专利名称：包封化合物的纳米颗粒、获得其的方法及其应用的制作方法
技术领域：
本发明涉及食品、药品和化妆品领域以及纳米技术领域，并涉及使用玉米蛋白作为涂布剂来包封生物活性化合物。本发明特别地涉及用于包封生物活性化合物的包括玉米蛋白基体和碱性氨基酸的纳米颗粒、获得其的方法及其应用。
背景技术：
在工业中，特别是食品、化妆品和药品行业中，需要不断发展技术来满足新的消费需求。纳米技术可为上述行业提供广受关注的解决方案。特别地，纳米技术在食品、化妆品和药品行业的革新中具有极大的潜能，因为其允许包封生物活性化合物(BAC)，例如精油、抗氧化剂、矿物质、益生质、调味料、维生素等，从而获得不同的益处，例如增加制品的使用寿命、降低BAC的使用量、控制BAC的释放、提高BAC生物利用率、掩蔽不期望的味道等等。能够对消费者的健康产生益处的物质抗氧化剂，形成了一组BAC，其应用引起了人们极大的兴趣。为在存储过程中保护抗氧化剂化合物并且保持其稳定，将抗氧化剂化合物(例如槲皮素或白藜芦醇)在特定系统(例如微米颗粒或纳米颗粒)中进行包封，这是非常受人关注的选择。迄今为止，包封的抗氧化剂化合物的应用基本限于化妆品和药品领域中。举例说明，已经公开了槲皮素包封在(i)由聚乳酸-乙醇酸共聚物(PLGA)和乙酸乙酯形成的纳米囊中(Ghosh 等，Life Sciences2009;84:75-80), (ii)由Eudragitw(聚(甲基)丙烯酸酯)和聚乙烯醇(Wu等，Int J of Pharm2008; 346:160-168)形成的纳米颗粒中，和
(iii)由卵磷脂和(三)硬脂酸甘油酯形成的脂质微粒中(Sccalia和Mezzena,J PharmBiomed Anal2009; 49:90-94)。同样地，已经公开了白藜芦醇包封在(i )聚已酸内酯纳米颗粒中(Lu 等，Int J of Pharm2009; 375:89-96), (ii )果胶微粒中(Das 和 Ng, Int J ofPharm2010; 385:20-28)，(iii)脂质体中(Caddeo 等，Int J of Pharm2008; 363:183-191),
(iv)壳聚糖微球中(Peng等，FoodChem2010;121 (I) :23-28)和(v)聚苯乙烯微球中(Nam等，Polymer2005; 46:8956-8963)。然而，因为用于包封所述化合物的材料具有毒性问题或者该材料没有批准可用于食品中，所以在食品领域中包封的抗氧化剂化合物的应用是非常有限的。同样地，抗氧化剂化合物在设计功能性食品中的使用是非常有限的，其中，因为它们半衰期短、易染性高并且口服生物可利用度低。包封抗氧化剂化合物(例如槲皮素或白藜芦醇)，从而在食品中保护所述抗氧化剂化合物并且保持它们的整个存储期间的稳定，而且还允许所述抗氧化剂可控的释放(其提高了所述抗氧化剂在有机体中的生物可利用度)，这将是非常需要的。众所周知，当设计适用于包封BAC的载体的时候，正确地选择用作基体的涂布剂的材料是非常重要的；为此，其中，必须考虑药物剂型、药物毒性、引入制剂的产品等。在食品纳米技术领域中，不推荐使用合成聚合物，因为合成聚合物会具有毒性的问题。尽管天然聚合物不具有这些缺点，但是使用天然聚合物需要开发更为复杂的方法来制造颗粒，并且更进一步地，在大多数情况中，难于控制所获得的粒径(通常大于100 μ m),这样的颗粒能够被消费者察觉并且改变目标食品的感官特性。现有技术中已经公开了将蛋白质作为BAC涂布剂的应用，所述蛋白质可以是动物源的蛋白质，例如酪蛋白、白蛋白等，还可以是植物源的蛋白质，例如醇溶谷蛋白等(ES2269715、US2004/86595、US5679377)。玉米蛋白是存在于玉米谷物种子中的主要的贮藏蛋白。由于玉米蛋白通常具有大量的脯氨酸和谷氨酰胺氨基酸，并且其特征在于在水中具有高不溶性，所以玉米蛋白为属于醇溶谷蛋白组的球状蛋白质。在最近几年中，这种蛋白质由于其特别的物理化学特性及其分子结构而在科学和工业领域中变得非常重要，这是因为这种蛋白质具有两性分子的特征，并且可以根据存在于介质中的亲水-亲脂化合物而形成不同的自组装结构(Wang等，Food BiophySiCS2008;3:174-181)。因此，玉米蛋白被用作膜的原材料具有多种潜在的优势，因为其能够形成坚硬的且具有疏水性的涂层，该涂层同时具有极佳的弹性和可压缩性,还能够抵御微生物攻击。由于玉米蛋白具有这些特性，因此发现了玉米蛋白作为粘合剂、生物可降解塑料、口香糖、作为食品、纤维、化妆品粉末的涂层、作为杀虫剂和墨水的微囊等的新应用(Muthuselvi 和 Dhathathreyan, Colloids and SurfacesB:Biointerfaces2006; 51:39-43)。在制药行业中，还用这种蛋白质涂覆胶囊，来以可控的方式保护、释放(药物)并且遮掩不期望的味道和香味(Shukla和Cheryan, IndustrialCrops and Products 2001; 13:171-192)。此外,还建议将玉米蛋白用于胰岛素、肝素、伊佛霉素和吉妥辛的微囊化作用。通常会获得甚至是在高湿和高热的条件下稳定的微粒/微球，其进一步还能抵御细菌攻击(US5679377)。然而，在食品领域中，玉米蛋白用于设计具有包封组分的功能性食品的包封剂的使用仍然处于初始阶段。现有技术中已经描述了使用相分离技术获得用于包封精油的玉米蛋白纳米颗粒(Parris 等，J Agric Food Chem2005; 53:4788-4792),以及当 Ω-3 脂肪酸被引入至目标食品中的时候，通过应用流化床技术在所述蛋白质中包封Ω-3脂肪酸，以防止Ω-3脂肪酸的氧化，并掩 盖Ω-3脂肪酸不利的感官特性(MX2008003213)。此外，最近已实现了通过静电纺丝技术的方式使番茄红素和表没食子儿茶素没食子酸酯(EGCG)在玉米蛋白纤维中包封(分别在 Fernandez 等,Food Hydrocol Ioids2009; 23:1427-1432 和 Li 等，JFood Sci2009;74(3) :C233-C240中)，溶菌酶通过SAS(超临界反溶剂法)工艺的方式(Zhong等,Food Chemistry2009; 115(2) :697-700)和鱼油通过液-液分散方法的方式(Zhong等，JFood Process Pres2009; 33 (2) : 255-270)包封。这些描述制造技术的工作相当复杂，并且难于在工业上大规模应用，或者仅限于包封亲脂性化合物而不适用于包封亲水性化合物。因此，需要研发能够克服所有或部分前述缺陷的用于包封生物活性化合物的通用系统，其适用于装载水溶性或脂溶性化合物，特别是通过其它方式施用存在困难的化合物，例如抗氧化剂化合物的情况。此外，还非常需要使所述系统能够以简单的方式获得，并且在所述化合物的存储期间和施用所述化合物之后具有适当的稳定性，这将有助所述化合物在不同技术行业中的应用，例如食品、药品和化妆品行业。发明概述目前已经惊讶地发现用玉米蛋白基体和碱性氨基酸涂布水溶性和脂溶性生物活性化合物(BACs)，提供了形成了用于包封并稳定所述生物活性化合物的新系统的纳米颗粒，以用于食品、化妆品和药品中。发明人所实施的各种测试已经显示，基于事实上能够使用具有相对较低低百分比的醇的水醇溶液来溶解玉米蛋白，其转而能够包封脂溶性和水溶性BAC，所以一起添加碱性氨基酸与玉米蛋白，有利于制造包括玉米蛋白基体和碱性氨基酸的所述纳米颗粒的过程。此外，可防止使用碱性添加剂或溶剂引起的毒性问题，从而改善了纳米颗粒的营养特性。同时，碱性氨基酸可增强纳米颗粒的稳定性，因为所述颗粒的表面电荷增加，从而防止颗粒的聚集。因此，一方面，本发明涉及包括玉米蛋白基体和碱性氨基酸的纳米颗粒。所述纳米颗粒能够用于包封水溶性或者脂溶性BAC。在特别优选的实施方式中，所述BAC为抗氧化化合物。此外，所述纳米颗粒能够用作工艺添加剂[包封的添加剂可以结合在基体中，而添加剂在基体中是不溶的，从而有助于在介质中均匀的分散；举例说明，根据本发明，包封在所述纳米颗粒中的脂溶性BAC可以分散在水性基体中，如果所述BAC为其游离形式(未被包封)，那么该方法将会很复杂]。无论是在制品(例如食品、药品或者化妆品制品)的加工过程中还是在其存储过程中，所述纳米颗粒都是稳定的并且能够保护BAC不会由于外力而降解，例如光、pH改变、氧化等。而且，当口服施用所述纳米颗粒为的时候(例如食物)，纳米颗粒保护BAC免受胃部酸性条件的损害，并且在所期望的位置(例如在肠内)释放BAC。另一方面，本发明涉及所述空的纳米颗粒(即不包含BAC)的制造方法。另一方面，本发明涉及装载有BAC (例如脂溶性BAC或水溶性BAC)的所述纳米颗粒的制造方法。所述方法很简单并且可以工业规模实施，而且有利地不使用合成聚合物或者未被批准作为食品添加剂的试剂，允许所包含的表面活性剂或乳化剂的使用最小化，并且还允许获得具有可控粒径的纳米级的纳米颗粒。在特别的实施方式中，所述方法进一步包括为获得粉末形式的制剂，干燥包含所述纳米颗粒的悬浮液的额外的步骤，其允许随着时间的流逝保持所述BAC的稳定性；粉末形式的制剂特别适用于用在固体食品中。有利地，在用于所述纳米颗粒的保护剂的存在下，干燥所述纳米颗粒。由此获得的包含BAC的纳米颗粒可以容易地重悬于水性介质中，保护所述BAC免于在溶液中降解。所获得的最终制品很稳定，并在长时间的存储过程期间保护所述BAC，并且还能应用于不同类型的食品，无论是液体食品(例如饮料)还是固体食品。另一方面，本发明涉及包括所述纳米颗粒的组合物用于食品、药品或化妆品行业。事实上，所述纳米颗粒可以被整合到乳剂、凝胶和水凝胶中，从而获得适用在上述行业中的稳定的化妆品或药物制剂。所述纳米颗粒还可以与适用于其局部施用的赋形剂一起配制。另一方面，本发明涉及包括所述组合物的食物制品，所述组合物基于由本发明提供的玉米蛋白纳米颗粒。在特别的实施方式中，所述食物制品为液体、半固体或者固体的形式。
图1示出了空的玉米蛋白纳米颗粒的透射电子显微镜(TEM)图像。A)8，000倍(位于图像下部左侧页边空白的黑条对应于200nm的参照)。B) 15，750倍(位于图像下部左侧页边空白的黑条对应于IOOnm的参照)。图2示出了包括玉米蛋白基体和包含白藜芦醇的赖氨酸的纳米颗粒的扫描电子显微镜(SEM)的显微照片。所述图像相应于在冲洗以移除保护糖类之后的粉末制剂。图3示出了包括玉米蛋白基体和包含槲皮素和赖氨酸的纳米颗粒的透射电子显微镜(TEM)图像。A) 25，000倍(位于图像下部左侧页边空白的黑条对应于150nm的参照)。B) 10, 000倍(位于图像下部左侧页边空白的黑条对应于150nm的参照)。图4示出了包封在纳米颗粒(NP)中的槲皮素用量与初始结合在制剂中的槲皮素用量的函数图，所述纳米颗粒包括玉米蛋白基体和赖氨酸。图5示出 了包含槲皮素的包括玉米蛋白基体和赖氨酸的纳米颗粒的扫描电子显微镜(SEM)的显微照片。所述图像相应于在冲洗以移除保护糖类之后的粉末制剂。图6示出了在试验动物中施用不同配方的维生素之后，血清叶酸浓度(ng/mL)与时间的函数图。所获得的结果示出了平均值土标准偏差(n=5)。(A)静脉注射(1. v. )，lmg/kg剂量。(B) 口服施用，lmg/kg剂量溶解在水中的未包封的叶酸(■);分散在水中的包封在玉米蛋白纳米颗粒中的叶酸(·)。发明详述本发明提供了包括玉米蛋白基体和碱性氨基酸的纳米颗粒，以及用于包封生物活性化合物(BAC)的方法，以保护生物活性化合物免于因外力(例如光、pH、氧化等)而降解。可以设计所述纳米颗粒，以出于增加其生物可利用度的目的，从而允许可控地释放BAC ;可以通过两种途径来增加所述生物可利用度通过包封的BAC在肠内的整体释放的方法(其在开始、在食物基体中和/或存储以及抵抗胃部的酸性环境时的降解被最小化)，和通过以可控的方式或者随着时间的流逝持续地有效释放BAC的方法。定义为了帮助理解本发明，在下文中指出在本说明中使用的几种术语和表达的含义。如在本文中所使用的，“碱性氨基酸”指包含氨基(-NH2)和羧基(-C00H)以及正电荷的有机分子；所述碱性氨基酸优选为碱性α-氨基酸，例如赖氨酸、精氨酸和组氨酸。如在本文中所使用的，“大约”指近似于给定值的数值范围，例如给定值的土 10%。举例来说，“大约20”包括20的±10%，或者从18至22。此外，无论术语“大约”是否被指明，本领域技术人员都应理解在本文中表达的任意数值均包括数值的近似值范围。给定值的这些变化可能由在相应测试过程中的试验误差而导致。如在本文中所使用的，“生物活性化合物”或者“BAC”涉及具有营养、治疗活性和/或化妆品活性的化合物；所述化合物可以是脂溶性或者水溶性的。根据本发明的BAC的非限制性的说明性例子包括氨基酸、抗微生物剂、调味剂、防腐齐 、甜味齐 、类固醇、药物、激素、脂类、肽类、多核苷酸、多糖、蛋白质、蛋白聚糖、香料、维生素等。如在本文中所使用的，“水溶性生物活性化合物”或者“水溶性BAC”涉及具有营养、治疗活性和/或化妆品活性的化合物，并且根据由西班牙皇家药典定义的标准，其在水溶液中是可溶的(极易溶的、易溶的、可溶的、难溶的或者微溶的)
权利要求
1.一种纳米颗粒，其包括玉米蛋白基体和碱性氨基酸。
2.根据权利要求1的纳米颗粒，其中所述碱性氨基酸选自由精氨酸、赖氨酸、组氨酸及其混合物形成的组。
3.根据权利要求1或2的纳米颗粒，进一步包括生物活性化合物。
4.根据权利要求3的纳米颗粒，其中所述生物活性化合物选自脂溶性生物活性化合物和水溶性生物活性化合物。
5.根据权利要求4的纳米颗粒，其中所述脂溶性生物活性化合物选自由如下形成的组 a)多元酚； b)A、D、E或K族维生素； c)根据b)的维生素的前体或者衍生物； d)磷脂； e)类胡罗卜素； f)脂肪酸； g)植物留烷醇和植物甾醇； h)任意前述化合物a)-g)的盐或酯；和 i)其组合。
6.根据权利要求5的纳米颗粒，其中所述脂溶性生物活性化合物选自由黄酮醇、花色素苷、植物抗毒素、羟基酪醇、视黄酸、视黄醛、视黄醇、麦角钙化固醇、a -生育酚、三烯生育酚、植物甲萘醌、a-胡萝卜素、￠-胡罗卜素、番茄红素、辣椒黄素、叶黄素、玉米黄素、胡萝卜醇、EPA、DHA、亚油酸、菜油留醇、豆留醇、谷留醇，它们的食品级或者制药或化妆品上可接受的衍生物、酯或盐，及其混合物形成的组。
7.根据权利要求5的纳米颗粒，其中所述脂溶性生物活性化合物选自由槲皮素、白藜芦醇、它们的食品级或者制药或化妆品中可接受的衍生物、酯或盐，及其混合物形成的组。
8.根据权利要求4的纳米颗粒，其中所述水溶性生物活性化合物选自由如下形成的组 a)B或C族维生素； b)根据a)的维生素的衍生物； c)选自透明质酸、硫酸软骨素和硫辛酸的化合物； d)任意前述化合物a)-c)的盐或酯；和 e)其组合。
9.根据权利要求8的纳米颗粒，其中所述水溶性生物活性化合物选自叶酸、其食品级或者制药或化妆品中可接受的酯或盐，及其混合物。
10.一种制备包括玉米蛋白基体和碱性氨基酸的纳米颗粒的方法，包括 a)制备包含玉米蛋白和碱性氨基酸的水醇溶液；和 b)将水添加到步骤a)的溶液。
11.一种制备包括玉米蛋白基体和碱性氨基酸以及脂溶性生物活性化合物的纳米颗粒的方法，包括 a)制备包含玉米蛋白和碱性氨基酸的水醇溶液(i)；b)制备包括脂溶性生物活性化合物的醇溶液，并且使用水将其稀释以获得包括脂溶性生物活性化合物的水醇溶液(i i ); c)混合包含玉米蛋白和碱性氨基酸的所述水醇溶液(i)和包括脂溶性生物活性化合物的所述水醇溶液(ii);和 d)将水添加到步骤c)获得的混合物。
12.—种制备包括玉米蛋白基体和碱性氨基酸以及水溶性生物活性化合物的纳米颗粒的方法，包括 a)制备包含玉米蛋白和碱性氨基酸的水醇溶液(i)； b)制备包括水溶性生物活性化合物以及任选的第二碱性氨基酸的水溶液，并且利用醇将其稀释以获得包括水溶性生物活性化合物和任选的第二碱性氨基酸的水醇溶液(ii); c )混合包含玉米蛋白和碱性氨基酸的所述水醇溶液(i )与包括水溶性生物活性化合物和任选的第二碱性氨基酸的所述水醇溶液(ii)； d)任选地添加表面活性剂到步骤c)获得的混合物中；并且 e)将水添加到步骤c)或步骤d)获得的混合物。
13.根据权利要求10至12任一项的方法，其中所述水醇溶液为乙醇的水溶液。
14.根据权利要求10至13任一项的方法，进一步包括 a)在100至SOOMPa的压力下，使所形成的包含玉米蛋白纳米颗粒的悬浮液经历至少一个静水压力周期； b)如果需要的话，干燥包含所形成的纳米颗粒的悬浮液，其中所述干燥任选地在存在保护剂和/或抗氧化剂的情况下实施。
15.一种通过根据权利要求10至14任一项的方法获得的纳米颗粒。
16.一种组合物，其包括至少一种根据权利要求1至9任一项或权利要求15的纳米颗粒，以及食品、药品或化妆品中可接受的载体。
17.根据权利要求16的组合物，其中纳米颗粒的平均粒径为100至450nm之间，优选为约 200nm。
18.根据权利要求16或17任一项的组合物，包括 -玉米蛋白，15wt%至45wt% ； -碱性氨基酸，lwt%至4wt% ； -槲皮素或者白藜芦醇，0. 5wt%至5wt% ;和 -糖类，45wt% 至 80wt%, 其中，所有的重量百分比均基于所述组合物的总重量计。
19.根据权利要求16至17任一项的组合物，包括 -玉米蛋白，15wt%至45wt% ； -碱性氨基酸，4wt%至10wt% ； -任选的聚山梨醇酯，0. 05wt%至0. 5wt% ；-叶酸,0. 5wt% 至 5wt% ； -糖类，45wt%至80wt% ;并且 其中，所有的重量百分比均基于所述组合物的总重量计。
20.一种食物制品，包括根据权利要求16至19任一项的组合物。
全文摘要
本发明涉及用于包封化合物的纳米颗粒，获得其的方法及其应用。所述纳米颗粒包括玉米蛋白基体和碱性氨基酸。所述纳米颗粒可以包封水溶性或脂溶性生物活性化合物。其可应用于食品、药品和化妆品行业以及纳米技术行业中。
文档编号A61K8/64GK103037707SQ201180035074
公开日2013年4月10日 申请日期2011年7月15日 优先权日2010年7月16日
发明者迈特·阿古罗斯巴佐, 艾琳·埃斯帕扎卡塔兰, 卡洛琳娜·冈萨雷斯费雷罗, 卡洛斯哈维尔·冈萨雷斯纳瓦罗, 胡安曼努埃尔·伊拉切加雷塔, 安娜·罗莫瓦尔德 申请人:纳瓦拉大学, 国家食品安全与技术中心埃布罗实验室