专利名称：纳米级β－胡萝卜素乳状液及其制备方法和用途的制作方法
技术领域：
本发明属于纳米科学领域，涉及一种将天然的、难溶于水的β-胡萝卜素制备成物理化学性质稳定、生物利用率高的纳米级乳状液，并可应用于着色食品和医药。
背景技术：
天然β-胡萝卜素既可从植物油提取得到，也可通过发酵制备得到。β-胡萝卜素理论上拥有100％维生素A的活性，有抗癌、预防心血管病和增强人体免疫力的作用，因此一直受到食品界和医药界所关注，但是，由于天然胡萝卜素是难溶于水的，而且其在高温、遇光的条件下很不稳定，所以，在食品工业和医药工业上的应用受到很大的限制。将β-胡萝卜素制成稳定的乳状液的专利有EP-0551638、CN-1079218A、CN-1109329A，虽然在β-胡萝卜素的水溶性、稳定性方面有所改善，但是由于制备得到的乳状液粒径最小为200纳米，生物利用率低。
最近10年，纳米技术获得长足的发展，在应用该技术的过程中，人们发现普通的植物性药，例如马卡，将其加工成纳米级脂质体，其物理化学稳定性显著提高，疗效也得到了提高，而且具有靶向作用，这些说明马卡的生物利用率得到了提高，正因为这种纳米技术能提高药物、食品中功能因子的生物利用率，广泛用于医药、保健食品等领域。在医药领域应用的中国专利有CN-1634033A、CN-1615965A、CN-1698611A等，在保健食品领域应用的中国专利有CN-1365626A，此专利提到了将天然番茄红素结晶制备成稳定的纳米级天然番茄红素制品，使番茄红素的生物利用率明显的提高。
为了最大限度的利用天然食品的功能因子，CN1101674C(BASF公司)公开了一种“冷水可分散粉末形态的类胡萝卜素制剂的制备以及这种新类胡萝卜素制剂的应用”，可获得1μm的活性物质的均匀分散体。CN1251745A(BASF公司)公开了一种“含有β-胡萝卜素、番茄红素和叶黄素的混合物的类胡萝卜素制剂”，其中采用球磨机的长时间研磨，最终颗粒大小为15微米左右，但是由于在球磨机中研磨的时间长，营养成分因高温而损失，而且最终的颗粒比较大，其生物利用率受到限制，同时，要求的原料纯度也比较大，最低为70％，这样限制了该专利在β-胡萝卜素超细微化方面应用，因为目前工业化从天然植物中提取的β-胡萝卜素纯度最高为30％。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种工艺简单、适于工业化大生产、生物利用率高、物理化学性质稳定的纳米级β-胡萝卜素乳状液及其制备方法，并可应用于着色食品和医药。
本发明的纳米级β-胡萝卜素乳状液制成纳米级，粒径达到了30纳米以下，平均粒径为10-20纳米，也有的平均粒径达到7.8nm，这样更利于肠道对β-胡萝卜素的吸收。其组分中含有卵磷脂，卵磷脂一方面起到表面活性剂的作用，促进了脂溶性的β-胡萝卜素溶于水中，另外一方面，由于卵磷脂能附在肠道的粘膜上，这样有利于β-胡萝卜素被肠道吸收。其组分中除卵磷脂外，还有维生素E、维生素C酯等成分，使整体的营养成分含量提高。其制备方法为以生物相溶性较好的卵磷脂为载体1，以热传导性较好的植物油为载体2，以溶于少量的乳化剂的去离子水为分散介质，采用目前国际最先进的超高压均质技术，制备了纳米级β-胡萝卜素乳状液。其具体步骤如下①按如下质量百分比配制水相5-20％食品乳化剂∶40-80％的去离子水，将水相加热至50-70度，搅拌均匀，得到产品A；②按如下质量百分比配比油相0.1-15％纯度为30％的天然β-胡萝卜素油∶0.1-2％卵磷脂∶0.05-1％维生素C酯∶0.05-1％食用植物油，将油相加热到100-200度，混合均匀，得到的产品为B；③将B缓慢的加入到50-70度的水相中，边加入边用高速剪切乳化剂机搅拌，待完全加入后，将高速乳化均质机速度调至10000转/分钟，剪切乳化均质5-20分钟；得到产品为C；④将C温度控制50-70度转入高压均质机，循环两次，压力控制45-60MPa，得到产品D；⑤将D温度控制50-70度转入超高压均质机，循环两次，至少一次压力为150MPa以上，得到产品E，即为纳米级β-胡萝卜素乳状液。
采用本发明的纳米级β-胡萝卜素乳状液的制备方法具有以下特点1、制备方法简便易行，可以进行工业化大生产，制备过程中β-胡萝卜素损失少油相的卵磷脂有良好的生物兼容性，可生物降解，材料来源广；2、针对脂溶性β-胡萝卜素，纳米级β-胡萝卜素乳状液既可以解决其水溶性，扩大其使用范围；3、纳米级β-胡萝卜素乳状液的物理稳定性好，经过一段时间保存后未出现分层、凝聚、乳析现象，粒径变化不明显；4、脂溶性β-胡萝卜素被卵磷脂、乳化剂包埋成为纳米级微粒，使β-胡萝卜素在体内缓慢释放，同时可以提高食品功能因子的机体吸收率和生物利用率。
图1为纳米级β-胡萝卜素乳状液颗粒分布电镜扫描示意图。
图2为纳米级β-胡萝卜素乳状液的数量粒径分布图。
图3为纳米级β-胡萝卜素乳状液的Zeta电位图。
图4为第二次测得的纳米级β-胡萝卜素乳状液的Zeta电位图。
图5为纳米级β-胡萝卜素乳状液经6周后的数量粒径分布图。
图6为纳米级β-胡萝卜素乳状液经Turbiscan稳定性分析仪分析，每周扫描一次，得到稳定性分析图。
下述实例所制备的纳米级天然β-胡萝卜素乳状液的形貌通过JSM-7401型扫描电镜来表征，结果见图1，本发明制备的纳米级天然β-胡萝卜素乳状液基本上呈现球形，分散性好，粒径较均匀。纳米级天然β-胡萝卜素乳状液粒径分布与Zeta电位利用激光粒度分析仪和Zeta电位分析仪分别测出，结果见图2、图3、图4。纳米颗粒的平均粒径为15nm，小于25nm的占99％。纳米级天然β-胡萝卜素乳状液的Zeta电位为-63.45±6mV＜30mV，颗粒之间有足够的排斥力抑制颗粒的团聚，从而保持溶液稳定。
纳米级天然β-胡萝卜素乳状液物理稳定性考察将制备的纳米级天然β-胡萝卜素乳状液放置于棕色瓶中在常温下密封储存6周，通过两种方法分析检测稳定性情况，一种是通过使用激光粒度分析仪测定它们粒径的变化规律，另外一种通过Turbiscan稳定性分析仪测定BS(t)与时间的关系，进而确定纳米级天然β-胡萝卜素乳状液稳定性情况，由图5可知新制的纳米级天然β-胡萝卜素乳状液分散相粒径分布最高峰为7.8nm，6周后纳米颗粒的粒径分布最高峰稍移至20.64nm。由图6可知新制的纳米级天然β-胡萝卜素乳状液在6周内BS(t)变化很小，通过眼睛直接观察，未见分层、凝絮、外观和色泽均无明显变化，这些说明纳米级天然β-胡萝卜素乳状液能在较长的时间内保持良好的稳定性。
具体实施例方式实施例一0.1％纳米级天然然β-胡萝卜素乳状液的制备方法称取30％的天然β-胡萝卜素油0.33克，维生素C酯0.5克，卵磷脂0.05-0.1克，食用菜籽油0.5-1克，将它们边加热边混合，待温度升至120度，立即转移到水相(乳化剂为5克，去离子水为60-90克，温度控制在50-70度)，缓慢加入，边加入边搅拌，待完全加入后，使用高速乳化均质机对混合物进行初乳化，剪切速率控制在10000转/分钟，时间10min，然后在50-70度的温度下转入高压均质机中，循环三次，至少一均质压力达到50MPa，得到浅黄色含0.1％天然β-胡萝卜素的纳米级乳状液，颗粒细度小于15nm，可直接用于着色食品，也可以用于医药保健品。
实施例2又一种低浓度0.5％纳米级天然β-胡萝卜素乳状液的制备方法将1.7克30％的天然β-胡萝卜素油、0.5克的维生素C酯、0.05-0.1克卵磷脂、0.5-1克的食用菜籽油混合，一边混合一边加热，待温度升至120度，立即转移至水相(乳化剂为10克、去离子水为60-90克、温度控制在50-70度)，缓慢加入，边加入边搅拌，待完全加入后，使用高速乳化均质机对混合物进行初乳化，剪切速率控制在10000转/分钟，历时10min，然后在50-70度的温度下转入超高压均质机中，循环三次，至少一次均质压力达到50MPa，得到浅黄色含0.5％的天然β-胡萝卜素的纳米级乳状液，颗粒细度小于20nm，可直接用于着色食品，也可以用于医药保健品。
实施例32％纳米级天然β-胡萝卜素乳状液的制备方法将6.67克30％的天然β-胡萝卜素油、0.5克的维生素C酯、0.5克卵磷脂、0.5-1克的食用菜籽油混合，边混合边加热，待温度升至120度，立即转移至水相(乳化剂为15克、去离子水为60-90克、温度控制在50-70度)，缓慢加入，边加入边搅拌，待完全加入后，使用高速乳化均质机对混合物进行初乳化，剪切速率控制在10000转/分钟，时间10min，然后在50-70度的温度下转入高压均质机中，循环三次，一次均质压力为55MPa，一次均质压力为45MPa，得到浅黄色含2％的天然β-胡萝卜素的纳米级乳状液，颗粒细度小于20nm，可直接用于着色食品，也可以用于医药保健品。
实施例46％纳米级天然β-胡萝卜素乳状液的制备方法将20克30％的天然β-胡萝卜素油、0.5克的维生素C酯、0.05-0.1克卵磷脂、0.1-0.5克的食用菜籽油混合，边混合边加热，待温度升至150度，立即转移至水相(乳化剂为15-20克、去离子水为50-80克、温度控制在40-70度)，缓慢加入，边加入边搅拌，待完全加入后，使用高速乳化均质机对混合物进行初乳化，剪切速率控制在10000转/分钟，时间10min，然后在50-70度的温度下转入高压均质机中，循环三次，一次均质压力为55MPa，一次均质均质压力为45MPa，得到的产品在50-70度的条件下经过超高压均质机，循环三次，每次均质压力为150MPa以上，即可得到浅黄色含6％的天然β-胡萝卜素的纳米级乳状液，颗粒细度小于20nm，可直接用于着色食品，也可以用于医药保健品。
实施例510％纳米级天然β-胡萝卜素乳状液的制备方法将33.3克30％的天然β-胡萝卜素油、0.1克的维生素C酯、0.05-0.1克卵磷脂、0.5克的食用菜籽油混合，边混合边加热，待温度升至130-160度，立即转移至水相(乳化剂为15-20克、去离子水为50-70克、温度控制在50-70度)，缓慢加入，边加入边搅拌，待完全加入后，使用高速乳化均质机对混合物进行初乳化，剪切速率控制在10000转/分钟，时间10min，然后在50-70度的温度下转入高压均质机中，循环三次，一次均质压力为55MPa，一次均质均质压力为45MPa，得到的产品在50-70度的温度下转入超高压均质机，循环两次，每次均质压力170MPa以上，，即可得到浅黄色含10％的天然β-胡萝卜素的纳米级乳状液，颗粒细度小于20nm，可直接用于着色食品，也可以用于医药保健品。
实施例615％纳米级天然β-胡萝卜素乳状液的制备方法将50克30％的天然β-胡萝卜素油、0.05克的维生素C酯、0.1-0.5克卵磷脂、0.5-1克的食用菜籽油混合，边混合边加热，待温度升至130-160度，立即转移至水相(乳化剂为15-20克、去离子水为40-70克、温度控制在50-70度)，缓慢加入，边加入边搅拌，待完全加入后，使用高速乳化均质机对混合物进行初乳化，剪切速率控制在10000转/分钟，时间10min，然后在50-70度的温度下转入高压均质机中，循环三次，一次均质压力为55MPa，一次均质均质压力为45MPa，得到的产品然后在50-70度的温度下转入超高压均质机，循环三次，每次均质压力170MPa以上，即可得到浅黄色含15％的天然β-胡萝卜素的纳米级乳状液，颗粒细度小于20nm，可直接用于着色食品，也可以用于医药保健品。
权利要求
1.一种纳米级β-胡萝卜素乳状液，乳状液粒径小于30纳米，且β-胡萝卜素的含量为0.1-15wt.％。
2.要求1所述的纳米级β-胡萝卜素乳状液，其中，油相由β-胡萝卜素、维生素E、维生素C酯、卵磷脂和食用植物油组成。
3.权利要求1所述的纳米级β-胡萝卜素乳状液，其中，水相由乳化剂和去离子水组成。
4.权利要求1所述的纳米级β-胡萝卜素乳状液在食品中的用途，可直接添加，也可与增稠剂、防腐剂一起添加。
5.权利要求1所述的纳米级β-胡萝卜素乳状液在医药保健品的用途，可直接添加，也可与增稠剂、防腐剂一起添加。
6.纳米级β-胡萝卜素乳状液的制备方法，原料包括β-胡萝卜素、维生素E、维生素C酯、卵磷脂、食用植物油、乳化剂和去离子水，制备步骤第一步将水相在50-70℃下进行预混合，得到(A)；第二步将油相在120-200℃下进行预混合，得到(B)；第三步将A和B在50-70℃下高速剪切混合，得到(C)；第四步将C进行至少二次压力均质，至少一次压力为150MPa以上，制成纳米级β-胡萝卜素乳状液。
7.权利要求6所述的制备方法，乳化剂可以是吐温、蔗糖酯、聚甘油酯中的一种，也可以是两种或两种以上。
8.权利要求6所述的制备方法，其中，所述的将A和B在50-70℃下高速剪切，速率为10000转/分钟，使物料微细化。
9.权利要求6所述的制备方法，其中，所述至少二次压力均质，至少一次压力为150MPa以上。
全文摘要
本发明公开了一种纳米级β－胡萝卜素乳状液及其制备方法和用途，旨在提供一种工艺简单、功能因子利用率高、物理性质稳定，并能显著提高β－胡萝卜素水溶性。纳米级β－胡萝卜素乳状液中β－胡萝卜素的含量为1－15wt.％。β－胡萝卜素乳状液粒径能够达到30纳米以下。制备方法为第一步将水相在50－70℃下进行预混合，得到(A)；第二步将油相在120－200℃下进行预混合，得到(B)；第三步将A和B在40－70℃下高速剪切混合，得到(C)；第四步将C进行至少二次压力均质，其中一次压力为150MPa，制成纳米级β－胡萝卜素乳状液。采用本发明得到的产品易于人体吸收、水溶性好，既可以用于着色食品，也可以用于医药。
文档编号A61K31/07GK1843199SQ20061000070
公开日2006年10月11日 申请日期2006年1月10日 优先权日2006年1月10日
发明者高彦祥, 孙术国, 毛立科 申请人:中国农业大学