一种等离子体辅助制备玉米醇溶蛋白微胶囊的方法

1.本发明属于食品加工技术领域，具体涉及一种等离子体辅助制备玉米醇溶蛋白微胶囊的方法。


背景技术：

2.玉米醇溶蛋白是玉米胚乳中主要的贮藏蛋白，约占玉米总蛋白的50～55％，是玉米淀粉湿法加工的主要副产品。由于玉米醇溶蛋白疏水性氨基酸的含量较多，有相关研究表明玉米醇溶蛋白从醇水溶液中滴加到去离子水中可自组装得到胶束，在此过程中还可与其他大分子在非共价键的作用下形成自组装体。近年来，很多学者关注于醇溶蛋白等疏水蛋白质，依靠活性成分以及营养物质与蛋白质之间的强烈的疏水相互作用构建活性物质递送系统。但天然的玉米醇溶蛋白构建的营养物质递送系统对活性物质的包埋率较差，生物可及率也较低。因此众多学者分别就提高活性物质包封率的方法展开研究。
3.目前也有部分方法用于提高玉米醇溶蛋白微胶囊的包封率，如在制备过程中添加多糖作为稳定剂，制备所得的微胶囊包封率也有所提高，并且储存过程中更稳定；或者对玉米醇溶蛋白进行脱酰胺处理，与活性物质共包埋所得到的微胶囊包封率也有所提高。但是目前现有的研究方法需要引进外源物质，所得的微胶囊不是单一的蛋白质基；直接对蛋白质进行改性的方法虽然没有引进外源稳定剂，但是改性过程需要对蛋白所处的溶液微环境进行改变，变性过程以及蛋白质的变形程度不受控制。因此，如何解决变性过程不易控制的问题，且不需要添加稳定剂，提高储存过程中稳定性，对构建营养物质递送系统提高活性物质的利用率有重要意义。


技术实现要素：

4.为了解决上述问题，本发明提供一种等离子体辅助制备玉米醇溶蛋白微胶囊的方法，利用介质阻挡冷等离子体对微胶囊混合溶液进行处理不仅可以提高玉米醇溶蛋白微胶囊的包封率，处理之后的微胶囊的稳定性以及生物可及率也有不同程度的提高，减少微胶囊的生产成本，提高玉米醇溶蛋白的利用率。
5.本发明是通过以下技术方案解决上述技术问题的。
6.一种等离子体辅助制备玉米醇溶蛋白微胶囊的方法，包括以下步骤：
7.以玉米醇溶蛋白为壁材，以天然多酚为芯材，将玉米醇溶蛋白配置成玉米醇溶蛋白溶液，加入天然多酚混合后搅拌均匀，采用介质阻挡冷等离子体装置进行处理，处理完毕后通过反溶剂法得到玉米醇溶蛋白微胶囊悬浮液，干燥后得到玉米醇溶蛋白微胶囊。
8.进一步，所述玉米醇溶蛋白与天然多酚的质量比为5～25：1。
9.进一步，所述天然多酚为百里香酚、姜黄素、香芹酚或白藜芦醇的一种。
10.进一步，所述玉米醇溶蛋白溶液的制备过程为：将玉米醇溶蛋白溶解到60～90％乙醇溶液中配制成1～4％的玉米醇溶蛋白溶液。
11.进一步，所述介质阻挡冷等离子体装置进行处理的电压为50～60v，电流为1.0
±
0.2a，时间为20～40s。
12.进一步，所述反溶剂法包括以下步骤：处理完毕后将混合溶液通入水中，随后旋蒸、离心得到玉米醇溶蛋白微胶囊悬浮液。
13.进一步，所述混合溶液的滴加速度为0.2～2.2ml/min。
14.进一步，所述混合溶液与水的体积比为1：2～6。
15.进一步，所述旋蒸的温度为40～50℃，时间为10～15min；所述离心的时间为10～15min，转速为5000r/min；所述干燥为真空冷冻干燥，温度为-50～-60℃，时间为36～48h。
16.本发明与现有技术相比具有如下有益效果:
17.(1)本发明不需要引入稳定剂等外源物质，以玉米醇溶蛋白为壁材，以天然多酚为芯材，利用介质阻挡冷等离子体得到的微胶囊，等离子体处理过程中会产生很多高能活性粒子，活性粒子作用于蛋白质表面，使其表面活化，结合更多的百里香酚；其次，处理后蛋白胶束尺寸变小，更有利于进行活性物质的包埋，而且形成的微胶囊核壳结构更致密；另外，处理过程中一些基团逐渐暴露，与百里香酚的酚羟基结合形成氢键，形成的氢键逐渐增多，并且由于带电粒子的电荷转移，静电相互作用也增强，不仅可以提高包封率，而且通过后续对微胶囊稳定性的大量实验也表明微胶囊储存稳定性也有所提高，不需要对蛋白所处的溶液微环境进行改变，变性过程以及蛋白质的变形程度易控制，等离子体处理之后玉米醇溶蛋白对百里香酚的包封率提高了2倍以上。
18.(2)本发明制备利用介质阻挡冷等离子体在处理过程中安全、高效、绿色环保；等离子体处理功率较低且时间较短，大大提高了溶液的处理效率；可以在减少微胶囊的生产成本，提高玉米醇溶蛋白的利用率。
附图说明
19.图1为本发明实施例1和对比例1制备的玉米醇溶蛋白微胶囊扫描电镜图；
20.图2为本发明实施例1和对比例1制备的玉米醇溶蛋白微胶囊温度以及光稳定性；
21.图3为本发明实施例1和对比例1制备的玉米醇溶蛋白微胶囊体外消化数据图。
具体实施方式
22.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
23.需要说明的是，本发明中所使用的专业术语只是为了描述具体实施例的目的，并不是旨在限制本发明的保护范围，除非另有特别说明，本发明以下各实施例中用到的各种原料、试剂、仪器和设备均可通过市场购买得到或者通过现有方法制备得到。
24.实施例1
25.一种等离子体辅助制备玉米醇溶蛋白微胶囊的方法，包括以下步骤：
26.s1、将500mg玉米醇溶蛋白溶解于25ml80％的乙醇溶液中配置成2％的蛋白溶液，磁力搅拌15min，使玉米醇溶蛋白完全溶解；称取23.23mg的百里香酚与玉米醇溶蛋白溶液进行混合，并继续磁力搅拌15min；
27.s2、将s1得到混合溶液放置在石英玻璃器皿中使用介质阻挡冷等离子体装置进行处理，等离子体装置的工作功率为50w，控制工作电流为1.0
±
0.2a，处理时间为40s；
28.s3、将s2处理之后的样品溶液通过恒流泵以1.2ml/min的速度通入125ml去离子水中并搅拌均匀；将得到的悬浮液进行真空旋转蒸发以去除残留乙醇，旋蒸温度为45℃，旋蒸时间10min；旋蒸之后所得的样品溶液以5000r/min的速度离心10min即得到微胶囊悬浮液；将上述微胶囊悬浮液进行-54℃条件下真空冷冻干燥48h即得微胶囊颗粒。
29.实施例2
30.一种等离子体辅助制备玉米醇溶蛋白微胶囊的方法，包括以下步骤：
31.s1、将500mg玉米醇溶蛋白溶解于25ml80％的乙醇溶液中配置成2％的蛋白溶液，磁力搅拌15min，使玉米醇溶蛋白完全溶解；称取23.23mg的百里香酚与玉米醇溶蛋白溶液进行混合，并继续磁力搅拌15min；
32.s2、将s1得到混合溶液放置在石英玻璃器皿中使用介质阻挡冷等离子体装置进行处理，等离子体装置的工作功率为50w，控制工作电流为1.0
±
0.2a，处理时间为20s；
33.s3、将s2处理之后的样品溶液通过恒流泵以1.2ml/min的速度通入125ml去离子水中并搅拌均匀；将得到的悬浮液进行真空旋转蒸发以去除残留乙醇，旋蒸温度为45℃，旋蒸时间10min；旋蒸之后所得的样品溶液以5000r/min的速度离心10min即得到微胶囊悬浮液；将上述微胶囊悬浮液进行-54℃条件下真空冷冻干燥48h即得微胶囊颗粒。
34.实施例3
35.一种等离子体辅助制备玉米醇溶蛋白微胶囊的方法，包括以下步骤：
36.s1、将1g玉米醇溶蛋白溶解于25ml80％的乙醇溶液中配置成4％的蛋白溶液，磁力搅拌15min，使玉米醇溶蛋白完全溶解；称取40mg的百里香酚与玉米醇溶蛋白溶液进行混合，并继续磁力搅拌15min；
37.s2、将s1得到混合溶液放置在石英玻璃器皿中使用介质阻挡冷等离子体装置进行处理，等离子体装置的工作功率为60w，控制工作电流为1.0
±
0.2a，处理时间为40s；
38.s3、将s2处理之后的样品溶液通过恒流泵以2.2ml/min的速度通入150ml去离子水中并搅拌均匀；将得到的悬浮液进行真空旋转蒸发以去除残留乙醇，旋蒸温度为50℃，旋蒸时间15min；旋蒸之后所得的样品溶液以5000r/min的速度离心15min即得到微胶囊悬浮液；将上述微胶囊悬浮液进行真空冷冻干燥48h即得微胶囊颗粒。
39.实施例4
40.一种等离子体辅助制备玉米醇溶蛋白微胶囊的方法，包括以下步骤：
41.s1、将250mg玉米醇溶蛋白溶解于25ml80％的乙醇溶液中配置成1％的蛋白溶液，磁力搅拌15min，使玉米醇溶蛋白完全溶解；称取50mg的百里香酚与玉米醇溶蛋白溶液进行混合，并继续磁力搅拌15min；
42.s2、将s1得到混合溶液放置在石英玻璃器皿中使用介质阻挡冷等离子体装置进行处理，等离子体装置工作功率为60w，控制工作电流为1.0
±
0.2a，处理时间为20s；
43.s3、将s2处理之后的样品溶液通过恒流泵以0.2ml/min的速度通入50ml去离子水中并搅拌均匀；将得到的悬浮液进行真空旋转蒸发以去除残留乙醇，旋蒸温度为45℃，旋蒸时间10min；旋蒸之后所得的样品溶液以5000r/min的速度离心10min即得到微胶囊悬浮液；将上述微胶囊悬浮液进行-54℃条件下真空冷冻干燥48h即得微胶囊颗粒。
44.对比例1
45.制备玉米醇溶蛋白微胶囊的方法同实施例1，区别在于，没有采用介质阻挡冷等离子体装置进行处理。
46.对比例2
47.制备玉米醇溶蛋白微胶囊的方法同实施例1，区别在于，s2中，等离子体装置的工作功率为45w，处理时间为40s。
48.对比例3
49.制备玉米醇溶蛋白微胶囊的方法同实施例1，区别在于，s2中，等离子体装置的工作功率为70w，处理时间为40s。
50.对比例4
51.制备玉米醇溶蛋白微胶囊的方法同实施例1，区别在于，s2中等离子体装置的工作功率为50w，处理时间为60s。
52.图1本发明实施例1和对比例1制备的玉米醇溶蛋白微胶囊扫描电镜图，如图1所示，扫描电镜结果显示实施例1和对比例1制备的玉米醇溶蛋白微胶囊均呈球形，主要由分子间作用力形成的玉米醇溶蛋白胶束聚集体，对比例1微胶囊呈致密球状，彼此紧密相连，团聚程度较高，而实施例1微胶囊的聚集程度明显下降；除团聚程度外，微胶囊均匀性也有所提高。这种变化归因于高能粒子之间的碰撞以及等离子体引发的化学键断裂和链断裂等化学反应所产生的刻蚀效应。
53.包封率是活性物质递送系统中一个非常重要的指标，高包封率的活性物质递送系统在食品工业中应用潜力更大。表1结果显示未经处理的微胶囊(对比例1)对百里香酚的包封率为38.74％，经等离子体处理之后微胶囊如实施例1和实施例2的包封率显著提高。一个方面是介质阻挡等离子体处理过程中液体基质的酸性增强，ph值趋近于蛋白质的等电点，醇溶蛋白与百里香酚之间交联结合的能力大于蛋白质之间的排斥力，促进醇溶蛋白以及百里香酚之间的静电相互作用，有利于产生更多的络合物；另一方面可能是介质阻挡等离子体处理过程中存在大量的高能粒子，处理过程中高能粒子作用与蛋白质表面，使醇溶蛋白处于高反应活性状态，其结合位点增多，从而结合更多的百里香酚。而在介质阻挡等离子体处理过程中，当处理的功率小于50w如对比例2，大于50w如对比例3时，其包封率显著降低，这是因为处理功率过小，等离子体对混合溶液的放电处理不够均匀，处理效果不显著，处理功率过大时，玉米醇溶蛋白的构象完整性会遭到破坏同时也会发生变形聚集从而导致包封率的下降；当相同功率下，处理的时间增大后如对比例4，其包封率也降低，这是因为长时间的处理产生高能的粒子使玉米醇溶蛋白过度活化，产生交联聚集，造成壁材浪费，从而使得包封率也会有所下降。
54.表1本发明实施例1和对比例1制备的玉米醇溶蛋白微胶囊包封率
55.样品包封率(％)实施例186.77实施例282.24对比例138.74对比例256.45对比例364.31
对比例454.41
56.图2为本发明实施例2和对比例1制备的玉米醇溶蛋白微胶囊温度以及光稳定性。从图2可知，等离子体处理之后的微胶囊实施例1在不同温度(4℃和25℃)和在可见光、避光条件下的贮藏稳定性均高于未经处理的微胶囊对比例1，活性物质的释放速率整体较缓，最终保留率均有所提高。主要原因可能是等离子体处理之后百里香酚以及玉米醇溶蛋白之间的作用力(疏水相互作用、静电相互作用和氢键作用)会有所增强。另一方面在等离子体处理之后胶束尺寸变小，形成的核壳结构更加的致密，对活性物质的保护更加有效。同时结果也表明优选的储存条件为避光低温储存。
57.取30ml样品加入30ml的胃液中，置于恒温震荡水浴锅保持温度在37.0
±
0.5℃，震荡速度为120r/min，每隔30min取样一次从中取出1ml上清液并以胃液补齐，取出的上清液调ph＝7.5终止消化，离心后测定其中百里香酚含量。
58.胃液消化90min后取出20ml消化液将ph调至7.5，加入等量20ml肠液中进行肠液消化，置于恒温震荡水浴锅保持温度在37.0
±
0.5℃，震荡速度为120r/min，每隔30min取一次样进行测定，共测定4h。
59.图3为本发明实施例1和对比例1制备的玉米醇溶蛋白微胶囊体外消化数据图，如图3所示，对比例1以及实施例1在进行体外消化时，在初始的30min内，活性物质呈现出暴释的趋势，但是经过等离子处理之后的微胶囊实施例1在进行胃液消化时活性物质的保留率更高。玉米醇溶蛋白可以更加有效地防止活性物质被破坏，在胃液消化90min后进入肠液消化。小肠是消化吸收的主要部位，在肠液中微胶囊逐步释放，在消化4.5h之后活性物质完全释放。在肠液中由于胆盐的极性基团会进入蛋白分子的疏水性核心，导致微胶囊体系的失衡，随着消化时间的延长，从而使得活性物质快速释放。综上，等离子体处理之后玉米醇溶蛋白微胶囊在酸性条件下的稳定性有所增强，可以达到酸性条件下保护芯材达到控释的目的。使得更多的活性物质可以到达吸收的部位被吸收，提高活性成分的生物可及率。
60.需要说明的是，本发明中涉及数值范围时，应理解为每个数值范围的两个端点以及两个端点之间任何一个数值均可选用，由于采用的步骤方法与实施例相同，为了防止赘述，本发明描述了优选的实施例。尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例做出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
61.显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。