一种，油相混合物中β-胡萝卜素的浓度为0.01～2mg/ml，制备步骤具体为：将β-胡萝卜素溶于食用油中，搅拌至完全溶解，在2～6℃静置10～15h，使其充分溶解，得到油相混合物；水相混合物与油相混合物的混合体积比为6～12：1；后续处理包括高速剪切、超声乳化。
40.在又一较佳实施方式中，上述制备方法中，采用的乳化剂为小麦麸皮阿拉伯木聚糖-豌豆分离蛋白复合物，食用油采用大豆油或mct油。
41.在又一较佳实施方式中，上述制得的β-胡萝卜素乳液可用于制备下述产品：食品(例如果汁饮料)、保健食品(例如软胶囊)、化妆品(例如护肤霜)等
42.实施例1-小麦麸皮阿拉伯木聚糖-豌豆分离蛋白复合物的制备
43.本实施例为小麦麸皮阿拉伯木聚糖-豌豆分离蛋白复合物(wbax-ppi复合物)的制备方法，并对制备方法中涉及的工艺参数进行优化，上述wbax-ppi复合物的制备方法包括如下步骤：称取预定量的小麦麸皮阿拉伯木聚糖和豌豆分离蛋白分别分散于去离子水中，置于冰箱中水化过夜；将水化过夜的溶液ph均调至8～12后，取预定量的小麦麸皮阿拉伯木聚糖溶液和豌豆分离蛋白溶液等体积混合，于80～100℃加热1～5h，冷却终止反应，真空冷冻干燥，制得小麦麸皮阿拉伯木聚糖-豌豆分离蛋白复合物。
44.为了进一步提高糖基化改性蛋白的乳化性和溶解性，对上述wbax-ppi复合物制备方法中的操作参数进行进一步优化，从而获得的最优制备方法为：称取一定量的小麦麸皮阿拉伯木聚糖和豌豆分离蛋白分别分散于去离子水中使之浓度均为1％(w/v)，室温搅拌使小麦麸皮阿拉伯木聚糖和豌豆分离蛋白充分分散后于4℃冰箱中水化过夜；将上述溶液ph调至10后，取一定量的小麦麸皮阿拉伯木聚糖溶液和豌豆分离蛋白溶液等体积混合，之后将小麦麸皮阿拉伯木聚糖和豌豆分离蛋白的混合液于90℃加热3h，然后迅速冷却，终止反应，进行真空冷冻干燥，制得小麦麸皮阿拉伯木聚糖-豌豆分离蛋白复合物粉末。上述操作过程中小麦麸皮阿拉伯木聚糖和豌豆分离蛋白的用量可根据所需的wbax-ppi复合物的实际需求量进行相应的调整。下述实施例中小麦麸皮阿拉伯木聚糖-豌豆分离蛋白复合物的制备均采用上述wbax-ppi复合物的最优制备方法。
45.实施例2-β-胡萝卜素乳液的制备
46.本实施例为β-胡萝卜素乳液的制备方法，其分别采用小麦麸皮阿拉伯木聚糖(wbax)、小麦麸皮阿拉伯木聚糖-豌豆分离蛋白复合物(wbax-ppi)或豌豆分离蛋白(ppi)作为乳化剂，分别采用大豆油或中链甘油三酯(mct油)制备油相混合物；其中，小麦麸皮阿拉伯木聚糖-豌豆分离蛋白复合物均采用实施例1中所述的wbax-ppi复合物的最优制备方法制得的wbax-ppi复合物粉末。
47.上述β-胡萝卜素乳液的制备方法，包括如下步骤：将乳化剂加入到水中得到水相混合物；将β-胡萝卜素溶解于食物油中得到油相混合物；将水相混合物与油相混合物按预定比例混合，经高速剪切、超声乳化制得β-胡萝卜素乳液，上述方法中不同组别的β-胡萝卜素乳液的制备步骤及操作参数如下：
48.(1)采用wbax-ppi复合物作为乳化剂，采用大豆油制备油相混合物
49.取1g的小麦麸皮阿拉伯木聚糖-豌豆分离蛋白复合物(wbax-ppi)溶于100ml去离子水中，磁力搅拌4h，得到水相混合物；取20mgβ-胡萝卜素溶于20ml大豆油中，室温下磁力搅拌4h，使得β-胡萝卜素完全溶解，在4℃下静置12h，使其充分溶解，得到油相混合物；取27ml水相与3ml油相按照体积比9：1进行混合，并经fm200型高速剪切分散乳化机以转速12000rpm，进行3min高速剪切，然后使用超声波细胞破碎仪在冰浴中超声3min(振幅40％，超声5s，停止5s)。上述全部制备过程在避光条件下进行，以防止β-胡萝卜素分解。
50.(2)采用小麦麸皮阿拉伯木聚糖作为乳化剂，采用大豆油制备油相混合物
51.取0.9g的小麦麸皮阿拉伯木聚糖(wbax)溶于100ml去离子水中，磁力搅拌3h，得到水相混合物；取8mgβ-胡萝卜素溶于20ml大豆油中，室温下磁力搅拌3h，使得β-胡萝卜素完全溶解。在3℃下静置14h，使其充分溶解，得到油相混合物；取21ml水相与3ml油相按照体积比7：1进行混合，并经fm200型高速剪切分散乳化机以转速12000rpm，进行3min高速剪切，然后使用超声波细胞破碎仪在冰浴中超声3min(振幅40％，超声5s，停止5s)。全部制备过程在避光条件下进行，以防止β-胡萝卜素分解。
52.(3)采用豌豆分离蛋白作为乳化剂，采用大豆油制备油相混合物
53.取1.5g的豌豆分离蛋白(ppi)溶于100ml去离子水中，磁力搅拌5h，得到水相混合物；取25mgβ-胡萝卜素溶于20ml大豆油中，室温下磁力搅拌4h，使得β-胡萝卜素完全溶解，在6℃下静置10h，使其充分溶解，得到油相混合物；取30ml水相与3ml油相按照体积比10：1进行混合，并经fm200型高速剪切分散乳化机以转速12000rpm，进行3min高速剪切，然后使
用超声波细胞破碎仪在冰浴中超声3min(振幅40％，超声5s，停止5s)。全部制备过程在避光条件下进行，以防止β-胡萝卜素分解。
54.(4)采用wbax-ppi复合物作为乳化剂，采用mct油制备油相混合物
55.取0.5g的小麦麸皮阿拉伯木聚糖-豌豆分离蛋白复合物(wbax-ppi)溶于100ml去离子水中，磁力搅拌2h，得到水相混合物；取2mgβ-胡萝卜素溶于20ml mct油中，室温下磁力搅拌2h，使得β-胡萝卜素完全溶解，在2℃下静置15h，使其充分溶解，得到油相混合物；取18ml水相与3ml油相按照体积比6：1进行混合，并经fm200型高速剪切分散乳化机以转速12000rpm，进行3min高速剪切，然后使用超声波细胞破碎仪在冰浴中超声3min(振幅40％，超声5s，停止5s)。上述全部制备过程在避光条件下进行，以防止β-胡萝卜素分解。
56.(5)采用小麦麸皮阿拉伯木聚糖作为乳化剂，采用mct油制备油相混合物
57.取2g的小麦麸皮阿拉伯木聚糖(wbax)溶于100ml去离子水中，磁力搅拌4h，得到水相混合物；取40mgβ-胡萝卜素溶于20ml mct油中，室温下磁力搅拌4h，使得β-胡萝卜素完全溶解。在4℃下静置12h，使其充分溶解，得到油相混合物；取24ml水相与3ml油相按照体积比8：1进行混合，并经fm200型高速剪切分散乳化机以转速12000rpm，进行3min高速剪切，然后使用超声波细胞破碎仪在冰浴中超声3min(振幅40％，超声5s，停止5s)。全部制备过程在避光条件下进行，以防止β-胡萝卜素分解。
58.(6)采用豌豆分离蛋白作为乳化剂，采用mct油制备油相混合物
59.取0.8g的豌豆分离蛋白(ppi)溶于100ml去离子水中，磁力搅拌4h，得到水相混合物；取20mgβ-胡萝卜素溶于20ml mct油中，室温下磁力搅拌4h，使得β-胡萝卜素完全溶解，在4℃下静置12h，使其充分溶解，得到油相混合物；取27ml水相与3ml油相按照体积比9：1进行混合，并经fm200型高速剪切分散乳化机以转速12000rpm，进行3min高速剪切，然后使用超声波细胞破碎仪在冰浴中超声3min(振幅40％，超声5s，停止5s)。全部制备过程在避光条件下进行，以防止β-胡萝卜素分解。
60.实施例3-β-胡萝卜素乳液的性能测定
61.本实施例对实施例2制备的6组β-胡萝卜素乳液进行β-胡萝卜素包埋率的测定以及乳液粒径、zeta-电位、微观结构的测定，相关实验步骤如下：
62.1)包埋率：向1.0ml的乳液加入3.0ml的正己烷，振荡30s。混合均匀后，在离心力10000g条件下离心5min。取上清液于10ml容量瓶中，用正己烧定容。在450nm下测定β-胡萝卜素的吸光值。根据标准曲线计算出β-胡萝卜素的含量(y＝0.2412x 0.0374，r2＝0.9980)，由此测出的含量即为未被包埋的β-胡萝卜素的含量。用以下公式计算包埋率：
63.包埋率＝(1-未包埋β-胡萝卜素含量/总β-胡萝卜素含量)
×
100％
64.2)乳液粒径和zeta-电位：采用malvern激光粒度仪测定乳液的粒径和zeta-电位。为避免多重散射的影响，将乳液稀释200倍。粒径参数设置如下：颗粒折射率1.450；颗粒吸收率0.001；分散剂为水；分散剂折射率1.330。
65.3)乳液微观结构：向1ml乳液中加20μl尼罗红溶液(1mg/ml)和20μl异硫氰酸荧光素(10mg/ml二甲亚砜)，染色1h。将染色后的乳液置于载玻片上，盖上盖玻片后倒置于激光共聚焦载物台上。利用leica软件采集和分析样品的激光共聚焦的图像。
66.上述检测结果如图2-图4所示，数据图中不同字母代表显著性差异(p＜0.05)，包埋率及粒径分布的结果数据如下表1～2所示：
67.表1-β-胡萝卜素包埋率
68.乳化剂大豆油mct油wbax97.49
±
0.03c95.89
±
0.05cwbax-ppi98.64
±
0.04a98.56
±
0.01appi97.65
±
0.05b97.00
±
0.03b69.表2-β-胡萝卜素乳液粒径分布
70.乳化剂大豆油mct油wbax1444.67
±
130.60a878.47
±
20.10awbax-ppi713.67
±
30.11b593.70
±
25.20bppi532.63
±
21.05b393.23
±
5.76c71.通过检测数据对比可知，本发明制备的β-胡萝卜素乳液中，由小麦麸皮阿拉伯木聚糖、小麦麸皮阿拉伯木聚糖-豌豆分离蛋白复合物、豌豆分离蛋白作为乳化剂制备的β-胡萝卜素乳液均具有较好的包埋率(均达到95％以上)和稳定性，其中小麦麸皮阿拉伯木聚糖-豌豆分离蛋白复合物作为乳化剂时，其所稳定的β-胡萝卜素乳液的包埋率最高(达到98.64％)，β-胡萝卜素乳液油滴粒径较小且分布相对均匀，表明小麦麸皮阿拉伯木聚糖-豌豆分离蛋白复合物所稳定的β-胡萝卜素乳液具有优异的稳定性。
72.以上所述仅为本发明较佳的实施例，并非因此限制本发明的实施方式及保护范围，对于本领域技术人员而言，应当能够意识到凡运用本发明说明书及图示内容所作出的等同替换和显而易见的变化所得到的方案，均应当包含在本发明的保护范围。