本发明涉及食品领域，尤其是涉及一种类胡萝卜素-蛋白微粒及其制备方法和应用。
背景技术：
类胡萝卜素存在水溶性差、机体内不易分散等缺点，使其难以在食品亲水体系中均匀分散，并对其造成多重吸收屏障。因此，构建合适的肠吸收输送载体是解决类胡萝卜素溶解性、稳定性和吸收性的技术关键。
常规微胶囊包埋技术通常强调了对类胡萝卜素的包载量、溶解性与稳定性的改善，却忽视了人体的吸收效果，违背了营养强化的初衷。我国在近15年才开始进入类胡萝卜素制剂化产业，以新和成、新昌制药为代表。例如，浙江新昌制药厂生产的β-胡萝卜素水分散性干粉10％cws以及β-胡萝卜素乳液1％，这些产品可直接用于饮料、液体食品等的着色和营养强化。但是，当前的类胡萝卜素制剂仍有诸多不足，主要表现为：(1)存在安全隐患，产品中残留有机溶剂；(2)吸收困难，类胡萝卜素微胶囊化制剂的粒径在0.7～5μm之间；(3)生产效率低，生产过程中类胡萝卜素有较多损失。为了弥补微胶囊技术的不足，近年来，国内外研究者开始利用微/纳米乳液和生物大分子对类胡萝卜素进行包埋，如自乳化载体、纳米自乳化载体、纳米粒以及纳米乳化复合体系等。江南大学麻建国课题组以食品生物大分子辛烯基琥珀酸酯化淀粉为乳化剂，构建水包油(o/w)型β-胡萝卜素纳米乳液；salvia-trujillo等(2013)利用玉米油-吐温20为β-胡萝卜素载体；tian等(2014)采用卵磷脂-壳聚糖为载体制备叶黄素纳米脂质体，有效提高了叶黄素的加工稳定性；huang研究团队(2010)还将壳聚糖分子结构中接入辛酰基和聚乙二醇单甲醚基团得到改性壳聚糖，并用于类胡萝卜素的运载，以提高其生物利用度。另外，中国农业大学高彦祥研究团队还采用了高压均质法制备了基于tween系列表面活性剂β-胡萝卜素纳米乳液(yuanetal.,2008；qianetal.,2012)。然而，这些技术在追求类胡萝卜素的高载量和高生物利用度的同时，却忽略了产品的稳定性、安全性与生产工艺的经济性。例如，当tween80浓度(小于100nm)达到4mg/ml时溶血系数可达60％(leeetal.,2003；gongetal.,2009)，而此浓度还远远低于tween80在纳米乳液配方中的一般浓度(10～50mg/ml)。
技术实现要素：
本发明针对类胡萝卜素因难溶于水、稳定性差、吸收率低导致的加工适性差、应用局限大的难题，通过对现有加工方法进行改进，提供了一种水溶性好、稳定性强、吸收率高的类胡萝卜素-蛋白微粒及其制备方法和应用，该制备方法成本低，所制备的类胡萝卜素-蛋白微粒安全性高，可广泛用于食品体系中。
具体地，本发明提供了一种类胡萝卜素-蛋白微粒的制备方法，该方法包括如下步骤：
(1)将载体蛋白采用水溶解，之后将ph值调节至10～12，以打开蛋白质疏水内腔，得到碱性蛋白质水溶液；
(2)将类胡萝卜素粉末用含氢氧化钠的助溶剂溶解，之后加入脂肪酸并搅拌均匀(必要时可加热，以使得类胡萝卜素充分溶解)，得到类胡萝卜素-脂肪酸分散液；
(3)将所述碱性蛋白质水溶液与所述类胡萝卜素-脂肪酸分散液混合，超声处理，使类胡萝卜素与蛋白质疏水内腔充分结合；
(4)使步骤(3)所得溶液与硫酸锌混合并反应，之后将所得反应产物的ph值调回至6～8，以封闭蛋白质内腔，得到澄清的类胡萝卜素-蛋白复合物水溶液；
(5)将所述类胡萝卜素-蛋白复合物水溶液直接喷雾干燥，或经减压浓缩后冷冻干燥，得到类胡萝卜素-蛋白微粒干粉。
优选地，步骤(1)中，所述载体蛋白选自牛血清白蛋白、乳清蛋白、玉米醇溶蛋白、酪蛋白和牡蛎水解蛋白中的至少一种。
优选地，步骤(1)中，所述载体蛋白和水的用量使所得溶液中载体蛋白的浓度为0.5～8wt％。
优选地，步骤(2)中，所述类胡萝卜素选自β-胡萝卜素、叶黄素、玉米黄质、岩藻黄素和虾青素中的至少一种。
优选地，步骤(2)中，所述脂肪酸为不饱和脂肪酸，其具有分子体积小、结构有柔性的特点，其具体实例包括但不限于：油酸、亚油酸、亚麻酸、花生四烯酸和二十二碳六烯酸中的至少一种。
优选地，步骤(2)中，所述助溶剂选自乙醇、丙二醇、聚乙二醇和甘油中的至少一种。
优选地，步骤(2)中，所述含氢氧化钠的助溶剂中氢氧化钠的浓度为0.1～1wt％。
优选地，步骤(2)中，所述类胡萝卜素粉末与含氢氧化钠的助溶剂的质量比为1:(0.1～1)。
优选地，步骤(2)中，所述类胡萝卜素-脂肪酸分散液中类胡萝卜素的浓度为20～40wt％。
优选地，步骤(3)中，所述类胡萝卜素-脂肪酸分散液与所述碱性蛋白质水溶液中的载体蛋白的质量比为20:1～1:10。
优选地，步骤(3)中，所述超声处理的时间为0.5～2小时。
优选地，步骤(4)中，所述类胡萝卜素-蛋白复合物水溶液中硫酸锌的浓度为1～10wt％。
优选地，步骤(4)中，所述反应的时间为20～40分钟。
优选地，步骤(4)中，将所得反应产物的ph值调回至6～8所采用的试剂为酸味剂，所述酸味剂选自醋酸、柠檬酸、乳酸、酒石酸、苹果酸和葡萄糖酸内酯中的至少一种。
优选地，步骤(4)中，所述类胡萝卜素-蛋白复合物水溶液中类胡萝卜素的包埋率为85％以上。
本发明还提供了由上述方法制备得到的类胡萝卜素-蛋白微粒。
优选地，所述类胡萝卜素-蛋白微粒复溶于水时的平均粒径为150～300nm，在660nm处的透光率为98％以上。
优选地，所述类胡萝卜素-蛋白微粒在常温下放置12个月不会出现絮凝或分层现象且类胡萝卜素的保留率为90％以上，在常温下放置24个月类胡萝卜素的保留率为90％以上。
优选地，所述类胡萝卜素-蛋白微粒在水体系中能够将类胡萝卜素的吸收率提高1.46～3.07倍。
所述类胡萝卜素-蛋白微粒粉末便于储存运输，吸收效果好，营养效价高，可作为营养强化剂广泛用于饮料、烘焙食品、糖果、奶制品、雪糕等食品体系中。相应地，本发明还提供了所述类胡萝卜素-蛋白微粒作为食品营养强化剂的应用。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：采用本发明提供的方法得到的类胡萝卜素-蛋白微粒兼具了微胶囊与纳米乳液的优点，具有稳定性强、吸收效果好、生产工艺简单、无化学残留的特点。本发明充分利用了疏水分子相似相容、蛋白质结构在ph循环条件下的可逆变化性质，使类胡萝卜素的包埋率达到85％以上；本发明选用分子体积较小、结构柔性的不饱和脂肪酸作为介质，使得类胡萝卜素-蛋白微粒的粒径在150～300nm之间，远远小于微胶囊化的粒径，同时，体系中添加锌离子能进一步促进类胡萝卜素的吸收，从而大幅提高了产品在水体系中的吸收效率，吸收效率可提高1.46倍～3.07倍，在食品与生物医药领域具有广泛的用途；所制备的类胡萝卜素-蛋白微粒为粉末状，稳定性好，不仅便于储存运输，还具有比纳米乳液更稳定的优势，在常温下存放24个月，类胡萝卜素的保留率可达到90％以上；所制备的类胡萝卜素-蛋白微粒的复水性好，能在水溶液中形成澄清透明的液体，在660nm处的透光率可达98％以上，扩大了产品的应用范围；制备路线简单、不需要高压均质以及高速剪切加工，具有生产成本低的优势，适合产业化生产；此外，在制备类胡萝卜素-蛋白微粒的过程中，所用原材料在食品中无任何添加限制，不存在有毒有害物质残留，产品安全性高，符合食品安全要求。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。实施例中未注明具体技术或条件者，按照本领域内的文献所描述的技术或条件或者按照产品说明书进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购获得的常规产品。
实施例1
(1)称取0.5g的牛血清白蛋白，加入99.5ml去离子水，充分搅拌溶解，用氢氧化钠调节ph值至12，以使得蛋白质疏水内腔打开，得到浓度为0.5wt％的碱性蛋白质水溶液；
(2)称取3.0g的β-胡萝卜素粉末，用少量0.1wt％氢氧化钠乙醇溶液充分溶解(β-胡萝卜素粉末与氢氧化钠乙醇溶液的质量比为1:1)，然后加入9.0g的油酸，搅拌均匀，加热使类胡萝卜素充分溶解，得到β-胡萝卜素浓度为20wt％的β-胡萝卜素-脂肪酸分散液；
(3)将10.0gβ-胡萝卜素分散液缓慢加入到步骤(1)所得的全部碱性蛋白质水溶液中，搅拌均匀，超声处理2小时，使β-胡萝卜素与蛋白质疏水内腔充分结合；
(4)往步骤(3)所得溶液中加入硫酸锌至终浓度为1wt％，反应30分钟，再用葡萄糖酸内酯将反应产物的ph值调回至7.0，以使蛋白质内腔完全封闭，得到澄清的β-胡萝卜素-蛋白复合物水溶液(β-胡萝卜素包埋率为85％)；
(5)将澄清的β-胡萝卜素-蛋白复合物水溶液进行喷雾干燥，或经减压浓缩后冷冻干燥，得到β-胡萝卜素-蛋白微粒干粉。
考察该β-胡萝卜素-蛋白微粒干粉的物化性质与吸收效果，具体地：将其复溶于去离子水后，形成澄清透明的溶液，平均粒径为150nm，在660nm处的透光率为98％；将该β-胡萝卜素-蛋白微粒干粉在常温下储藏12个月不会出现絮凝或分层现象且β-胡萝卜素的保留率为96.4％，在常温下储藏24个月β-胡萝卜素的保留率为95.6％；将该β-胡萝卜素-蛋白微粒干粉溶于去离子水后(0.2μmol/ml)(处理组)，灌胃小鼠，以未与蛋白结合的β-胡萝卜素为对照(对照组)，4小时后，分析小鼠血浆中的β-胡萝卜素含量，与对照组相比(78.5pmol/ml)，处理组小鼠血浆中的β-胡萝卜素含量达到273.2pmol/ml，提高了2.48倍。
实施例2
(1)称取1.5g的乳清蛋白，加入98.5ml去离子水，充分搅拌溶解，用氢氧化钠调节ph值至11，以使得蛋白质疏水内腔打开，得到浓度为1.5wt％的碱性蛋白质水溶液；
(2)称取4.5g的叶黄素粉末，用少量0.5wt％氢氧化钠丙二醇溶液充分溶解(叶黄素粉末与氢氧化钠丙二醇溶液的质量比为1:0.8)，然后加入10.5g的亚油酸，搅拌均匀，使叶黄素充分溶解，得到叶黄素浓度为24.2wt％的叶黄素分散液；
(3)将15.0g叶黄素分散液缓慢加入到步骤(1)所得的全部碱性蛋白质水溶液中，搅拌均匀，超声处理1小时，使类叶黄素与蛋白质疏水内腔充分结合；
(4)往步骤(3)所得溶液中加入硫酸锌至终浓度为4wt％，反应30分钟，再用醋酸将反应产物的ph值调回至6.0，以使蛋白质内腔完全封闭，得到澄清的叶黄素-蛋白复合物水溶液(叶黄素包埋率为87％)；
(5)将澄清的叶黄素-蛋白复合物水溶液进行喷雾干燥，或经减压浓缩后冷冻干燥，得到叶黄素-蛋白微粒干粉。
考察该叶黄素-蛋白微粒干粉的物化性质与吸收效果，具体地：将其复溶于去离子水后，形成澄清透明的溶液，平均粒径为183nm，在660nm处的透光率为98％；将该叶黄素-蛋白微粒干粉在常温下储藏12个月不会出现絮凝或分层现象且叶黄素的保留率为92.1％，在常温下储藏24个月叶黄素的保留率为90.4％；将该叶黄素-蛋白微粒干粉溶于去离子水后(0.2μmol/ml)(处理组)，灌胃小鼠，以未与蛋白结合的叶黄素为对照(对照组)，4小时后，分析小鼠血浆中的叶黄素含量，与对照组相比(82.6pmol/ml)，处理组小鼠血浆中的叶黄素含量达到310.6pmol/ml，提高了2.76倍。
实施例3
(1)称取4.0g的酪蛋白，加入96ml去离子水，充分搅拌溶解，用氢氧化钠调节ph值至10，以使得蛋白质疏水内腔打开，得到浓度为4.0wt％的碱性蛋白质水溶液；
(2)称取1.2g的玉米黄质粉末，用少量0.8wt％氢氧化钠聚乙二醇溶液充分溶解(玉米黄质粉末与氢氧化钠聚乙二醇溶液的质量用量比为1:0.5)，然后加入1.2g的亚麻酸，搅拌均匀，使玉米黄质充分溶解，得到玉米黄质浓度为40wt％的玉米黄质分散液；
(3)将4.0g玉米黄质分散液缓慢加入到步骤(1)所得的全部碱性蛋白质水溶液中，搅拌均匀，超声处理1.5小时，使玉米黄质与蛋白质疏水内腔充分结合；
(4)往步骤(3)所得溶液中加入硫酸锌至终浓度为8wt％，反应30分钟，再用苹果酸将反应产物的ph值调回至8.0，以使蛋白质内腔完全封闭，得到澄清的玉米黄质-蛋白复合物水溶液(玉米黄质包埋率为93％)；
(5)将澄清的玉米黄质-蛋白复合物水溶液进行喷雾干燥，或经减压浓缩后冷冻干燥，得到玉米黄质-蛋白微粒干粉。
考察该玉米黄质-蛋白微粒干粉的物化性质与吸收效果，具体地：将其复溶于去离子水后，形成澄清透明的溶液，平均粒径为246nm，在660nm处的透光率为98％；将该玉米黄质-蛋白微粒干粉在常温下储藏12个月会出现絮凝或分层现象且玉米黄质的保留率为94.2％，在常温下储藏24个月玉米黄质的保留率为93.1％；将该玉米黄质-蛋白微粒干粉溶于去离子水后(0.2μmol/ml)(处理组)，灌胃小鼠，以未与蛋白结合的玉米黄质为对照(对照组)，4小时后，分析小鼠血浆中的玉米黄质含量，与对照组相比(86.2pmol/ml)，处理组小鼠血浆中的玉米黄质含量达到350.8pmol/ml，提高了3.07倍。
实施例4
(1)称取8.0g的玉米醇溶蛋白，加入92ml去离子水，充分搅拌溶解，用氢氧化钠调节ph值至11，以使得蛋白质疏水内腔打开，得到浓度为8.0wt％的碱性蛋白质水溶液；
(2)称取0.48g的岩藻黄素粉末，用少量1wt％氢氧化钠甘油溶液充分溶解(岩藻黄素粉末与氢氧化钠甘油溶液的质量用量比为1:0.3)，然后加入0.976g的花生四烯酸，搅拌均匀，使岩藻黄素充分溶解，得到岩藻黄素浓度为30wt％的岩藻黄素分散液；
(3)将1.6g岩藻黄素分散液缓慢加入到步骤(1)所得的全部碱性蛋白质水溶液中，搅拌均匀，超声处理2小时后，使岩藻黄素与蛋白质疏水内腔充分结合；
(4)往步骤(3)所得溶液中加入硫酸锌至终浓度为4wt％，反应30分钟，再用柠檬酸将反应产物的ph值调回至8.0，以使蛋白内腔完全封闭，得到澄清的岩藻黄素-蛋白复合物水溶液(岩藻黄素包埋率为90％)；
(5)将澄清的岩藻黄素-蛋白复合物水溶液进行喷雾干燥，或经减压浓缩后冷冻干燥，得到岩藻黄素-蛋白微粒干粉。
考察该岩藻黄素-蛋白微粒干粉的物化性质与吸收效果，具体地：将其复溶于去离子水后，形成澄清透明的溶液，平均粒径为300nm，在660nm处的透光率为98％；将该岩藻黄素-蛋白微粒干粉在常温下储藏12个月不会出现絮凝或分层现象且岩藻黄素的保留率为93.3％，在常温下储藏24个月岩藻黄素的保留率为90.4％；将该岩藻黄素-蛋白微粒干粉溶于去离子水后(0.2μmol/ml)(处理组)，灌胃小鼠，以未与蛋白结合的岩藻黄素为对照(对照组)，4小时后，分析小鼠血浆中的岩藻黄素含量，与对照组相比(91.3pmol/ml)，处理组小鼠血浆中的岩藻黄素含量达到231pmol/ml，提高了1.53倍。
实施例5
(1)称取8.0g的牡蛎水解蛋白，加入92ml去离子水，充分搅拌溶解，用氢氧化钠调节ph值至11，以使得蛋白质疏水内腔打开，得到浓度为8.0wt％的碱性蛋白质水溶液；
(2)称取0.24g的虾青素粉末，用少量0.5wt％氢氧化钠乙醇溶液充分溶解(虾青素粉末与氢氧化钠乙醇溶液的质量用量比为1:0.1)，然后加入0.536g的二十二碳六烯酸，搅拌均匀，使虾青素充分溶解，得到虾青素浓度为30wt％的虾青素分散液；
(3)将0.8g虾青素分散液缓慢加入到步骤(1)所得的全部碱性蛋白质水溶液中，搅拌均匀，超声处理0.5小时后，使虾青素与蛋白质疏水内腔充分结合；
(4)往步骤(3)所得溶液中加入硫酸锌至终浓度为4wt％，反应30分钟，再用乳酸将反应产物的ph值调回至7.0，以使蛋白质内腔完全封闭，得到澄清的虾青素-蛋白复合物水溶液(虾青素包埋率为92％)；
(5)将澄清的虾青素-蛋白复合物水溶液进行喷雾干燥，或经减压浓缩后冷冻干燥，得到虾青素-蛋白微粒干粉。
考察该虾青素-蛋白微粒干粉的物化性质与吸收效果，具体地：将其复溶于去离子水后，形成澄清透明的溶液，平均粒径为278nm，在660nm处的透光率为98％；将该虾青素-蛋白微粒干粉在常温下储藏12个月不会出现絮凝或分层现象且虾青素的保留率为94.1％，在常温下储藏24个月虾青素的保留率为93.1％；将该虾青素-蛋白微粒干粉溶于去离子水后(0.2μmol/ml)(处理组)，灌胃小鼠，以未与蛋白结合的虾青素为对照(对照组)，4小时后，分析小鼠血浆中的虾青素含量，与对照组相比(88.6pmol/ml)，处理组小鼠血浆中的虾青素含量达到218pmol/ml，提高了1.46倍。
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。