一种稳定的功能性藻蓝蛋白多重乳液及其制备方法与应用与流程

本发明属于食品领域领域，具体涉及一种稳定的功能性藻蓝蛋白多重乳液及其制备方法与应用。

背景技术：

随着人们对天然配料(all-natural)和清洁标签(cleanlabel)的日益需求，消费者更加青睐天然、低脂、无人工色素和具有功能性的健康食品。在食品工业如何做到健康食品，可以分别从食品原料、食品加工技术、功能性食品配料三个方面入手。由于大多数食品体系都以水作为基质，因此水溶性的功能因子可以直接以溶液的形式添加于食品中并在食用过程中被人体吸收，因而也具有较好的生物利用率。许多常用的功能因子是脂溶性和水溶性的，如多不饱和脂肪酸、维生素、益生菌和天然色素等，这些物质在功能食品中的应用由于其溶解性和稳定性而受到限制。乳状液则为这些物质在食品中的应用提供了一种新的途径。功能因子在食品中的传递是生产功能食品的关键，乳状液作为一种广泛使用的传递系统，为功能因子的传递提供了一套较为可行的方案。

多重乳液是具有腔室的等级微结构的复杂乳液(complexemulsion)其中一种类型，比较多研究的多重乳液是w/o/w型，在这里外部水相连续系统包裹着有更小水滴的油相。由于能广泛的应用于食品工业、化妆品、药品和材料合成等各种领域，多重乳液引起了研究者的广泛兴趣。由于它们的内部结构，多重乳液是一种理想的运输系统，用于封装具有不同极性的亲水性和疏水性生物活性物质。在食品工业中，多重乳剂被认为是一种减少乳状食品的油含量而不影响口感(例如：巧克力)的一种方法，并且用于食品产品的封装和保护水溶性配料(例如：营养素、风味物质、天然色素和益生菌)还有极易受环境压力影响的因素(比如温度、光照等)。然而，事实上，由于渗透性和化学电位驱动聚结或内部水珠扩散到外部水相，具有长期物理稳定性的多重乳液构想其实是很难实现的。由此可见，作为连接食品体系分子行为与宏观性质的桥梁，食品纳微结构单元的设计与构建对于操控最终食品的品质与营养起到极为关键的作用。

近年来，clegg,tavacoliandwilde回顾了三种主要的一步法来制造多重乳液：微流体，使用共聚物和pickering乳液。对于多重乳液来说，pickering乳液的是极其稳定的，因为胶体颗粒形成了一个机械屏障，降低了内部水滴的损失，从而提高了系统的整体稳定性。此外，这样还能降低乳化剂的使用量。binks和riediger是第一个用单步处理的方法来描述多重乳状液的形成的，仅仅是使用了介孔二氧化硅颗粒。此外，他们还证明了在未提纯的甘油三酯油中存在的游离脂肪酸杂质，这导致了caco3纳米颗粒的疏水性和o/w到w/o乳液的反转。到目前为止，多重乳液的稳定性研究主要集中在二氧化硅粒子、石墨烯氧化物颗粒和聚合物粒子。但是，在这些胶体颗粒中，使用可食用胶体颗粒来稳定多重乳液的，很少被报道，尤其是单独使用颗粒和一步乳化法。matos,timgren,et.al在pgpr作为内层稳定剂的同时，利用藜麦淀粉作为外层稳定剂制备w/o/w多重pickering乳液，并研究了其封装效率。近年来，xiao,j.,lu,x.,huang将用高梁醇溶蛋白(kafirin)纳米粒作为外层稳定剂，以pgpr为内层稳定剂制备w/o/wpickering多重乳液，并对其微观结构、稳定性和消化作用进行了研究。很明显，利用单一的可食用胶体颗粒通过单一的高剪切/高压的乳化技术，是有前景的高效和安全的多重乳液生产方法，在食品中应用这一直是研究兴趣的重点。对于食品等级的多重乳液来说，主要的问题是研究具有功能性并允许用于食物的微粒系统。在我国gb2760-2007《食品添加剂使用卫生标准》中列出的56种色素中蓝色素仅有栀子蓝色素和藻青素(即藻蓝蛋白色素)两种。由于蓝色是三原色之一，它可用于多种色调的调配，但由于蓝色素稀少，使得天然蓝色素在国内外市场上均供不应求，因此研究开发天然蓝色素在色素相关领域中具有极大的现实意义和诱人的市场前景。藻蓝蛋白(phycocyanin)，又称为藻青蛋白，成分为蓝藻中卟啉类色素蛋白。其性状为藍色粉末，溶于水，不溶于醇和油脂，具有抗癌、促进血细胞再生等功效。目前国际上对藻蓝蛋白的稳定性研究报道相对较少，并未提出有效的解决办法。目前市场并无稳定的藻蓝蛋白酸牛乳，可弥补市场空白，为广大消费者又提供一种新口味。本技术通过构筑形貌与尺度可控的多尺度等级乳液体系，以此为模型建立功能成分的空间荷载与宏观乳液功能性的内在关联，帮助实现营养素控释、质构形成、风味控释、生物利用及稳定性的可控预测及调控，最终将建立典型真实体系中食品品质调控的新理论与新方法。

技术实现要素：

为解决现有技术的缺点和不足之处，本发明的首要目的在于提供一种稳定的功能性藻蓝蛋白多重乳液的制备方法。所述方法以甘油/单宁酸组成的共晶溶剂在多重乳液内部水相中表现出相当的稳定能力，选用富含dha的海藻油或含高油酸的向日葵油作为油相，并添加pgpr乳化助剂，外部水相为tween80乳化剂，解决了现有技术中藻蓝蛋白应用时稳定性不佳，应用效果不好，难以维持较长时间等问题。并应用制作酸牛乳，取得较好效果。

本申请的另一目的在于提供上述方法制得的一种稳定的功能性藻蓝蛋白多重乳液。

本申请的再一目的在于提供上述一种稳定的功能性藻蓝蛋白多重乳液的应用。

本发明目的通过以下技术方案实现：

一种稳定的功能性藻蓝蛋白多重乳液的制备方法，包括以下步骤：

(1)将单宁酸、甘油和海藻酸钠加入到5-50mg/ml的藻蓝蛋白水溶液中，溶解并混合均匀，得到内部水相w；其中单宁酸在内部水相w中的浓度为1-10mg/ml，海藻酸钠在内部水相w中的浓度为5-20mg/ml，甘油占内部水相w质量的50-80％；

(2)将亲油性乳化剂聚甘油蓖麻醇酸酯(pgpr)或生物表面活性剂三萜类皂苷加入到葵花籽油中乳化，得油相o，其中亲油性乳化剂聚甘油蓖麻醇酸酯或生物表面活性剂三萜类皂苷占油相o的质量分数为5-15％；

(3)将内部水相w加入到油相o中，在剪切乳化强度为6000-8000r/min下乳化累计5-8分钟，得到w/o型乳状液，其中内部水相w与油相o的质量比为3：6-8；将w/o型乳状液置于氯化钙溶液中固化，得到固化后的w/o型乳状液；将w/o型乳状液或固化后的w/o型乳状液作为第一相；

(4)将第一相加入到外水相中，在剪切乳化强度为2000-4000r/min下乳化1-4min，得到藻蓝蛋白w/o/w多重乳液；其中第一相和外水相的质量比为3：6-8，外水相为含质量分数为2-7％亲水性乳化剂的水溶液。

优选的，步骤(1)所述藻蓝蛋白水溶液的浓度为10-20mg/ml。

优选的，步骤(1)所述单宁酸在内部水相w中的浓度为1-2mg/ml。

优选的，步骤(1)所述甘油占内部水相w质量的60-75％；更优选为70-75％。

优选的，步骤(1)所述海藻酸钠在内部水相w中的浓度为10-15mg/ml。

优选的，步骤(2)所述生物表面活性剂三萜类皂苷为皂树皂苷、茶皂素和甘草酸中的至少一种。

优选的，步骤(2)所述亲油性乳化剂聚甘油蓖麻醇酸酯或生物表面活性剂三萜类皂苷占油相o的质量分数为10％。

优选的，步骤(3)所述乳化指每乳化2min间隔停2min，以防乳液过热，累计乳化5～8min。

优选的，步骤(3)所述氯化钙溶液的质量浓度为5-6％，所述固化指按1：1～1：2体积比，将w/o型乳状液加入到氯化钙溶液中，在1000-2000r/min搅拌10-15分钟后，固化1-1.5h，过滤，得到固化后的w/o型乳状液。

优选的，步骤(4)所述外水相为含质量分数为5-6％亲水性乳化剂的水溶液。

优选的，步骤(4)所述外水相中的亲水性乳化剂为天然甘草酸(ga)、皂皮皂素(qs)和tween80中的至少一种。

一种上述方法制得的稳定的功能性藻蓝蛋白多重乳液。

上述一种稳定的功能性藻蓝蛋白多重乳液的应用。

优选的，所述稳定的功能性藻蓝蛋白多重乳液在制备酸牛乳和作为色素载体的应用。

更优选的，所述色素为水溶性与脂溶性天然色素，所述脂溶性天然色素为姜黄素和辣椒红素中的至少一种，所述水溶性天然色素为胭脂红酸和维生素b2中的至少一种。

一种含藻蓝蛋白多重乳液的酸牛乳，由以下方法制备得到：

将纯牛乳预热到50-65℃，在15-20mpa下均质，然后在90-95℃下热处理5～10min，冷却到42-45℃后，接种乳酸菌粉，在42-45℃下保温发酵6～8h，加入1-5wt％上述稳定的功能性藻蓝蛋白多重乳液，混合均匀，得到含藻蓝蛋白多重乳液的酸牛乳。

优选的，所述乳酸菌粉为保加利亚乳杆菌和嗜热链球菌中的至少一种；所述乳酸菌粉的接种量占纯牛乳质量的0.1～1％。

所述含藻蓝蛋白多重乳液的酸牛乳在4℃保存。

与现有技术相比，本发明具有以下优点及有益效果：

(1)本发明所制备的藻蓝蛋白多重乳液，与一般的乳液相比具有更高的热力学和光学稳定性，藻蓝蛋白多重乳液酸奶在4℃保存21天与普通酸奶总体可接受度无显著性差异。由于藻蓝蛋白对酸奶的积极作用，如减少协同作用、增加硬度、颜色稳定性、无病原菌生长等，建议作为生物活性着色剂使用。

(2)所制备的多重乳液对酸敏感，在ph3-6的环境中，乳液稳定性良好，没有破乳分层现象。同时对高温敏感，在75摄氏度以下，乳液稳定性良好，能满足酸奶巴氏杀菌的要求。

附图说明

图1为实施例1制得的藻蓝蛋白w/o/w多重乳液配制成10mg/ml的藻蓝蛋白多重乳液水溶液的显微镜示意图(40倍)。

图2为实施例1制得的藻蓝蛋白多重乳液。

图3为实施例1制得的藻蓝蛋白多重乳液作为藻蓝蛋白载体对多彩色泽的呈现，其中a、1％藻蓝蛋白；b、1％藻蓝蛋白+0.1％姜黄素，c、1％藻蓝蛋白+0.3％姜黄素，d、1％藻蓝蛋白+1％姜黄素。

图4为四种酸奶避光4℃储藏7天后对比图，由图中所示藻蓝蛋白w/o/w多重乳液与与普通酸奶总体一致，直接添加藻蓝蛋白、藻蓝蛋白w/o乳液均出现破乳分层现象。

图5为对比例1制得的藻蓝蛋白多重乳液配制成10mg/ml的藻蓝蛋白多重乳液水溶液的显微镜示意图(40倍)。

图6为对比例2制得的藻蓝蛋白多重乳液配制成10mg/ml的藻蓝蛋白多重乳液水溶液的显微镜示意图(40倍)。

具体实施方式

下面结合实施例和附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

实施例1一种稳定的藻蓝蛋白多重乳液的制备及其在酸牛乳中应用

(1)先将藻蓝蛋白分散于蒸馏水中，搅拌至完全溶解，得10mg/ml的藻蓝蛋白水溶液。再将共晶溶剂：单宁酸、甘油为和海藻酸钠加入上述藻蓝蛋白水溶液中，分散至完全溶解，得到内部水相w，其中单宁酸在内部水相w中的浓度为1mg/ml，海藻酸钠在内部水相w中的浓度为10mg/ml，甘油占内部水相w质量的70％。

(2)将亲油性乳化剂pgpr溶于葵花籽油乳化，得油相o，其中亲油性乳化剂pgpr占油相o质量的10％。按内部水相w与油相o的质量比例为3：7，将内部水相完全分散于油相中，调节剪切乳化强度为7000r/min，乳化时间为6分钟，每乳化2min间隔停2min，制得w/o型乳状液；按照1：2体积比，将w/o型乳状液置于质量浓度为5％的氯化钙溶液中固化，先1000r/min搅拌15分钟混匀，然后固化1h后过滤得固化的w/o型乳状液，作为第一相。

(3)最后将固化的w/o型乳状液(第一相)与外部水相按照质量比例为3：7，将w/o加入到含有5％质量分数的亲水性乳化剂tween80的外水相中，在乳化强度为3000r/min下乳化时间1min，制得藻蓝蛋白w/o/w多重乳液。

(4)纯牛乳→预热到60℃并加入白砂糖10wt％→均质(20mpa)→热处理(95℃/5min)→冷却到45℃→接种0.1wt％乳酸菌粉(北京川秀国际贸易有限公司，产品标准号：q/tzcxg0001)发酵→保温发酵(43℃/8h)→加入占纯牛乳质量1％藻蓝蛋白多重乳液(ika剪切机破乳，在乳化强度为2000r/min下乳化时间1min)→放入冰箱4℃保存→制成搅拌型的藻蓝蛋白酸奶。

对比例1一种稳定的藻蓝蛋白多重乳液的制备及其在酸牛乳中应用

(1)先将藻蓝蛋白分散于蒸馏水中，搅拌至完全溶解，得10mg/ml的藻蓝蛋白水溶液。再将共晶溶剂：单宁酸、甘油加入内水相中，分散至完全溶解，得到内部水相w，其中单宁酸在内部水相w中的浓度为1mg/ml，甘油占内部水相w质量的70％。

(2)将亲油性乳化剂pgpr溶于葵花籽油乳化，得油相o，其中亲油性乳化剂pgpr占油相o质量的10％。按内部水相w与油相o的质量比例为3：7，将内部水相完全分散于油相中，调节剪切乳化强度为7000r/min，乳化时间为6分钟，每乳化2min间隔停2min，制得w/o型乳状液；按1：2体积比，将w/o型乳状液置于质量浓度为5％的氯化钙溶液中固化，先1000r/min搅拌15分钟混匀，然后固化1h后过滤得固化的w/o型乳状液，作为第一相。

(3)最后将固化后的w/o型乳状液(第一相)与外部水相质量比例为3：7，将w/o滴加至含有5％质量分数的亲水性乳化剂tween80的外水相中，在乳化强度为3000r/min下乳化时间1min，制得藻蓝蛋白w/o/w多重乳液。

(4)纯牛乳→预热到60℃并加入白砂糖10wt％→均质(20mpa)→热处理(95℃/5min)→冷却到42℃→接种0.1wt％乳酸菌粉(北京川秀国际贸易有限公司，产品标准号：q/tzcxg0001)发酵→保温发酵(43℃/8h)→加入占纯牛乳质量1％藻蓝蛋白多重乳液(ika剪切机破乳，在乳化强度为2000r/min下乳化时间1min)→放入冰箱4℃保存→制成搅拌型的藻蓝蛋白酸奶。

实施例2一种稳定的藻蓝蛋白多重乳液的制备及其在酸牛乳中应用

(1)先将藻蓝蛋白分散于蒸馏水中，搅拌至完全溶解，得15mg/ml的藻蓝蛋白水溶液。再将共晶溶剂：单宁酸、甘油为和海藻酸钠加入内水相中，分散至完全溶解，得到内部水相w，其中单宁酸在内部水相w中的浓度为2mg/ml，海藻酸钠在内部水相w中的浓度为10mg/ml，甘油占内部水相w质量的75％。

(2)将亲油性乳化剂pgpr溶于葵花籽油乳化，得油相o，其中亲油性乳化剂pgpr占油相o质量的15％。按内部水相w与油相o的质量比例为3：7，将内部水相完全分散于油相中，调节剪切乳化强度为8000r/min，乳化时间为5分钟，每乳化2min间隔停2min，制得w/o型乳状液；按照1:1体积比，将w/o型乳状液置于质量浓度为5％的氯化钙溶液中固化，先1000r/min搅拌12分钟混匀，然后固化1.5h后过滤得固化的w/o型乳状液，作为第一相。

(3)最后将固化的w/o型乳状液(第一相)与外部水相质量比例为3：7，将w/o滴加至含有6％质量分数的亲水性乳化剂tween80的外水相中，在乳化强度为2000r/min下乳化时间2min，制得藻蓝蛋白w/o/w多重乳液。

(4)纯牛乳→预热到65℃并加入白砂糖10wt％→均质(15mpa)→热处理(90℃/5min)→冷却到42℃→接种0.1wt％乳酸菌粉(北京川秀国际贸易有限公司，产品标准号：q/tzcxg0001)发酵→保温发酵(43℃/8h)→加入占纯牛乳质量2％藻蓝蛋白多重乳液(ika剪切机破乳，在乳化强度为2000r/min下乳化时间1min)→放入冰箱4℃保存→制成搅拌型的藻蓝蛋白酸奶。

实施例3一种稳定的藻蓝蛋白多重乳液的制备及其在酸牛乳中应用

(1)先将藻蓝蛋白分散于蒸馏水中，搅拌至完全溶解，得20mg/ml的藻蓝蛋白水溶液。再将共晶溶剂：单宁酸、甘油为和海藻酸钠加入内水相中，分散至完全溶解，得到内部水相w，其中单宁酸在内部水相w中的浓度为2mg/ml，海藻酸钠在内部水相w中的浓度为10mg/ml，甘油占内部水相w质量的70％。

(2)将亲油性乳化剂pgpr溶于葵花籽油乳化，得油相o，其中亲油性乳化剂pgpr占油相o质量的15％。按内部水相w与油相o的质量比例为3：7，将内部水相完全分散于油相中，调节剪切乳化强度为8000r/min，乳化时间为6分钟，每乳化2min间隔停2min，制得w/o型乳状液；按1：2体积比，将w/o型乳状液置于质量浓度为5％的氯化钙溶液中固化，先2000r/min搅拌10分钟混匀，然后固化2h后过滤得固化的w/o型乳状液，作为第一相。

(3)最后将固化的w/o型乳状液(第一相)与外部水相质量比例为3：7，将w/o滴加至含有10％质量分数的亲水性乳化剂tween80的外水相中，在乳化强度为2000r/min下乳化时间2min，制得藻蓝蛋白w/o/w多重乳液。

(4)纯牛乳→预热到65℃并加入白砂糖10wt％→均质(20mpa)→热处理(95℃/5min)→冷却到45℃→接种0.1wt％乳酸菌粉(北京川秀国际贸易有限公司，产品标准号：q/tzcxg0001)发酵→保温发酵(45℃/8h)→加入占纯牛乳质量2％藻蓝蛋白多重乳液(ika剪切机破乳，在乳化强度为2000r/min下乳化时间1min)→放入冰箱4℃保存→制成搅拌型的藻蓝蛋白酸奶。

对比例2一种稳定的藻蓝蛋白多重乳液的制备及其在酸牛乳中应用

(1)先将藻蓝蛋白分散于蒸馏水中，搅拌至完全溶解，得10mg/ml的藻蓝蛋白水溶液，即为内部水相w。

(2)将亲油性乳化剂pgpr溶于葵花籽油乳化，得油相o，其中亲油性乳化剂pgpr占油相o质量的10％。按内部水相w与油相o的质量比例为3：7，将内部水相完全分散于油相中，调节剪切乳化强度为7000r/min，乳化时间为6分钟，每乳化2min间隔停2min，制得w/o型乳状液作为第一相。

(3)最后将w/o型乳状液(第一相)与外部水相按照质量比例为3：7，将w/o加入到含有5％质量分数的亲水性乳化剂tween80的外水相中，在乳化强度为3000r/min下乳化时间1min，制得藻蓝蛋白w/o/w多重乳液。

(4)纯牛乳→预热到60℃并加入白砂糖10wt％→均质(20mpa)→热处理(95℃/5min)→冷却到45℃→接种0.1wt％乳酸菌粉(北京川秀国际贸易有限公司，产品标准号：q/tzcxg0001)发酵→保温发酵(43℃/8h)→加入占纯牛乳质量1％藻蓝蛋白多重乳液(ika剪切机破乳，在乳化强度为2000r/min下乳化时间1min)→放入冰箱4℃保存→制成搅拌型的藻蓝蛋白酸奶。

取实施例1步骤(3)制得的藻蓝蛋白w/o/w多重乳液加入水中，得到4组含1wt％藻蓝蛋白w/o/w多重乳液水溶液，然后向其中三组分别加入0.1wt％、0.3wt％和1wt％姜黄素，得到含1％藻蓝蛋白、1％藻蓝蛋白+0.1％姜黄素、1％藻蓝蛋白+0.3％姜黄素和1％藻蓝蛋白+1％姜黄素的水溶液，对应图3中的a、b、c和d。

将普通酸牛乳、添加藻蓝蛋白w的酸牛乳、添加藻蓝蛋白w/o/w多重乳液酸牛乳(实施例1制得)、添加藻蓝蛋白w/o(实施例1步骤(2)制得)乳液酸牛乳，放置4℃冰箱储存，对其四种进行抗菌性试验(抗菌性试验没有外加加菌种，仅置于4℃、避光下储藏，然后检测不同时间段后样品中含菌的数量)，结果表明藻蓝蛋白对酸奶的积极作用，如减少协同作用、增加硬度、颜色稳定性、无病原菌生长(见表1和图4)等，建议作为生物活性着色剂使用，但直接添加极其不稳定，制备成藻蓝蛋白w/o/w多重乳液添加酸牛乳稳定性良好，没有破乳分层现象(如图4所示)。

上述普通酸牛乳、添加藻蓝蛋白w的酸牛乳、添加藻蓝蛋白w/o的酸牛乳的制备方法与实施例1步骤(4)中搅拌型的藻蓝蛋白酸奶的制备方法完全相同，不同的是将实施例1步骤(4)加入的藻蓝蛋白多重乳液分别改成不加任何含藻蓝蛋白成分、加入藻蓝蛋白w、藻蓝蛋白w/o，即可分别得到普通酸牛乳、添加藻蓝蛋白w的酸牛乳、添加藻蓝蛋白w/o的酸牛乳。

表1大肠杆菌、菌落总数、霉菌和金黄色葡萄球菌在四种牛乳中21d计数

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。