一种基于零价铁的富氢食品强化剂及其制备方法和应用与流程

1.本发明属于食品强化剂技术领域，具体涉及一种基于零价铁的富氢食品强化剂及其制备方法和应用。


背景技术：

2.2007年，日本科学家太田成男教授在《自然医学》(hydrogen acts as atherapeutic antioxidant by selectively reducing cytotoxic oxygen radicals,nature medicine,2007,13,688)中报道了氢分子可以选择性清除恶性自由基，恢复人体年轻态，延缓人体衰老。随着研究的深入，氢分子已被证实具有抗衰老、抗凋亡和抗肿瘤等生物学效用，“氢健康”产业获得了蓬勃发展。目前，“氢医学”研究方兴未艾，开发了诸如氢呼吸机、富氢水杯等医疗设备和保健用品。然而，由于氢气易燃易爆特性，导致其应用受到一定限制。另外，氢气在水中溶解度极低(常温常压下仅1.6ppm)，饮用富氢水的保健效果也受到很多质疑。通过发展相关溶解技术(如：纳米增溶技术)，能将氢气溶解度提高到约2.4ppm，但是仍然非常有限。通过提高包装瓶内压强提升氢气在水中的溶解度，但是带来高压危害以及应用成本的增加。
3.近年来，相关富氢产品的制备大都通过加入钙单质、镁单质或钙镁单质复配，用于氢气的原位产生。如专利cn 109789160 a《用于产生富氢的水及其他产品的组合物》中采用镁金属与水溶性酸反应产生溶解h2和镁离子，提供具有酸性ph的富氢产物的组合物；专利cn 102557227 a《一种钙镁富氢水添加剂及其制备方法》中制氢剂为钙单质、镁单质、钙镁单质组合或钙镁合金。但是上述方法均存在制备成本高昂、产氢反应效率低且易引发镁中毒等缺陷，不适用于食品强化剂领域。因此，针对现有富氢产品制作成本高、氢含量少等问题，开发温和、安全、高效的富氢食品强化剂具有现实意义。
4.零价铁具有强还原性和生物相容性等优势，在保健品等功能食品中具有潜在应用价值。但纳米或微米级零价铁易氧化、易团聚等不利因素限制了其应用范围，且目前尚未有将零价铁作为富氢食品强化剂的相关报道。


技术实现要素：

5.为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种基于零价铁的富氢食品强化剂及其制备方法和应用，能够解决现有技术零价铁由于限制因素无法很好的开发制备富氢食品强化剂的的技术难题。
6.为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：
7.本发明公开了一种基于零价铁的富氢食品强化剂，该富氢食品强化剂是由零价铁及包覆零价铁的分散剂制备而成；
8.其中，所述零价铁为纳米级零价铁或微米级零价铁。
9.优选地，所述分散剂采用盐酸多巴胺、羧甲基纤维素钠、壳聚糖、淀粉、果胶、黄原胶或海藻酸钙。
10.优选地，分散剂与零价铁的质量比为(1～3)：4。
11.本发明还公开了上述的基于零价铁的富氢食品强化剂的制备方法，包括：采用表面修饰法，将零价铁分散于分散剂中，充分混合均匀，调节反应体系ph值至6～9，制得基于零价铁的富氢食品强化剂。
12.优选地，充分混合均匀的机械搅拌速度为300～600rpm。
13.本发明还公开了上述的基于零价铁的富氢食品强化剂在制备富氢食品中的应用，添加或不添加赋形剂制成富氢食品。
14.优选地，所述赋形剂为木糖醇、海藻酸钠、果葡糖浆和山梨酸钾中的一种或多种。
15.优选地，所述富氢食品为饮用水、饮料、果汁、咖啡、茶叶、奶茶、巧克力、豆浆粉、泡腾片、奶片、奶酪、糖果、饼干、蛋糕、面包、披萨、汉堡、咀嚼片或蛋白粉。
16.本发明还公开了零价铁在制备富氢食品添加剂中的应用。
17.优选地，所述零价铁为纳米级零价铁或微米级零价铁，采用表面修饰法，通过添加分散剂制成包覆型纳米级零价铁富氢食品添加剂，或者包覆型微米级零价铁食品添加剂。
18.与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
19.本发明公开的基于零价铁的富氢食品强化剂，以零价铁及其修饰材料(分散剂)通过表面修饰处理获得绿色安全的零价铁富氢食品强化剂，可以作为氢气产生器，当零价铁进入人体后，与胃液发生氧化还原反应转换为人体易吸收的fe
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并释放氢气分子，同时还具有补铁的功效。与传统的富氢食品强化剂相比，本发明的零价铁富氢食品强化剂的制备及其修饰过程简单、成本低廉，且具有好的生物相容性和分散性优势；富氢食品强化剂，以温和、安全的方式进入机体，原位高效释放氢气分子，有效提高了氢气分子的生物利用率，更易规模化地应用于富氢食品中。
附图说明
20.图1为本发明盐酸多巴胺改性零价铁富氢食品强化剂的扫描电镜图。
具体实施方式
21.为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，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的实施例，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做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
22.需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
23.下面结合附图对本发明做进一步详细描述：
24.本发明下述实施例用到的零价纳米铁(nzvi)，购买自南宫复梵金属材料有限公司，批号：2021062601，零价微米铁(mzvi)购买自南宫复梵金属材料有限公司，批号：2021061201。
25.实施例1
26.将100mg零价纳米铁(nzvi)和30ml tris-hcl缓冲液(ph＝8.5，10mm)转移至三颈烧瓶中，超声后机械搅拌器搅拌混匀，转速为300rpm。将75mg盐酸多巴胺(da)加入到上述三颈烧瓶中，室温下机械搅拌器搅拌反应8h，通过高速离心机(＞10000rpm)收集产物，并用超纯水反复洗涤，于40℃、0.08mpa的压力下真空干燥4h即得到盐酸多巴胺改性的nzvi零价铁富氢食品强化剂(da@nzvi)。
27.将10mg本实施例制得的零价铁富氢食品强化剂nzvi均匀分散于30ml胃酸模拟反应液中，经顶空-气相色谱检测得产氢量为2.947mg/l。
28.一种包含零价铁富氢食品强化剂的豆浆粉，包括以下组分：原味豆浆粉2kg、40g木糖醇、山梨酸钾0.4g和本实施例制得的零价铁富氢食品强化剂30mg。
29.实施例2
30.将100mg零价纳米铁(nzvi)均匀分散于40ml超纯水中，取250mg羧甲基纤维素钠(cmc)均匀加入至反应体系中，并用机械搅拌器继续搅拌1h，转速为400rpm。用高速离心机(＞10000rpm)收集产物，超纯水多次洗涤，于45℃、0.08mpa的压力下真空干燥3h即得到羧甲基纤维素钠改性的nzvi零价铁富氢食品强化剂(cmc@nzvi)。
31.将10mg本实施例制得的零价铁富氢食品强化剂cmc@nzvi均匀分散于30ml胃酸模拟反应液中，经顶空-气相色谱检测得产氢量为4.012mg/l。
32.一种包含零价铁富氢食品强化剂的咖啡，包括以下组分：100～200目咖啡粉末1kg、果葡糖浆40g和木糖醇10g和本实施例制得的零价铁富氢食品强化剂10mg。
33.实施例3
34.将120mg壳聚糖均匀分散于30ml 0.2％冰醋酸溶液中，与100mg nzvi机械搅拌混合30min。之后向反应体系中缓慢加入10ml戊二醛并继续搅拌4h，转速600rpm。用高速离心机(＞10000rpm)收集产物，超纯水多次洗涤，于55℃、0.08mpa的压力下真空干燥5h即得到壳聚糖改性的nzvi零价铁富氢食品强化剂(cs@nzvi)。
35.将10mg本实施例制得的零价铁富氢食品强化剂cs@nzvi均匀分散于30ml胃酸模拟反应液中，经顶空-气相色谱检测得产氢量为4.103mg/l。
36.一种包含零价铁富氢食品强化剂的茶叶，包括以下组分：茶叶粉0.5kg和本实施例制得的零价铁富氢食品强化剂8mg。
37.实施例4
38.将2g零价微米铁(mzvi)均匀分散于50ml乙醇混合液中(v
超纯水
：v
无水乙醇
＝4:1)，磁力搅拌下缓慢加入20ml 0.05g/ml可溶性淀粉溶液，继续搅拌30min。反应停止后静置分层，将沉淀物用超纯水反复洗涤，于100℃、0.07mpa的压力下真空干燥5h即得到淀粉改性的mzvi零价铁富氢食品强化剂。
39.将10mg本实施例制得的零价铁富氢食品强化剂均匀分散于30ml胃酸模拟反应液中，经顶空-气相色谱检测得产氢量为3.245mg/l。
40.一种包含零价铁富氢食品强化剂的咀嚼片，包括以下组分：咀嚼片0.5kg木糖醇5g
和本实施例制得的零价铁富氢食品强化剂8mg。
41.实施例5
42.将0.1g零价微米铁(mzvi)分散于10ml超纯水中，超声处理下向反应体系中缓慢加入0.2g果胶，继续超声处理30～100min。之后在40～70℃的水浴中向反应体系中依次滴加5ml 0.5mg/ml cacl2溶液，少量十二烷基苯磺酸钠(sdbc)和无水碳酸钠，继续水浴反应3h。最后冷却至室温，磁分离收集产物，用超纯水和乙醇交替洗涤，于40℃、0.07mpa的压力下真空干燥5h即得到果胶改性的mzvi零价铁富氢食品强化剂。
43.将10mg本实施例制得的零价铁富氢食品强化剂均匀分散于30ml胃酸模拟反应液中，经顶空-气相色谱检测得产氢量为3.156mg/l。
44.一种包含零价铁富氢食品强化剂的奶片，包括以下组分：奶片原料0.5kg和本实施例制得的零价铁富氢食品强化剂8mg。
45.实施例6
46.将0.2g零价微米铁(mzvi)分散于80ml 0.003g/ml黄原胶溶液中，室温下密封振荡1h，沉淀30min后收集沉淀物并用超纯水洗涤多次，置于60℃、0.07mpa的压力下真空干燥5h即得到黄原胶改性的mzvi零价铁富氢食品强化剂。
47.将10mg本实施例制得的零价铁富氢食品强化剂均匀分散于30ml胃酸模拟反应液中，经顶空-气相色谱检测得产氢量为3.156mg/l。
48.一种包含零价铁富氢食品强化剂的饼干，包括以下组分：饼干原料0.5kg、海藻酸钠0.25g和本实施例制得的零价铁富氢食品强化剂8mg。
49.实施例7
50.将100mg零价微米铁(mzvi)均匀分散于100ml 2.5mg/ml海藻酸钙溶液中，机械搅拌0.5h，之后向体系中缓慢加入1.0mg/ml cacl2溶液，继续反应0.5h。磁分离收集沉淀物并用超纯水洗涤多次，置于50℃、0.07mpa的压力下真空干燥5h即得到海藻酸钙改性的mzvi零价铁富氢食品强化剂。
51.将10mg本实施例制得的零价铁富氢食品强化剂均匀分散于30ml胃酸模拟反应液中，经顶空-气相色谱检测得产氢量为3.723mg/l。
52.一种包含零价铁富氢食品强化剂的泡腾片，包括以下组分：泡腾片原料0.5kg和实施例7中的零价铁富氢食品强化剂8mg。
53.综上所述，通过表面修饰获得绿色安全的零价铁至关重要。当零价铁进入人体胃液后，利用胃液中的酸性环境(ph＝0.9～1.8)氧化为fe
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，并原位释放氢气分子，分子态氢气进入机体循环，可有效清除体内不良自由基，产生生物学效应，而形成的fe
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还可作为铁营养剂，补充人体所需。通过控制零价铁的引入量，可有效控制所需氢气的浓度，满足不同富氢食品要求，从而提供了一种方便有效的富氢食品强化剂。本发明公开的基于零价铁及其修饰的富氢食品强化剂在食品中的应用，以零价铁及其修饰铁材料为氢气产生器，进入人体胃液发生氧化还原反应转换为人体易吸收的fe
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并释放氢气分子。较传统的富氢食品强化剂相比，制备简单且成本低廉，添加到食品中内服后可以以温和、安全的方式高效产氢，有效提高了氢气分子的生物利用率。本发明将拓宽富氢食品强化剂的制备策略，为“氢健康”产业提供了高效可行的实施方案。
54.以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按
照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。