玉米醇溶蛋白/阿拉伯胶复合纳米颗粒及其制备方法与流程

本发明属于蛋白纳米颗粒技术领域，尤其是涉及一种玉米醇溶蛋白/阿拉伯胶复合纳米颗粒及其制备方法。

背景技术：

国以民为本，民以食为天。随着经济社会的快速发展和生活质量的全面提升，人们要求食品兼具安全健康、营养均衡、结构精细、质地多样、口感新颖、功能丰富等多种品质。单一食品组分的功能特性已无法满足现代食品的发展需求。蛋白质和多糖等食品大分子作为食品结构化所必须的物质，与食品体系的分散、稳定、凝胶、乳化、发泡、质构调控、风味控释、营养递送等密不可分。蛋白质与多糖复配可发挥不同组分协同作用增强食品体系稳定性，丰富食品结构，同时赋予食品新的功能特性。目前有关蛋白质和多糖相互作用的研究集中于水溶性蛋白质和亲水性多糖。玉米醇溶蛋白是从玉米淀粉加工副产物中提取得到的天然蛋白质，具有独特自组装特性、生物相容性和可降解性，是公认为安全的食品级原料，是目前植物蛋白领域的研究热点。

玉米醇溶蛋白含50％以上非极性氨基酸，疏水性强，不溶于纯水或纯醇，可溶于60～95％(v/v)乙醇水溶液。而大部分多糖易溶于水，难溶于乙醇水溶液，故目前多采用两步(two-step)反溶剂沉淀法制备玉米醇溶蛋白/多糖复合纳米颗粒，即先将玉米醇溶蛋白的乙醇水溶液注入有极性差异的多糖水溶液中，然后再通过真空旋转蒸发去除多余乙醇，在反溶剂过程中由于乙醇浓度降低，玉米醇溶蛋白溶解度随之降低，结合生物大分子自组装特性，形成玉米醇溶蛋白/多糖复合胶体颗粒，如玉米醇溶蛋白与透明质酸、卡拉胶、魔芋胶等复合胶体颗粒等。

发明人前期研究发现，与大部分多糖(醇沉)不同，藻酸丙二醇酯可溶于一定浓度的乙醇水溶液，然而，将其与玉米醇溶蛋白乙醇水溶液共混后的体系仍是多分散状态，故仍需经过两步反溶剂过程制备玉米醇溶蛋白/藻酸丙二醇酯二元复合胶体颗粒。

技术实现要素：

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种玉米醇溶蛋白/阿拉伯胶复合纳米颗粒及其制备方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

本发明提供所述玉米醇溶蛋白/阿拉伯胶复合纳米颗粒的制备方法，将玉米醇溶蛋白与阿拉伯胶溶于乙醇水溶液中，混合均匀，得到玉米醇溶蛋白/阿拉伯胶复合胶体颗粒分散液，通过真空冷冻干燥，得到玉米醇溶蛋白/阿拉伯胶复合纳米颗粒固体粉末。

在本发明的一个实施方式中，所述玉米醇溶蛋白/阿拉伯胶复合纳米颗粒的制备方法包括以下步骤：

将玉米醇溶蛋白溶于乙醇水溶液，调节体系ph为7.0～12.0；

将阿拉伯胶溶于乙醇水溶液，调节体系ph为7.0～12.0；

将上述玉米醇溶蛋白的乙醇水溶液和阿拉伯胶的乙醇水溶液混合均匀，即得到玉米醇溶蛋白/阿拉伯胶复合胶体颗粒分散液，通过真空冷冻干燥，得到玉米醇溶蛋白/阿拉伯胶复合纳米颗粒固体粉末。

在本发明的一个实施方式中，玉米醇溶蛋白溶于乙醇水溶液后，所述玉米醇溶蛋白浓度为0.1～10.0％(w/v)，所述乙醇水溶液中乙醇浓度为55～90％(v/v)，玉米醇溶蛋白的乙醇水溶液体系ph为7.0～12.0。

在本发明的一个实施方式中，阿拉伯胶溶于乙醇水溶液后，所述阿拉伯胶在阿拉伯胶的乙醇水溶液中浓度为0.05～2.0％(w/v)，所述乙醇水溶液中乙醇浓度为55～90％(v/v)，阿拉伯胶的乙醇水溶液体系ph为7.0～12.0。

在本发明的一个实施方式中，玉米醇溶蛋白的乙醇水溶液和阿拉伯胶的乙醇水溶液混合体积比例为20:1～1:5，玉米醇溶蛋白的乙醇水溶液和阿拉伯胶的乙醇水溶液混合均匀后所得体系ph为7.0～12.0。

在本发明的一个实施方式中，所述真空冷冻干燥的条件为：预冷时间8～12h，预冷温度为-60～-80℃，冷冻干燥时间为48～72h，真空度为10～40pa。

在本发明的一个实施方式中，所述玉米醇溶蛋白优选α-玉米醇溶蛋白。

在本发明的一个实施方式中，所述α-玉米醇溶蛋白的提取方法为：将玉米醇溶蛋白溶于乙醇体积分数为85～95％的乙醇水溶液中，涡旋使其完全溶解，置于3～5℃的条件下；低温离心处理；取低温离心后的上清液，并保持3～5℃；在低温离心后的上清液中滴加14～16℃的去离子水，完全混合后于14～16℃下二次离心处理；将二次离心处理后的沉淀物通过真空冷冻干燥后得到α-玉米醇溶蛋白。

在本发明的一个实施方式中，α-玉米醇溶蛋白的提取方法中，所述低温离心处理和二次离心处理均采用8000～12000g的离心力离心处理20～40min。

在本发明的一个实施方式中，α-玉米醇溶蛋白的提取方法中，所述真空冷冻干燥的条件为：预冷时间4～12h，预冷温度为-40～-60℃，冷冻干燥时间为24～72h，真空度为10～40pa。

本发明所制备的玉米醇溶蛋白/阿拉伯胶复合纳米颗粒为壳-核结构的复合纳米颗粒，其中玉米醇溶蛋白为核，阿拉伯胶为壳，所述阿拉伯胶吸附在玉米醇溶蛋白颗粒表面。

阿拉伯胶是一种天然阴离子多糖，分子结构中含有部分蛋白质和鼠李糖，因此阿拉伯胶具有良好的亲水亲油特性。

本发明研究发现，阿拉伯胶可溶于一定浓度乙醇水溶液，本发明将其与玉米醇溶蛋白的乙醇水溶液共混，通过调节ph、混合比例等实验参数，即可形成均一、稳定、单分散分布的复合纳米颗粒分散液，无需经过反溶剂过程。动态光散射结果表明，本发明所得玉米醇溶蛋白/阿拉伯胶二元复合颗粒平均粒径200±0.7nm，多分散指数为0.09±0.01；透射电镜结果证实，玉米醇溶蛋白/阿拉伯胶形成了具有壳-核结构的复合纳米颗粒。

因此，本发明采用一步法(one-stepmethod)即可制备基于玉米醇溶蛋白的复合纳米颗粒。

与现有技术相比，本发明具有以下优点及有益效果：

1、本发明发现0.05～1.0％(w/v)的阿拉伯胶之间可溶于乙醇体积分数为70％的醇水溶液中，随着阿拉伯胶添加量的增加，溶液逐渐由澄清透明转变至乳白胶体状态(图1)。

2、本发明将市售玉米醇溶蛋白提纯得到高纯度α-玉米醇溶蛋白，根据阿拉伯胶溶于乙醇水溶液的溶解特性，将两者按照等体积混合，即可得到均一、稳定的胶体颗粒分散液(图2)。

3、本发明的动态光散射结果表明，单一玉米醇溶蛋白或阿拉伯胶在ph＝8的乙醇水溶液中呈多分散分布，将两者共混后可形成呈单分散状态分布的胶体颗粒分散液，平均粒径约200nm(图3)。

4、本发明的透射电镜图表明，单一玉米醇溶蛋白在乙醇水溶液中呈聚集体形式存在，单一阿拉伯胶呈分枝状，玉米醇溶蛋白与阿拉伯胶混合后形成壳-核结构的复合纳米颗粒，其中玉米醇溶蛋白为核，阿拉伯胶为壳，较小的阿拉伯胶颗粒吸附在较大的玉米醇溶蛋白颗粒表面(图4)。

5、本发明表明，通过改变实验参数，调节疏水作用和静电作用，玉米醇溶蛋白和阿拉伯胶在乙醇水溶液体系中可形成复合纳米颗粒，无需再采用两步反溶剂沉淀法，该研究简化了颗粒制备工艺。因此，本发明不仅为蛋白质与多糖相互作用引入新体系，还为复合纳米颗粒的制备构建新方法，同时为复合胶体颗粒在生物活性物质可控释放与pickering乳液稳态化领域的应用提供新思路。

附图说明

图1：阿拉伯胶在乙醇体积分数为70％的醇水溶液中的溶解特性图；

图2：玉米醇溶蛋白/阿拉伯胶复合纳米颗粒分散液外观图；

图3：玉米醇溶蛋白/阿拉伯胶复合纳米颗粒的粒径分布图；

图4：玉米醇溶蛋白/阿拉伯胶复合纳米颗粒的透射电镜图；

图5：玉米醇溶蛋白/阿拉伯胶复合纳米颗粒的透射电镜图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

以下实施例中，玉米醇溶蛋白购买自sigma，cas号：9010-66-6；阿拉伯胶购买自日本san-eigena，cas号：9000-01-5。

实施例一：阿拉伯胶在乙醇体积分数为70％的醇水溶液中的溶解特性研究

研究阿拉伯胶在乙醇体积分数为70％的醇水溶液中的溶解特性，不同质量分数的阿拉伯胶在乙醇体积分数为70％的醇水溶液中的溶解特性如图1所示，可以看出，0.05～1.0％(w/v)之间的阿拉伯胶溶于乙醇体积分数为70％的醇水溶液中，但是随着阿拉伯胶添加量的增加，溶液逐渐由澄清透明转变至乳白胶体状态表现当阿拉伯胶超过1.0％(w/v)以后，不能完全溶解在乙醇体积分数为70％的醇水溶液中。

实施例二：玉米醇溶蛋白/阿拉伯胶复合纳米颗粒分散液

将市售玉米醇溶蛋白提纯得到高纯度α-玉米醇溶蛋白，根据阿拉伯胶溶于乙醇水溶液的溶解特性，将两者按照等体积混合，即可得到均一、稳定的胶体颗粒分散液，如图2所示，其中zein、10-1、5-1、2-1、1-1、1-2分别表示单一玉米醇溶蛋白、玉米醇溶蛋白与阿拉伯胶等体积复合后质量比分别为10:1、5:1、2:1、1:1、1:2。从图2可以看出，随着阿拉伯胶浓度的增加，二元复合物的浊度逐渐增加。

实施例三：玉米醇溶蛋白/阿拉伯胶复合纳米颗粒的粒径分析

参考图3，将单一玉米醇溶蛋白(0.5％，w/v)、阿拉伯胶(0.5％，w/v)在ph＝8的70％(v/v)乙醇水溶液中呈多分散分布。

将玉米醇溶蛋白(1.0％，w/v)与阿拉伯胶(1.0％，w/v)等体积共混后可形成呈单分散状态分布的胶体颗粒分散液，平均粒径约200nm(具体操作见以下实施例4)。

实施例四：玉米醇溶蛋白/阿拉伯胶复合纳米颗粒的透射电镜分析

参考图4、图5，在ph＝8条件下，将单一玉米醇溶蛋白(0.5％，w/v)、阿拉伯胶(0.05％，w/v)分别溶于70％(v/v)乙醇水溶液中，单一玉米醇溶蛋白在乙醇水溶液中以聚集体形式存在，单一阿拉伯胶呈分枝状。

将玉米醇溶蛋白(0.5％，w/v)与阿拉伯胶(0.05％，w/v)等体积共混后浓度比为10:1，形成壳-核结构的复合纳米颗粒(具体操作见以下实施例2)。

实施例五：玉米醇溶蛋白/阿拉伯胶复合纳米颗粒的制备

实施例1

一种α-玉米醇溶蛋白/阿拉伯胶复合纳米颗粒的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：

a)用分析天平称取市售玉米醇溶蛋白5.0g溶于20ml乙醇体积分数为90％的乙醇水溶液中，涡旋使其完全溶解，然后置于4±1℃的条件下放置12h。

b)通过低温冷冻离心机于4±1℃下采用10000g的离心力对步骤a放置12h后的溶液离心处理20min。

c)取上述离心后的上清液分装于离心管中，保持离心管的温度为4±1℃，随后在离心管中滴加15±1℃的去离子水，然后于15±1℃下采用10000g的离心力二次离心处理20min。

d)最后将上述离心后的沉淀通过真空冷冻干燥后得到高纯度的α-玉米醇溶蛋白，其中，真空冷冻干燥的条件为：预冷时间4h，预冷温度为-40℃，冷冻干燥时间为24h，真空度为10pa。

e)按照0.1％(w/v)的量将α-玉米醇溶蛋白溶于乙醇体积分数为90％的乙醇水溶液中，调节体系ph＝7.0。

f)按照0.05％(w/v)的量将阿拉伯胶溶于乙醇体积分数为90％的乙醇水溶液中，调节体系ph＝7.0。

g)将含0.1％(w/v)的α-玉米醇溶蛋白乙醇水溶液与含0.05％(w/v)的阿拉伯胶乙醇水溶液等体积混合，两者混合后浓度比为2:1。

h)将步骤g中得到的α-玉米醇溶蛋白/阿拉伯胶复合纳米颗粒分散液进行真空冷冻干燥，其中，所述真空冷冻干燥的条件为：预冷时间6h，预冷温度为-60℃，冷冻干燥时间为48h，真空度为10pa，即得到α-玉米醇溶蛋白/阿拉伯胶复合纳米颗粒。

扫描电镜结果表明，本实施例所得颗粒呈球状，粒径约200nm，阿拉伯胶吸附在玉米醇溶蛋白颗粒表面，形成具有壳-核结构的复合纳米颗粒(图5)。与常用于制备玉米醇溶蛋白颗粒的反溶剂沉淀法相比，本实施例方法低耗节能、工艺简单，而且为复合胶体颗粒在生物活性物质可控释放与pickering乳液稳态化领域的应用提供新思路。

实施例2

一种α-玉米醇溶蛋白/阿拉伯胶复合纳米颗粒的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：

a)用分析天平称取市售玉米醇溶蛋白1.0g溶于5ml乙醇体积分数为90％的乙醇水溶液中，涡旋使其完全溶解，然后置于4±1℃的条件下放置4h。

b)通过低温冷冻离心机于4±1℃下采用8000g的离心力对步骤a放置4h后的溶液离心处理40min。

c)取上述离心后的上清液分装于离心管中，保持离心管的温度为4±1℃，随后在离心管中滴加15±1℃的去离子水，然后于15±1℃下采用8000g的离心力二次离心处理40min。

d)最后将上述离心后的沉淀通过真空冷冻干燥后得到高纯度的α-玉米醇溶蛋白，其中，真空冷冻干燥的条件为：预冷时间12h，预冷温度为-60℃，冷冻干燥时间为72h，真空度为40pa。

e)按照0.5％(w/v)的量将α-玉米醇溶蛋白溶于乙醇体积分数为55％的乙醇水溶液中，调节体系ph＝7.0。

f)按照0.05％(w/v)的量将阿拉伯胶溶于乙醇体积分数为55％的乙醇水溶液中，调节体系ph＝7.0。

g)将含0.5％(w/v)的α-玉米醇溶蛋白乙醇水溶液与含0.05％(w/v)的阿拉伯胶乙醇水溶液混合，两者混合后浓度比为10:1。

h)将步骤g中得到的α-玉米醇溶蛋白/阿拉伯胶复合纳米颗粒分散液进行真空冷冻干燥，其中，所述真空冷冻干燥的条件为：预冷时间8h，预冷温度为-80℃，冷冻干燥时间为72h，真空度为10pa，即得到α-玉米醇溶蛋白/阿拉伯胶复合纳米颗粒。

扫描电镜结果表明，本实施例所得颗粒呈球状，平均粒径约为250nm。

实施例3

一种α-玉米醇溶蛋白/阿拉伯胶复合纳米颗粒的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：

a)用分析天平称取市售玉米醇溶蛋白3.0g溶于20ml乙醇体积分数为90％的乙醇水溶液中，涡旋使其完全溶解，然后置于4±1℃的条件下放置10h。

b)通过低温冷冻离心机于4±1℃下采用12000g的离心力对步骤a放置10h后的溶液离心处理30min。

c)取上述离心后的上清液分装于离心管中，保持离心管的温度为4±1℃，随后在离心管中滴加15±1℃的去离子水，然后于15±1℃下采用12000g的离心力二次离心处理30min。

d)最后将上述离心后的沉淀通过真空冷冻干燥后得到高纯度的α-玉米醇溶蛋白，其中，真空冷冻干燥的条件为：预冷时间10h，预冷温度为-50℃，冷冻干燥时间为48h，真空度为30pa。

e)按照10.0％(w/v)的量将α-玉米醇溶蛋白溶于乙醇体积分数为70％的乙醇水溶液中，调节体系ph＝7.0。

f)按照2.0％(w/v)的量将阿拉伯胶溶于乙醇体积分数为70％的乙醇水溶液中，调节体系ph＝7.0。

g)将含10.0％(w/v)的α-玉米醇溶蛋白乙醇水溶液与含2.0％(w/v)的阿拉伯胶乙醇水溶液等体积混合，两者混合后浓度比为5:1。

h)将步骤g中得到的α-玉米醇溶蛋白/阿拉伯胶复合纳米颗粒分散液进行真空冷冻干燥，其中，所述真空冷冻干燥的条件为：预冷时间8h，预冷温度为-80℃，冷冻干燥时间为72h，真空度为10pa，即得到α-玉米醇溶蛋白/阿拉伯胶复合纳米颗粒。

扫描电镜结果表明，本实施例所得颗粒呈球状，平均粒径约为300nm。

实施例4

一种玉米醇溶蛋白/阿拉伯胶复合纳米颗粒的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：

a)按照1.0％(w/v)的量将α-玉米醇溶蛋白溶于乙醇体积分数为70％的乙醇水溶液中，调节体系ph＝8.0。

b)按照1.0％(w/v)的量将阿拉伯胶溶于乙醇体积分数为70％的乙醇水溶液中，调节体系ph＝8.0。

c)将含1.0％(w/v)的α-玉米醇溶蛋白乙醇水溶液与含1.0％(w/v)的阿拉伯胶乙醇水溶液等体积混合，两者混合后浓度比为1:1。

d)将步骤c中得到的玉米醇溶蛋白/阿拉伯胶复合纳米颗粒分散液进行真空冷冻干燥，其中，所述真空冷冻干燥的条件为：预冷时间8h，预冷温度为-80℃，冷冻干燥时间为72h，真空度为10pa，即得到玉米醇溶蛋白/阿拉伯胶复合纳米颗粒。

透射电镜结果表明，该颗粒呈球状，平均粒径约为203nm。

实施例5

一种玉米醇溶蛋白/阿拉伯胶复合纳米颗粒的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：

a)按照1.0％(w/v)的量将α-玉米醇溶蛋白溶乙醇体积分数为于70％的乙醇水溶液中，调节体系ph＝8.0。

b)按照2.0％(w/v)的量将阿拉伯胶溶于乙醇体积分数为70％的醇水溶液中，调节体系ph＝8.0。

c)将含1.0％(w/v)的α-玉米醇溶蛋白乙醇水溶液与含2.0％(w/v)的阿拉伯胶乙醇水溶液等体积混合，两者混合后浓度比为1:2。

d)将步骤c中得到的玉米醇溶蛋白/阿拉伯胶复合纳米颗粒分散液进行真空冷冻干燥，其中，所述真空冷冻干燥的条件为：预冷时间8h，预冷温度为-80℃，冷冻干燥时间为72h，真空度为10pa，即得到玉米醇溶蛋白/阿拉伯胶复合纳米颗粒。

动态光散射测试结果表明，该颗粒呈球状，平均粒径约为306nm。

实施例6

一种玉米醇溶蛋白/阿拉伯胶复合纳米颗粒的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：

a)按照1.0％(w/v)的量将α-玉米醇溶蛋白溶于乙醇体积分数为80％的醇水溶液中，调节体系ph＝12.0。

b按照1.0％(w/v)的量将阿拉伯胶溶于乙醇体积分数为80％的醇水溶液中，调节体系ph＝12.0。

c将含1.0％(w/v)的α-玉米醇溶蛋白乙醇水溶液与含1.0％(w/v)的阿拉伯胶乙醇水溶液等体积混合，两者混合后浓度比为1:1。

d将步骤c中得到的玉米醇溶蛋白/阿拉伯胶复合纳米颗粒分散液进行真空冷冻干燥，其中，所述真空冷冻干燥的条件为：预冷时间8h，预冷温度为-80℃，冷冻干燥时间为72h，真空度为10pa，即得到玉米醇溶蛋白/阿拉伯胶复合纳米颗粒。

动态光散射测试结果表明，该颗粒呈球状，平均粒径约为196nm。

上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。